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《中国农业科学院》 2012年
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水稻重金属镉的吸收、转运和积累特性研究

张利强  
【摘要】:镉(Cd)是动植物非必需的有毒重金属,容易通过土壤-植物体系迁移并进入食物链,对人体健康构成严重的威胁。水稻作为我国的主要粮食作物,近年来随着农田受Cd污染的不断加剧,以及自身对Cd的强富集作用,使得稻米安全问题日益突出,而研究水稻对重金属Cd的吸收、积累及转运特征及其形成机理,将为选育低Cd积累品种、控制稻米Cd污染提供重要的理论依据。本研究以两种不同Cd积累型水稻品种为材料(高积累型品种‘密阳46’,低积累型品种‘珍汕97B’),研究了苗期根系Cd吸收和茎干Cd转运特征及其与地上部Cd积累之间的关系,同时对不同生育期水稻植株体内Cd的分布、积累规律进行了研究;通过对灌浆期低Cd积累品种各部位巯基结合物的鉴定,对巯基化合物与水稻Cd耐性间的关系进行了探讨。主要结果如下: 1、苗期两个品种质外体Cd吸收能力基本相同,且均随处理浓度的增大而线性增强。二者共质体吸收特点均符合“饱和吸收”曲线,但高积累型品种密阳46共质体Cd吸收能力显著高于低积累型品种珍汕97B。 2、苗期Cd处理(0~20μM)对两个品种根系Zn吸收的影响不同,密阳46表现为促进作用,而珍汕97B表现为抑制作用(除10μM时稍有促进),且影响程度因品种及Cd处理浓度不同而表现不一。 3、茎干与伤流Cd含量间存在极显著正相关。随着Cd处理时间的延长,Cd由苗期根系向地上部转移加快、转移量增多。除0~1h外,密阳46Cd转移速率及转移量均显著高于珍汕97B,且随Cd处理时间延长,两品种间差异更加明显。随着Cd处理浓度的升高,Cd由苗期根系向地上部转移加快,且中低浓度处理时(0~5μM)转移较为缓慢,两品种间差异较小;而高浓度处理时(5~20μM)转移急剧加快,两品种间差异也急剧增大。ABA处理能显著降低两个品种幼苗蒸腾作用及Cd向地上部的转移量,但密阳46蒸腾速率下降幅度比珍汕97B高17.0%,而Cd转移量下降幅度仅比珍汕97B高4.2%。 4、珍汕97B耐Cd毒害能力较密阳46强。全生育期内,加Cd处理对苗期和分蘖期密阳46的株高具有抑制作用,而对珍汕97B仅发生在分蘖期,且抑制强度较密阳46的弱。加Cd处理对苗期至抽穗期的密阳46地上部干物质的生成有抑制作用,而对珍汕97B仅发生分蘖期,且抑制强度较密阳46的弱。 5、两个品种在不同生育期,其体内Cd的分配均表现为根茎叶籽粒,但生殖生长阶段Cd在地上部的分布比重较营养生长阶段有所增加,且两品种表现一致。两个品种总的Cd净积累量均表现为:抽穗至成熟期移栽至分蘖期分蘖至抽穗期,除灌浆至成熟期二者基本相当外,其他阶段密阳46均显著高于珍汕97B。地上部Cd净积累变化趋势与植株总的Cd净积累基本一致,但密阳46的各个时期对应量均显著高于珍汕97B,并在抽穗至灌浆阶段时二者差异最大。木质部Cd积累速率表明,整个生育期密阳46均高于珍汕97B,但二者变化趋势均为先升高再下降,并于灌浆期时达到各自最大值,同时二者差异亦最大。韧皮部Cd积累速率表明,两个品种在整个生育期均表现为先下降再升高的变化趋势,其中以抽穗期时为各自最小值,于灌浆至成熟期时均急剧增大并达到各自最大值。整个生育期内密阳46的韧皮部Cd积累速率始终高于珍汕97B,且在灌浆至成熟期时二者间差异最为明显。 5、在整个生育期内,两个品种木质部Cd积累速率分别与茎干和叶片Cd积累量呈极显著正相关,尤其与叶片Cd积累关系更密切。在灌浆至成熟阶段,籽粒中Cd含量与韧皮部Cd积累速率、植株Cd总积累量及地上部Cd积累量间均呈显著正相关,其中与韧皮部Cd积累速率关系最为密切。 6、水稻正常生长时体内仅存在少量Cys和GSH,而受Cd胁迫后,体内会合成大量的PC2、PC3及其同分异构体,且含量及种类因器官不同而表现不一。其中,根系中测得PC2、iso-PC2(ser)、iso-PC2(Glu)、des-γGlu-PC3及des-Gly-PC3;茎干中测得iso-PC2(ser)、iso-PC2(Glu)、des-γGlu-PC3、des-Gly-PC3及iso-PC3(ser);叶片中测得iso-PC2(β-Ala)、iso-PC2(ser)及iso-PC2(Glu),且总含量大小表现为根系茎干叶片。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S511;X173

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