硒缓解锑对水稻毒害效应的机理研究

我国是锑（Sb）储量大国，矿山开采等人类活动已造成我国矿区周边农田土壤受到严重的Sb污染，对水稻产量、品质及人体健康构成很大威胁。但到目前为止，有关Sb对农作物毒害作用的机理研究相对薄弱，相应缓解Sb毒害作用的应对措施也比较缺乏。本研究以湖南Sb污染区种植的水稻品种为材料，采用水培试验，利用差速离心分离技术、扫描/(透射)电镜-能谱分析、高效液相色谱、电感耦合等离子质谱等先进设备，研究Sb胁迫条件下，添加硒（Se）对水稻根系生长及发育、根系分泌物含量及组成、光合作用、抗氧化物质含量或活性(酶类和非酶类物质)、重要小分子物质含量(氨基酸、巯基化合物等)、细胞微观形态特征、Sb在细胞内的含量及分布等指标的影响，揭示"Se影响Sb吸收、代谢及分布"与"Se缓解Sb毒害效应"之间的关系。其研究成果在理论上可拓展Se缓解Sb毒害效应的机理，在实践中对于农产品安全控制技术的开发也具有重要意义。

本研究深入研究了Se缓解Sb毒害作用机制。主要研究结果如下：（1）不同的水稻品种对Sb具有不同的耐性，较低浓度的Sb显著减少丰美占地上部分和根系生物量，但是对水稻品种双优998而言，低浓度Sb却能增加根系生物量，促进其根系发育；Se的加入会抵消Sb对水稻地上部生长的不利影响，但对根系生长有可能出现负面作用（2）Se能显著抑制不同水稻品种对Sb的含吸收；Sb对Se大体存在的抑制作用，特别是在水稻的根系，但是在水稻品种丰美占中，水稻地上部分Se的含量未被Sb抑制；在水稻品种双优998中，地上部分Se的含量随着Sb处理浓度的增加而降低。我们前期的研究结果却发现，5mg L-1 Sb显著促进了水稻(威优402)根部Se的吸收，但抑制了地上部分Se的吸收。以上结果表明，Sb对Se在地上部分含量的影响可能与Se/Sb的暴露水平、水稻品种或培养介质有关；（3）一定浓度范围Se增加了地上部和根部中Ca、根系Mg和K的含量，这些元素可能在Se缓解Sb的毒性的过程中起到一定作用；一定浓度范围的Sb显著促进水稻地上部和根部Ca，Fe，Cu和Zn的吸收、地上Mg和Mn的吸收，以抵消Se对这些元素吸收抑制的影响；（4）Sb大多束缚在细胞壁和细胞液中，在地上部分，大多数Se被束缚在细胞液中，而在根系中，大部分Se被束缚在细胞壁中。在大多数亚细胞组分中Se和Sb之间表现出拮抗作用，但在某些情况下，促进作用也会出现。例如：在地上部分，Se导致Sb向细胞壁组分更多的转移，而Sb诱导Se向叶绿体和细胞液中转移。随着Se处理浓度的增加，细胞壁(特别是根系的)在束缚Se的过程中起到越来越重要的作用；（5）Sb能诱导氧化胁迫，显著增加地上部和根系MDA的含量。一定浓度范围的Se能显著降低地上部分MDA含量，却对根系MDA含量未见显著抑制作用(在高浓度Se条件下反而显著促进)；Sb和Se均显著抑制了地上部和根系中水溶性蛋白的含量；Sb的加入显著抑制了地上部分SOD、根系APX、根系POD的活性，一定浓度Sb促进了地上部分APX、根系CAT的活性，而Se激活了地上部分和根系SOD、APX、根系CAT活性。Se对大多数水稻根系特征参数均表现出负面效应，表明Se可能通过影响根系发育来降低Sb的吸收；一定浓度Sb处理对根系特征参数表现出正效应，表明在双优998水稻根系中，Sb能拮抗Se对水稻根系的不利影响。