镉在不同基因型水稻根系的分布及转运特征

发布时间：2017-12-21 15:17

  本文关键词：镉在不同基因型水稻根系的分布及转运特征　出处：《浙江大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 水稻 根系 镉 吸收 转运 分布

【摘要】：我国农田土壤镉等重金属污染问题日趋严重,是威胁我国农产品安全生产的最主要环境问题之一。镉在土壤-作物系统中移动性强,容易通过食物链的作用进入人体内危害人体健康。水稻(Oryza sativa L.)是我国最主要的粮食作物,研发阻控镉从土壤向水稻籽粒迁移的农艺措施或筛选镉低积累水稻品种是解决我国当前中轻度农田土壤稻米安全生产问题的有效途径,但这都有赖于深入揭示水稻籽粒对镉的吸收与积累机制。然而,目前有关水稻对镉的吸收、转运与积累机制尚不完全清楚。本研究以课题组前期筛选的两种不同镉积累基因型水稻为材料,综合运用同步辐射X射线荧光光谱(SR-XRF)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)以及实时荧光定量PCR等技术手段,比较研究了籽粒镉高积累基因型(HA)和低积累基因型(LA)水稻根系对镉的吸收、积累与转运的差异,以期为揭示水稻地上部积累镉的生理生化与分子机制奠定基础。研究取得的主要结果如下:1、通过溶液培养实验,采用ICP-MS和qRT-PCR等技术分析比较了两种基因型水稻根系对镉的吸收与转运特征的差异及其与籽粒镉积累之间的关系。水稻根系对镉吸收的时间动力学结果表明,镉高积累基因型水稻根系对镉的总吸收量要稍高于低积累基因型,但差异并不显著。然而,镉高积累基因型根系镉含量要低于低积累基因型水稻,主要原因在于镉高积累基因型水稻根向地上部转运镉的速率显著高于后者。对木质部汁液中镉的含量分析也进一步证实了高积累基因型水稻根系木质部对镉的装载速率要显著高于低积累基因型。可见,高积累基因型水稻籽粒积累高量镉的最主要原因之一是其根系对镉的高效木质部装载速率及镉向地上部快速转运的能力,而非根系吸收能力。qRT-PCR分析表明,高镉胁迫条件下,低积累基因型水稻根细胞中镉相关的液泡膜基因OsHMA3表达量显著上调,而在高积累基因型水稻根系OsHMA3的表达量显著下调或无明显变化。相反,后者根系中介导木质部装载过程的锌、镉基因OsHMA2显著上调,这说明锌、镉基因OsHMA2可能介导了籽粒镉高积累基因型水稻根系木质部对镉的装载过程。进一步研究发现在溶液中外源添加锌离子能显著提高水稻根系向地上部转运镉的能力,尤其是对低积累基因型水稻而言。上述结果均表明,水稻籽粒对镉的高量积累主要与其根系向地上部转运镉的能力密切相关,而根系木质部对镉的快速装载过程极可能由高量表达的锌镉转运子OsHMA2介导。2、采用ICP-MS和SR-XRF技术研究比较了两种基因型水稻根系中镉在组织与细胞水平上的微区分布特征。结果表明,镉在不同根部位的积累量有明显差异,无论在短期(24h)镉处理还是长期(7 d)镉处理条件下,侧根中镉的含量均远远高于其他根区,说明侧根是水稻根系吸收镉的主要部位。比较两种基因型水稻发现,在镉处理24h后高积累基因型水稻根系侧根的镉含量略高于低积累基因型,但其他部位的镉含量显著低于后者,而随着镉处理时间延长至7 d,镉低积累水稻侧根中镉含量急剧上升,显著高于镉高积累基因型,这可能是由于高镉胁迫下镉高积累基因型水稻侧根吸收的镉更多地通过木质部运输被转移到了地上部所致。根系整体镉的XRF分布图像进一步证实了上述结果,表明随着镉处理时间的延长两种基因型水稻镉积累差异逐渐加大。为进一步探究镉在根系细胞水平上的分布特征,采用M-XRF扫描分析,发现镉较多地分布在根表皮及中柱中。而与镉低积累水稻相比,高积累水稻侧根区中镉在中柱的集中分布更为明显。可见,镉高积累水稻根系吸收的镉更容易进入中柱的木质部区域,进而装载到木质部导管转运到地上部。综上所述,水稻根系不同区域对镉的吸收能力不同,而侧根是其大量吸收镉的最主要区域,且水稻籽粒对镉的积累能力与镉在该区域快速的木质部装载效率密切相关。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X56;S511

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本文编号：1316181