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水稻是我国十分重要的粮食作物。由于长期生长在淹水的环境中，其根系形成了特有的通气组织，可以向根表和根际释放O2，从而将淹水土壤中的Fe2+氧化，沉积在根表，称为铁氧化物胶膜（铁膜）。水稻根表铁膜与自然界中铁氧化物有相似的性质，具有较高的比表面积和-OH功能团，具有特殊的物理化学吸附特性，对养分吸收和毒害金属的阻隔起着重要的作用。植物根表的铁膜的形成受多种因素调控，其中土壤缺磷会诱导水稻根表铁膜形成，而该过程受何种信号分子调控及其调控机制，需要深入研究。铝毒是酸性土壤限制植物生长的主要因素，已有研究表明铁膜能将铝固定在水稻根表，阻止根系对铝的吸收以及向地上部的运输，铁膜的形成和厚度直接影响水稻根系对铝的吸收和耐性。过氧化氢(H2O2)作为植物逆境胁迫下最常见的氧化性物质和信号物质，现已被认为是众多细胞信号网络中的核心参与者，直接调节参与植物生物和非生物的众多应激性反应。已有研究表明，缺磷或铝毒均会诱导产生植株H2O2的，而这一过程中H2O2是否参与调控根表铁膜形成进而影响水稻的耐铝性需要进一步研究。本研究以耐铝性有差异显著的两个水稻基因型为材料，研究缺磷和外源Fe2+作用下内源H2O2产生以及外源H2O2对根表铁膜形成的影响，根系H2O2产生途径及其介导形成的铁膜对水稻耐铝的作用，为水稻的耐铝毒机制和耐性调控提供依据。主要研究结果如下：
（1）为了研究水稻根表铁膜形成和内源H2O2产生的关系，以浙辐802为试验材料，探究Fe2+和缺磷处理下根系内源H2O2和根表铁膜形成的动态变化。结果显示，30mg/L Fe2+和缺磷处理12h时，水稻根系的内源H2O2含量达到最大。24h后缺磷处理的根表铁膜数量达到最大，Fe2+处理的铁膜数量在24h后仍持续增加。表明在Fe2+和缺磷处理短期内较高的内源H2O2有助于水稻根表铁膜的形成。25μmol/L外源H2O2显著增加了缺磷处理的水稻根表铁膜数量，进一步表明H2O2能调控根表铁膜形成。与缺磷处理相比，外源H2O2预处理显著上调乙醇酸氧化酶（GLO）的活性，预示GLO可能参与调控H2O2的形成。
（2）为了研究H2O2参与调控铁膜形成及对水稻耐铝性的影响，试验以日本晴（耐铝基因型）和浙辐802（铝敏感基因型）为材料，通过H2O2清除剂二甲基硫脲（DMTU）、过氧化氢酶（CAT）和GLO抑制剂羟基-2-吡啶甲烷磺酸（HPDM），比较研究H2O2对根表铁膜数量和耐铝性的影响。与-P+Al处理相比，-P+DMTU+Al、-P+CAT+Al和-P+HPDM+Al处理水稻浙辐802根表铁膜的数量分别降低了24.6%、4.4%和44.6%，日本晴根表铁膜数量分别下降了29.9%、5.9%和51.6%，表明内源H2O2是影响水稻根表铁膜形成的直接原因。在Al毒作用下，浙辐802缺磷处理的根长、株高、根系干重和地上部干重分别下降了6.4%、6.6%、9.2%和5.8%。而日本晴缺磷处理的根长、株高、根系干重和地上部干重分别下降了7.9%、8.1%、7.4%和3.9%。外源添加DMTU、CAT和HPDM进一步降低了两种基因型水稻的株高、根长和生物量。这表明根表H2O2清除后铁膜数量较低是造成铝毒对水稻生长的抑制加剧和根尖Al积累的重要原因。
（3）为了明确缺磷条件下根系H2O2产生途径及水稻耐Al机理，试验以浙辐802和日本晴为研究材料，通过外源添加H2O2、DMTU和HPDM，研究缺磷条件下根系H2O2来源及对水稻耐性的影响。-P+H2O2+Al处理显著增加铝毒下GLO活性和根表铁膜数量，DMTU和HPDM则显著抑制铝毒下根系的H2O2含量、GLO活性和根表铁膜数量。与-P+Al处理相比，-P+H2O2+Al处理后水稻浙辐802的根长、株高、根系干重和地上部干重分别增加了4.3%、3.5%、13.8%和3.9%，日本晴的根长、株高、根系干重和地上部干重分别增加了4.1%、3.5%、10.4%和4.6%，同时也显著提高了抗氧化酶（SOD、CAT、POD）活性和减少MDA含量，DMTU和HPDM预处理则会逆转H2O2的该种作用。这些结果进一步证明GLO是水稻根系H2O2产生和积累的主要来源。缺磷条件下诱导根系GLO活性升高，导致H2O2积累，铁膜厚度增加，从而降低氧化胁迫是缓解Al毒的主要原因。
（1）为了研究水稻根表铁膜形成和内源H2O2产生的关系，以浙辐802为试验材料，探究Fe2+和缺磷处理下根系内源H2O2和根表铁膜形成的动态变化。结果显示，30mg/L Fe2+和缺磷处理12h时，水稻根系的内源H2O2含量达到最大。24h后缺磷处理的根表铁膜数量达到最大，Fe2+处理的铁膜数量在24h后仍持续增加。表明在Fe2+和缺磷处理短期内较高的内源H2O2有助于水稻根表铁膜的形成。25μmol/L外源H2O2显著增加了缺磷处理的水稻根表铁膜数量，进一步表明H2O2能调控根表铁膜形成。与缺磷处理相比，外源H2O2预处理显著上调乙醇酸氧化酶（GLO）的活性，预示GLO可能参与调控H2O2的形成。
（2）为了研究H2O2参与调控铁膜形成及对水稻耐铝性的影响，试验以日本晴（耐铝基因型）和浙辐802（铝敏感基因型）为材料，通过H2O2清除剂二甲基硫脲（DMTU）、过氧化氢酶（CAT）和GLO抑制剂羟基-2-吡啶甲烷磺酸（HPDM），比较研究H2O2对根表铁膜数量和耐铝性的影响。与-P+Al处理相比，-P+DMTU+Al、-P+CAT+Al和-P+HPDM+Al处理水稻浙辐802根表铁膜的数量分别降低了24.6%、4.4%和44.6%，日本晴根表铁膜数量分别下降了29.9%、5.9%和51.6%，表明内源H2O2是影响水稻根表铁膜形成的直接原因。在Al毒作用下，浙辐802缺磷处理的根长、株高、根系干重和地上部干重分别下降了6.4%、6.6%、9.2%和5.8%。而日本晴缺磷处理的根长、株高、根系干重和地上部干重分别下降了7.9%、8.1%、7.4%和3.9%。外源添加DMTU、CAT和HPDM进一步降低了两种基因型水稻的株高、根长和生物量。这表明根表H2O2清除后铁膜数量较低是造成铝毒对水稻生长的抑制加剧和根尖Al积累的重要原因。
（3）为了明确缺磷条件下根系H2O2产生途径及水稻耐Al机理，试验以浙辐802和日本晴为研究材料，通过外源添加H2O2、DMTU和HPDM，研究缺磷条件下根系H2O2来源及对水稻耐性的影响。-P+H2O2+Al处理显著增加铝毒下GLO活性和根表铁膜数量，DMTU和HPDM则显著抑制铝毒下根系的H2O2含量、GLO活性和根表铁膜数量。与-P+Al处理相比，-P+H2O2+Al处理后水稻浙辐802的根长、株高、根系干重和地上部干重分别增加了4.3%、3.5%、13.8%和3.9%，日本晴的根长、株高、根系干重和地上部干重分别增加了4.1%、3.5%、10.4%和4.6%，同时也显著提高了抗氧化酶（SOD、CAT、POD）活性和减少MDA含量，DMTU和HPDM预处理则会逆转H2O2的该种作用。这些结果进一步证明GLO是水稻根系H2O2产生和积累的主要来源。缺磷条件下诱导根系GLO活性升高，导致H2O2积累，铁膜厚度增加，从而降低氧化胁迫是缓解Al毒的主要原因。