水稻穗部畸形病形成的根际As、Cu特征及调控研究

近年来江汉平原旱改水稻田相继出现水稻抽穗后颖壳畸形、不扬花结实现象，严重田块亩产仅50kg，农户损失惨重。目前对这种病害的发病原因及致害机理国内外还缺乏系统的研究，已有研究表明该病与砷或铜毒害有关，但该病发生、发展的机理尚不清楚。本项目以老棉田旱改水为研究背景，以多年水稻土为对照，通过土壤-根分室培养生物模拟田间微区试验，借助于HPLC-ICP-MS、微束X射线荧光（μ-XRF）、扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）等技术，研究穗部畸形病不同抗性水稻品种根际环境As和Cu释放、迁移、生物有效性及在水稻根际和植株体内的赋存形态和微域分布，探讨根际环境As和Cu变化与水稻穗部畸形的关系，并在此基础上研究不同栽培措施（水分管理、土壤改良）防治水稻穗部畸形病发生的效果及调控机理；为防治旱改水水稻穗部畸形病的发生提供科学依据。本研究结果对于提高农民收入、保障粮食安全和构建和谐社会都有十分重要的意义。

近年来江汉平原旱改水稻田相继出现水稻穗部畸形症状，表现为内外颖张开、颖壳畸形扭曲呈老鹰嘴，国外称之为 “直穗病”，因成熟期空瘪的谷粒重量轻使水稻花序保持直立而得名。目前对该病的发病原因尚不清楚。土壤中砷残留被认为是导致该病发生的主要原因。本项目以水稻穗部畸形病敏感品种丰两优香一号和抗性品种珍糯为研究材料，以多年水稻土为对照，研究了旱改水及砷污染胁迫下两个水稻品种生长及对砷的吸收累积状况，同时调查了根际土壤理化性质及砷形态变化，探讨两个水稻品种对旱改水和砷胁迫响应的差异，在此基础上研究了硅和秸秆调控旱改水稻田水稻生长的效果。取得的主要结果和进展包括：1. 棉田土旱改水初期土壤中有效Fe不足及Cu过量是导致旱改水水稻幼苗出现生长缓慢、失绿黄化症状的主要原因。2. 棉田土旱改水丰两优香一号和珍糯的产量、穗长均显著低于水稻土处理。旱改水条件下水稻根膜中As含量显著低于水稻土处理，而且珍糯根膜中As含量显著低于丰两优香一号。旱改水条件下丰两优香一号较珍糯具有更强的吸收累积As的能力。3. 两个穗部畸形病抗性不同水稻品种对砷的吸收与累积存在显著差异。低砷处理条件下（≤25mg/kg As）丰两优香一号较珍糯具有更强的吸收累积砷的能力；在较高砷污染条件下（50mg/kg As），珍糯可以通过抑制砷向地上部和生殖器官的转移来减少砷胁迫对其生长尤其是生殖生长的危害。4. 旱改水条件下添加秸秆可以降低土壤的Eh值，提高土壤中有效态Fe的含量及降低土壤中有效态Cu的含量，缓解了旱改水对水稻幼苗的胁迫，提高了水稻的产量。5. 硅肥有利于旱改水土壤上水稻的生长，提高水稻的抗氧化胁迫的能力，缩短水稻生育期，增加水稻的千粒重和有效穗。施硅能在一定程度上缓解砷对水稻的毒害作用，抑制砷向糙米中的转移。这些结果对于旱改水土壤上水稻的种植及进一步探讨水稻穗部畸形病的发生原因及控制提供了参考和科学依据。