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水稻是我国的主要粮食作物，对砷吸收和积累的能力很强。稻米砷超标是一个重要的环境问题，会威胁人体的健康。近年来，有关砷中毒的报道层出不穷，防治土壤砷污染问题迫在眉睫。褪黑素是抗氧化性极强的内源性自由基清除剂，能够提高植物对逆境胁迫的抵抗能力，如低温、高温、紫外照射、重金属胁迫等。
以“中农4号”、“湖北霸王鞭1”、“潭两优83”和“五优369”这4个水稻品种为材料，研究外源添加褪黑素对砷胁迫下水稻种子萌发、幼苗生长的影响。通过测定水稻幼苗中丙二醛含量(MDA)、超氧阴离子(O2·-)产生速率、可溶性蛋白含量、抗氧化系统酶活性、总叶绿素含量、根系活力和砷含量等指标，探讨褪黑素对缓解水稻砷毒害的影响及其机理。主要研究结果如下：
1、外源褪黑素处理能促进As(Ⅲ)下中农4号种子的萌发，促进水稻幼苗的生长。50和100μmol·L-1褪黑素处理均使水稻种子发芽率、根芽长以及根芽鲜重明显增加，且在100μmol·L-1处理下达到最大值。褪黑素处理后，As(Ⅲ)胁迫下水稻幼芽中过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性均得到提高，MDA含量降低，水稻的根系活力也明显增加。当As(Ⅲ)浓度为100μmol·L-1时，添加50μmol·L-1和100μmol·L-1褪黑素导致水稻幼芽中POD活性比对照处理分别提高57.5%和114.8%，MDA含量降低16.5%和31.9%，根系活力提高42.4%和124.1%。说明添加外源褪黑素可提高抗氧化系统酶活性，提高对活性氧自由基的清除能力，缓解As(Ⅲ)胁迫对水稻造成的脂质过氧化损害以及对根系的损伤。同时，添加外源褪黑素也能明显降低水稻幼苗中的砷积累。当As(Ⅲ)胁迫浓度在100μmol·L-1，100μmol·L-1褪黑素降低水稻幼芽砷含量40.6%，降低根中砷含量33.0%。
2、添加外源褪黑素能缓解As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫下中农4号和湖北霸王鞭1种子萌发的不利影响。添加50和100μmol·L-1褪黑素后，两个品种水稻的发芽率、发芽势、根芽长及根芽鲜重均得到提高。添加褪黑素能明显提高As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫下两个品种水稻幼芽中CAT、POD和SOD活性，提高可溶性蛋白含量以及根系活力，并显著降低MDA含量和O2·-产生速率，水稻各部位砷含量也明显降低。证明褪黑素可提高水稻总代谢水平和抗氧化系统酶活性，提高两种水稻对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)毒害的耐受性。当As(Ⅲ)浓度为25μmol·L-1时，添加50和100μmol·L-1外源褪黑素中农4号的根系活力比对照处理分别提高25.2%和49.4%，而湖北霸王鞭1的根系活力比对照处理则分别提高45.8%和69.1%。砷胁迫下添加褪黑素对湖北霸王鞭1砷毒害缓解作用比中农4号更好，说明不同品种条件下外源褪黑素的作用是不一样的。
3、外源褪黑素处理能促进As(Ⅴ)胁迫下潭两优83和五优369这两种水稻幼苗的生长，明显提高株高、根长和鲜重，且在100μmol·L-1处理时效果最佳。褪黑素浓度为100μmol·L-1时，潭两优83中与只加As(Ⅴ)的处理相比根长增加28.8%，根重增加137.0%；五优369中与只加As(Ⅴ)的处理相比根长增加56.9%，根重增加55.9%。添加0.1-100μmol·L-1褪黑素后，As(Ⅴ)胁迫下水稻苗期叶片和根中POD、SOD和CAT活性、可溶性蛋白含量以及总叶绿素含量均显著提高，MDA含量和O2·-产生速率明显降低。褪黑素也能明显提高As(Ⅴ)胁迫下水稻的根系活力，缓解水稻砷毒害，降低水稻根和茎叶中的砷含量。褪黑素浓度为100μmol·L-1时，潭两优83根中砷含量降低67.0%；五优369根中砷含量降低49.7%。
以“中农4号”、“湖北霸王鞭1”、“潭两优83”和“五优369”这4个水稻品种为材料，研究外源添加褪黑素对砷胁迫下水稻种子萌发、幼苗生长的影响。通过测定水稻幼苗中丙二醛含量(MDA)、超氧阴离子(O2·-)产生速率、可溶性蛋白含量、抗氧化系统酶活性、总叶绿素含量、根系活力和砷含量等指标，探讨褪黑素对缓解水稻砷毒害的影响及其机理。主要研究结果如下：
1、外源褪黑素处理能促进As(Ⅲ)下中农4号种子的萌发，促进水稻幼苗的生长。50和100μmol·L-1褪黑素处理均使水稻种子发芽率、根芽长以及根芽鲜重明显增加，且在100μmol·L-1处理下达到最大值。褪黑素处理后，As(Ⅲ)胁迫下水稻幼芽中过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性均得到提高，MDA含量降低，水稻的根系活力也明显增加。当As(Ⅲ)浓度为100μmol·L-1时，添加50μmol·L-1和100μmol·L-1褪黑素导致水稻幼芽中POD活性比对照处理分别提高57.5%和114.8%，MDA含量降低16.5%和31.9%，根系活力提高42.4%和124.1%。说明添加外源褪黑素可提高抗氧化系统酶活性，提高对活性氧自由基的清除能力，缓解As(Ⅲ)胁迫对水稻造成的脂质过氧化损害以及对根系的损伤。同时，添加外源褪黑素也能明显降低水稻幼苗中的砷积累。当As(Ⅲ)胁迫浓度在100μmol·L-1，100μmol·L-1褪黑素降低水稻幼芽砷含量40.6%，降低根中砷含量33.0%。
2、添加外源褪黑素能缓解As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫下中农4号和湖北霸王鞭1种子萌发的不利影响。添加50和100μmol·L-1褪黑素后，两个品种水稻的发芽率、发芽势、根芽长及根芽鲜重均得到提高。添加褪黑素能明显提高As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫下两个品种水稻幼芽中CAT、POD和SOD活性，提高可溶性蛋白含量以及根系活力，并显著降低MDA含量和O2·-产生速率，水稻各部位砷含量也明显降低。证明褪黑素可提高水稻总代谢水平和抗氧化系统酶活性，提高两种水稻对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)毒害的耐受性。当As(Ⅲ)浓度为25μmol·L-1时，添加50和100μmol·L-1外源褪黑素中农4号的根系活力比对照处理分别提高25.2%和49.4%，而湖北霸王鞭1的根系活力比对照处理则分别提高45.8%和69.1%。砷胁迫下添加褪黑素对湖北霸王鞭1砷毒害缓解作用比中农4号更好，说明不同品种条件下外源褪黑素的作用是不一样的。
3、外源褪黑素处理能促进As(Ⅴ)胁迫下潭两优83和五优369这两种水稻幼苗的生长，明显提高株高、根长和鲜重，且在100μmol·L-1处理时效果最佳。褪黑素浓度为100μmol·L-1时，潭两优83中与只加As(Ⅴ)的处理相比根长增加28.8%，根重增加137.0%；五优369中与只加As(Ⅴ)的处理相比根长增加56.9%，根重增加55.9%。添加0.1-100μmol·L-1褪黑素后，As(Ⅴ)胁迫下水稻苗期叶片和根中POD、SOD和CAT活性、可溶性蛋白含量以及总叶绿素含量均显著提高，MDA含量和O2·-产生速率明显降低。褪黑素也能明显提高As(Ⅴ)胁迫下水稻的根系活力，缓解水稻砷毒害，降低水稻根和茎叶中的砷含量。褪黑素浓度为100μmol·L-1时，潭两优83根中砷含量降低67.0%；五优369根中砷含量降低49.7%。