锌对水稻镉积累的影响及其机制研究

发布时间：2020-06-15 19:27

【摘要】：由于人类活动和其它环境因素导致当前镉(Cd)污染问题日益严重,已经对我国粮食安全生产造成严重威胁,并成为潜在的农业和全球环境问题。锌(Zn)与Cd属于同族元素,化学性质相似,目前已有许多利用Zn来降低植物中Cd含量,从而缓解土壤Cd污染的研究。虽然,已知Zn、Cd在植物体内存在拮抗作用和协同作用,但二者互作机理尚不明确。因此,本研究从水稻生理指标、Zn、Cd含量和蛋白质组等方面对水稻体内Zn、Cd作用机制进行研究,结论如下:1、分别采用土壤施肥和叶面施肥的方法对轻度Cd污染土壤施加Zn肥,探究两种不同的施肥方法对水稻品种9311各部位Zn、Cd含量的影响,并对其富集和转运规律进行研究。结果表明,土壤中施加Zn肥量为100 mg·kg~(-1)时对水稻中的Zn、Cd积累量无显著影响(P0.05),当Zn肥添加量为200 mg·kg~(-1)和400 mg·kg~(-1)时会促进水稻茎、叶部对Zn和Cd的吸收积累,且Zn和Cd在茎、叶内的积累存在协同作用。Zn肥添加量为400 mg·kg~(-1)时会促进籽粒对Zn的积累,但对Cd的吸收积累无明显影响。对水稻分蘖期和孕穗期分别进行叶面喷施,所喷施的Zn肥会促进茎部和叶片对Cd的吸收积累,而且孕穗期喷施Zn肥降低了该处理籽粒中Cd含量,但分蘖期叶面施肥对降低糙米和精米中的Cd含量无明显效果。Cd的富集系数进一步证明Zn、Cd在茎、叶中的积累存在协同作用;水稻籽粒部位对Cd的积累能力较弱。从Cd的转运系数变化来看,叶片向糙米中转移Cd的能力要高于茎部向糙米中转移Cd的能力,施加Zn肥后降低了Cd从茎部和叶片向糙米中的转运,从而减少了糙米中Cd的积累量。2、以9311水稻品种为试验材料,通过水培方法,对低Cd浓度处理下的水稻幼苗施加不同浓度的Zn,从水稻幼苗生长、Zn与Cd积累量、抗氧化系统变化趋势等方面进行研究。结果表明:低浓度的Zn会抑制Cd处理水稻幼苗生物量的增加,并促进幼苗对Zn和Cd的吸收积累;100μmol·L~(-1) Zn对Cd处理水稻生物量有显著促进作用(P0.05),且该处理下的Zn能明显抑制水稻对Cd的吸收;但当Zn浓度达到3.06×10~3μmol·L~(-1)时,Zn对Cd处理水稻具有明显的毒害作用。不同浓度Zn处理下,水稻幼苗地上部的SOD活性、POD活性、APX活性呈先升高后下降趋势,而CAT活性则受到抑制,MDA含量均呈上升趋势。低浓度Zn与Cd发生协同作用,促进水稻对Zn和Cd的吸收,抑制水稻生长;中等浓度Zn与Cd发生拮抗作用,抑制水稻对Zn、Cd的吸收,提高SOD、POD活性,促进水稻生长;但当Zn浓度达到一定值时,虽然Zn与Cd也发生拮抗作用,但仍会对水稻生长产生明显的抑制作用,损伤幼苗抗氧化系统。3、采用iTRAQ标记技术对正常生长水稻和Zn、Cd处理水稻根系中差异表达的蛋白质进行鉴定研究。共鉴定到4008个蛋白,筛选出332个差异表达的蛋白质,其中上调蛋白质192个,下调蛋白质140个。GO功能分析和KEGG通路分析结果表明,所鉴定的差异表达蛋白质主要是催化活性蛋白和结合蛋白等,在水稻根部主要参与了谷胱甘肽代谢、苯丙烷类代谢、碳固定、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、糖酵解/糖异生、丙酮酸代谢和氧化磷酸化等代谢途径。为寻找水稻根部中参与转运Zn和Cd的蛋白质,对与离子转运相关的差异蛋白进行研究,发现有7个表达存在差异的蛋白质参与了离子转运,其中,A0A1B1ELU7(对应基因名:HMA4)有可能是水稻根部具有转运Zn~(2+)和Cd~(2+)功能的的蛋白质。
【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】：2019
【分类号】：S511;TS210.1
【图文】：

字母表示,污染土壤,Cd含量,精米

10图 2.1 Cd 污染土壤中施 Zn 对水稻各部位 Zn、Cd 含量的影响（图中不同字母表示不同浓度处理间差异显著 P＜0.05）Figure 2.1 Effects of Zn fertilizer application on the contents of Zn and Cd in different parts of rice in Cd contaminatedsoil (The different letters in the figure indicate significant differences at P＜0.05 Level)A：茎部；B：叶片；C：稻壳；D：糙米；E：精米A: Stem; B: Leaf; C: Rice husk; D: Brown rice; E: Polished rice

水稻幼苗,根部,Cd含量,字母表示

中国农业科学院硕士学位论文第三章水培条件下锌对水稻幼苗镉积累及抗氧化系统的影响3.4.2 不同浓度锌对低镉处理水稻幼苗中锌、镉含量的影响图 3.1 为不同处理组水稻幼苗根部和地上部 Zn 与 Cd 的累积情况。Zn 在水稻幼苗体内的富集规律为：根部＞地上部，Cd 的富集规律与 Zn 相同。同时，从图 1 中可以看出，在水稻幼苗体内 Zn 与 Cd 之间存在明显的相互作用：Zn1Cd 处理组与单独 Cd 处理组相比，低浓度的 Zn 明显促进根部对 Cd 的吸收和积累（P＜0.05）且二者存在协同作用；从地上部来看，低浓度 Zn 对水稻 Cd 积累量有促进作用，但与单独 Cd 处理组 Zn0Cd 相比差异不明显（P＞0.05）；Zn2Cd 和 Zn3Cd与单独 Cd 处理组相比，Zn 浓度越高，抑制水稻幼苗吸收积累 Cd 的效果越显著，此时水稻幼苗中根部与地上部表现一致。从图 3.1 中我们还可以发现 Zn2Cd 处理组水稻幼苗体内的 Zn 含量与Zn1Cd 处理组差异不大，但高于 CK 且差异明显（P＜0.05），而根部和地上部 Cd 含量与 Zn1Cd处理组相比分别下降了 87.71%和 83.16%，说明 Zn 和 Cd 在水稻幼苗体内产生拮抗作用。结合表2 中水稻幼苗生长状况得出如下结论：低浓度的 Zn 促进水稻幼苗对 Cd 的吸收积累，导致水稻体内 Cd 含量增加，抑制水稻幼苗生长；中等浓度的 Zn 抑制了水稻对 Cd 的吸收积累，对幼苗生长有促进作用；但若 Zn 浓度过高，即使 Zn 能抑制水稻对 Cd 吸收积累，也不利于幼苗的生长，甚至会对水稻幼苗产生高 Zn 毒害。A B

【相似文献】