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替代种植是实现砷高风险农田安全利用的重要技术途径。近年来,针对玉米对砷的累积风险及其是否适合在砷高风险农田进行替代种植仍存在较大争议。正确认识玉米品种间对砷的累积风险差异,明晰玉米对砷的吸收和耐性机理,可为今后以玉米作为低吸收作物在砷高风险农田开展替代种植提供理论与实践支撑。论文以砷高风险农区广泛种植的玉米品种为对象,分析了玉米品种间对砷富集能力差异,探究了玉米对砷吸收与其体内砷解毒的相关规律。主要结论如下:1.田间试验、野外调查和国内外文献检索表明,玉米籽粒对砷累积能力较低,远低于中国、瑞士、澳大利亚及世卫组织的相关标准,是一种适合在砷污染地区推广种植的经济作物。但不同玉米品种间对砷累积能力存在差异,比较来看甜玉米具有更高的砷累积能力,普通玉米和糯玉米是砷污染地区种植玉米的首选。玉米不同部位的砷含量存在差异,18个品种玉米各部位砷含量顺序是:根>茎叶>籽粒,其中根系砷含量为茎叶砷含量的2.39~79.94倍,是籽粒砷含量的69.52~693.70倍。利用逐步回归模型获得了玉米砷吸收和转运系数影响籽粒砷累积的定量关系,表明根系对砷的固定和较低的向籽粒转移能力可能是玉米低吸收砷的重要原因。2.室内水培实验表明,随外源砷浓度增加,普通玉米(N-506)、甜玉米(S-MY)和糯玉米(W-23)对砷吸收量均显著增加。利用米氏方程拟合发现,N-506对砷的最大吸收速率最高,为19998.62 mg/(kg·h)Fw。时间动力学实验表明,当砷浓度为4 mg/L时,玉米品种间对砷吸收能力排序为S-MY>N-506>W-23。玉米根表砷与铁、锰含量均显著相关(P<0.05),表明根表铁、锰富集有助于阻断砷进入根内。利用同步辐射微区扫描(μXRF)发现,玉米根尖分生区横截面砷主要分布在外表皮和中柱,且品种间存在差异。玉米根尖分生区锰、铁、硫、钙和砷含量之间均显著正相关,表明这些元素可能在玉米根系固砷方面有重要作用。3.室内培养实验表明,当外源砷浓度为0~36 mg/L时,S-MY表现出较W-23和N-506更强的耐性,其发芽率无显著变化,而造成生物量抑制的砷浓度最高。随着砷浓度升高,各玉米品种的超氧化物歧化物(SOD)、过氧化物酶(POD)活性均呈下降趋势,而当砷浓度分别为12和4~20 mg/L时,W-23和S-MY的过氧化氢酶(CAT)活性均显著高于对照,表明该浓度下CAT活性提升有益于减少体内过氧化氢胁迫。砷胁迫处理下,W-23根系NPT含量显著增加,当浓度分别为12和20 mg/L时,S-MY体内谷胱甘肽(GSH)和N-506体内植物螯合素(PCs)含量均显著增加,表明玉米体内非蛋白巯基类物质可通过与砷络合对体内砷进行解毒。