1、本試驗于2006～2007年在山東農(nóng)業(yè)大學玉米科技園和作物生物學國家重點實驗室進行。本研究采用大田和盆栽相結合,田間試驗和室內(nèi)生理生化測定相結合的技術路線。通過對兩種類型玉米(普通玉米鄭單958、糯玉米京紫糯218)進行重金屬元素砷(As)脅迫,在多濃度砷處理條件下,系統(tǒng)研究產(chǎn)量、品質(zhì)、光合特性、抗性酶系統(tǒng)及微觀結構,主要研究結果如下： 1.砷對玉米產(chǎn)量和葉片光合性能的影響 生物產(chǎn)量和子粒產(chǎn)量在砷作用下有類似規(guī)律,低濃度

2、處理(A2),生物產(chǎn)量和子粒產(chǎn)量不同程度的升高；高濃度處理條件下(A3、A4),則呈現(xiàn)下降趨勢,處理濃度越高則下降越多,A3、A4處理產(chǎn)量顯著低于CK。最高生物產(chǎn)量和子粒產(chǎn)量都出現(xiàn)在處理濃度A2。當土壤砷濃度達到200mg/kg以上,玉米種子萌發(fā)和幼苗的生長受到嚴重影響,干物質(zhì)積累量極低,不能開花結實,甚至死亡。 在低濃度砷(A2)條件下,刺激玉米植株生長和提高光合性能,具體表現(xiàn)為：葉片葉綠素總量增加,玉米葉面積指數(shù)增大,穗位葉

3、光合速率提高,實際光化學效率和電子傳遞速率增加。隨著砷濃度的提高(A3、A4),抑制玉米的光合性能,具體表現(xiàn)為：葉片葉綠素總量減少,玉米葉面積指數(shù)降低,穗位葉光合速率下降,同時實際光化學效率和電子傳遞速率顯著降低。 2.砷對玉米子粒品質(zhì)影響 砷對玉米子粒品質(zhì)影響顯著。粗蛋白、粗脂肪和淀粉總量隨著砷濃度的提高先增加后降低,支鏈淀粉和直鏈淀粉比例降低。砷對玉米子粒RVA的高峰黏度、低谷黏度、最后黏度和反彈值影響較大,而對糊化

4、溫度影響較少。砷對兩個品種的RVA特性影響結果不一致,這可能與品種淀粉性質(zhì)不同造成的。砷顯著影響玉米淀粉粒度分布。砷脅迫嚴重抑制淀粉粒發(fā)育充實,小體積淀粉粒組增加,大體積淀粉粒組顯著減少,大粒徑淀粉粒數(shù)目減少。 3.砷對玉米生育特性和植株性狀的影響 低濃度的(A2)砷刺激玉米植株的生長發(fā)育,株高、莖粗增加,葉面積指數(shù)升高。高濃度砷脅迫下,玉米植株矮小,穗位高、莖粗降低,根系發(fā)褐發(fā)黑,葉片失綠發(fā)黃,植株長勢弱；玉米穗分化過

5、程緩慢,雄穗抽出困難甚至被葉片包裹,開花期后移,花期縮短,植株成熟期延遲。 4.砷對玉米幼苗活性氧代謝及膜脂過氧化的影響 砷進入細胞后,植株通過提高體內(nèi)的活性氧清除酶的活性來減輕砷的毒害作用。砷脅迫下,玉米葉片抗氧化酶系統(tǒng)的SOD、POD、CAT活性變化規(guī)律相似,隨著砷濃度的升高,呈單峰曲線變化,峰值出現(xiàn)在6-8mg/kg之間。根系SOD、POD活性隨著砷濃度的升高逐漸增加,CAT活性先增加后降低,峰值出現(xiàn)在8mg/kg

6、。根系POD、CAT活性高于葉片,反映出砷脅迫產(chǎn)生不同類型氧自由基,在根葉中有不同程度的清除作用。 砷脅迫導致膜脂過氧化作用發(fā)生,處理濃度越高,則膜脂過氧化作用越強。MDA隨著砷濃度的升高而增加,根系中MDA含量高于葉。 5.砷對玉米超微結構的影響 砷脅迫下,玉米正常碳代謝過程紊亂,葉片中淀粉質(zhì)體內(nèi)淀粉的合成受到抑制,從而無法提供充足的有機物滿足子粒灌漿的需要。高濃度的砷破壞葉肉細胞葉綠體結構,細胞內(nèi)脂類小滴增多