CHEM:通过硒增强的铁锈层同时抑制水稻(Oryza sativa L.)中镉和砷的吸收:性能与机制

2024-11-15

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文章信息

第 一作者:黄培成

通讯作者:廖骐

通讯单位:中南大学

期刊:Chemosphere

DOI:10.1016/j.chemosphere.2024.142903


摘要

硒(Se)强化被认为能够同时抑制水稻(Oryza sativa L.)吸收镉(Cd)和砷(As),但其机制尚不明确。本文通过水培和土壤实验,深入研究了Se对Cd和As污染土壤中水稻根系形态、铁斑(IP)含量、土壤Fe2+含量、径向氧气损失(ROL)和酶活性的影响。结果表明,Se有效缓解了Cd和As对植物的毒性影响,干重、根长和根宽分别增加了203.18%、33.41%和52.81%。研究还表明,ROL是Se增强IP形成的关键因素,并确定了Se增强ROL的具体途径。与Cd和As处理组相比,Se处理组的ROL增加了36.76%,相应地,IP增加了50.37%。这归因于Se显著提高了根系孔隙度(62.11%),促进了O2向根部的运输。此外,Se增强了过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性,促进了Cd和As胁迫引起的活性氧(ROS)的催化降解。间接地,Se增加了根际O2的释放,有助于形成更强的IP,从而作为Cd和As的更强屏障。我们的研究结果为Se促进根系IP以阻止水稻吸收Cd和As提供了新的分子层面见解。


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土壤实验中DCB可提取铁浓度(a);根际Fe2+与DCB可提取铁之间的相关性(b);硒对无水稻植物的土壤淹水实验中土壤溶液Fe2+含量的影响(c)。不同的字母表示不同处理之间存在显著差异(p < 0.05)。


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水培实验中水稻根的氧气损失(ROL)(a) 和根孔隙度(POR)(b);水培实验中ROL和POR之间的相关性(d)以及DCB可提取铁和ROL之间的相关性(e);土壤实验中根的物理图像(c)以及平面光极实验中根周围氧气分泌的情况,颜色向红色变化表示O2含量更高(f)。不同的字母表示不同处理之间存在显著差异(p < 0.05)。


结论

硒(Se)的添加显著改善了水稻植物在镉(Cd)和砷(As)胁迫下的生长状况,并减少了植物中Cd和As的积累。这主要归因于Se促进了铁斑(IP)的形成,有效阻止了Cd和As进入水稻植物。机制研究表明,Se不仅通过增加根孔隙度促进了向根部的氧气运输,而且还增强了酶CAT和SOD的活性以降解活性氧(ROS)。这间接增加了根际的氧气释放,从而促进了IP的形成。因此,Se作为一种有效的改良剂,在减少Cd和As对水稻植物的毒性方面具有重要的实际价值。


Peicheng Huang, Dan Zou, Chunhua Dong, Chongjian Tang, Qingzhu Li, Pengwei Zhao, Ping Zhang, Qi Liao, Zhihui Yang,

Simultaneously inhibit cadmium and arsenic uptake in rice (Oryza sativa L.) by Selenium enhanced iron plaque: Performance and mechanism,Chemosphere,Volume 363,2024,142903,ISSN 0045-6535,https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.142903.


文章链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653524017971


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