籽粒有毒重金属低富集大豆品种筛选及与环境作用效应分析

作物对重金属的吸收和积累具有显著的品种间差异,为明确不同大豆品种重金属积累能力的差异及基因型与环境的作用效应,并筛选有毒重金属低富集的大豆品种,本研究收集120份大豆种质,连续2年在济南和滨州两地不同环境种植,测定各品种大豆籽粒中铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、镉(Cd)和汞(Hg)的含量。结果表明:大豆籽粒不同重金属含量存在很大差异,总体表现为CrPbAsCdHg;各重金属元素在不同大豆品种籽粒中的含量均存在很大差异,对不同元素具有高或低积累特性品种的积累能力在不同环境下具有稳定性。基因型、环境及基因型与环境互作对大豆籽粒Pb、Cr、As、Cd、Hg含量均具有极显著影响,且大豆籽粒Pb含量与产量显著负相关。     

水稻不同粒位籽粒淀粉与蛋白质累积动态差异

 以中熟籼稻（扬稻6号）和中熟粳稻（扬粳9538）为材料,研究了穗上不同粒位籽粒灌浆过程中粒重、淀粉、可溶性糖和粗蛋白质含量等动态变化,以期通过分析灌浆物质累积动态差异探讨不同粒位间籽粒品质差异形成的生理原因。穗上不同粒位籽粒灌浆物质累积动态存在显著差异,同一穗上早开花籽粒起步灌浆早,初期灌浆速率快;灌浆前、中期籽粒中淀粉和直链淀粉累积速率、累积量与籽粒开花顺序较为一致,即早开花籽粒大于迟开花籽粒,而不同粒位籽粒间的可溶性糖含量变化则与之相反。灌浆在粒位间的差异扬粳9538大于扬稻6号。成熟期籽粒直链淀粉含量则与开花顺序无必然联系。粗蛋白质含量随灌浆进程呈倒“S”型趋势,即灌浆前期下降较快,至最低点后略有回升,前期下降速率迟开花籽粒大于早开花籽粒,但蛋白质含量在整个灌浆阶段则以迟开花籽粒大于早开花籽粒,二次枝梗大于一次枝梗籽粒,穗下部籽粒高于其他部位籽粒。灌浆前、中期同枝梗上较早开花籽粒含水量下降幅度大于迟开花的籽粒,一次枝梗上第1粒尤为明显。以上结果说明,可溶性碳水化合物的供给可能不是弱势粒发育不良的限制因子,弱势粒灌浆充实不良可能与其较低的生理活性有关。     

小麦富集重金属的品种差异及其潜在健康风险评价

为了筛选出适合黄淮冬麦区种植的具有重金属低累积潜力且食用安全的小麦品种,在黄河故道丰县境内选取代表性农田,采用田间小区试验,研究了12个小麦品种籽粒对Pb、As、Cr、Hg、Cd和Ni富集的差异,并用目标危害系数(THQ)法对其食用后的潜在健康风险进行了评价。结果表明,试验区144个采样点表层土壤中As、Cr、Cd和Ni的平均含量较中国土壤元素背景值分别超标0.14倍、0.20倍、1.32倍和0.20倍,Pb和Hg均低于背景值,仅Pb未见超标点位,但所测6种重金属的含量均低于《土壤环境质量标准》中的Ⅱ级标准值和《绿色食品产地环境质量》规定的土壤中污染物含量限值。供试的12个小麦品种籽粒中的6种被测重金属含量均符合国家食品安全标准限制值,但对Pb、Ni、As、Cr的吸收累积差异较Cd、Hg明显,以Pb最为明显。聚类分析可将12个品种划分为较低累积类群(保麦2号、烟农19、百农207、保麦5号、荔高6号和迁麦1号)、中等累积类群(新麦288、淮麦20、百农AK58和豫农035)和高累积类群(徐麦30和徐麦33)。12个小麦品种的籽粒对6种重金属的平均富集系数由大到小依次为Hg、Cd、As、Pb、Ni和Cr,富集程度在不同品种间差异程度不同。其THQ值和总危害系数(TTHQ)值均小于1.0,表明居民消费供试品种小麦籽粒无被测重金属引起的潜在健康风险。但徐麦30、豫农035和徐麦33籽粒中重金属的TTHQ值均介于0.9~1.0,对此应引起重视。综合评价,保麦2号、百农207、保麦5号、荔高6号和新麦288可作为黄淮冬麦区种植的重金属低累积小麦品种。     

长春地区土壤中重金属含量及其在玉米子粒中的积累规律

对长春地区部分农田土壤及玉米中重金属含量进行调查和分析。结果表明,研究区域内土壤中Cu、Zn、Ni、Pb、Cd、Cr、Hg、As 8种重金属含量符合土壤环境质量标准的要求;相应地块玉米中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As 7种重金属含量符合粮食重金属元素限量要求,达到食用标准;土壤和玉米中Pb、Cd、Hg含量相关性不显著,Ni、Cr、As含量相关性显著,Cu、Zn含量相关性极显著。     

不同品种稻米重金属富集差异研究

对217份稻谷样品重金属含量的测定分析表明,谷壳中重金属含量大于精米,精米中Cr、Cd含量相对较高,谷壳中Cr含量相对较高;相关性分析结果表明,土壤中的Cd、Pb与稻谷中的Cd、Pb含量显著相关,谷壳与精米中的Cd、As、Hg含量显著相关而与品种类型无关;对重金属富集系数的分析表明,稻米对重金属的富集能力强弱为Cd＞Hg＞As＞Cr＞Pb,不同品系稻米对5种重金属的富集能力差异均达到显著,银占系列稻米的重金属富集能力与其它8个品系差异显著且显著高于其它品系。结论对研究稻米中重金属污染问题具有一定的参考价值。     

南方晚粳杂交稻与常规稻籽粒灌浆及后期叶片光合特性的差异

以南方杂交晚粳秀优5号和常规晚粳秀水110为材料,应用Richards方程对两个品种的籽粒灌浆过程进行拟合,研究了两个水稻品种的灌浆特性,并测定分析了两类品种的后期叶片光合特性。 秀优5号的起始灌浆势、最大灌浆速率和平均灌浆速率均略低于秀水110,但活跃灌浆时间明显长于秀水110,说明杂交晚粳灌浆更为平缓、灌浆期长,有利于获得较高粒重,也有利于缓解其穗型较大引起的籽粒间物质的激烈竞争。齐穗后10 d,秀优5号的光合和叶绿素荧光参数与秀水110无显著差异,但齐穗后25 d,秀优5号除初始荧光值的增加幅度未达显著水平外,其他参数均显著高于秀水110。研究结果表明,南方杂交粳稻在灌浆后期仍保持较高的物质生产能力,是它具有较长籽粒灌浆持续期,大穗与较高粒重相协调,最终实现高产的重要生理基础。     

植物激素对杂交稻籽粒灌浆及蔗糖合酶活性的影响

 以亚种间杂交稻两优培九和品种间杂交稻汕优63为材料,对籽粒灌浆期间的内源激素含量和酶活性进行了测定分析,并结合外源激素对水稻籽粒灌浆过程的调控试验,分析了脱落酸对蔗糖代谢关键酶——蔗糖合酶活性的调节作用。结果表明,灌浆前期强势粒中生长素、玉米素核苷和脱落酸（ABA）含量明显高于弱势粒,并与籽粒最大灌浆速率、平均灌浆速率、籽粒充实率和粒重均呈显著或极显著正相关。强势粒中蔗糖合酶活性明显高于弱势粒,且达到峰值的时间也早于弱势粒。籽粒灌浆速率、籽粒充实率、粒重和淀粉积累速率与蔗糖合酶活性呈显著正相关。花后8 d对稻株喷施低浓度ABA显著提高了籽粒中ABA含量和蔗糖合酶活性,增加了粒重和籽粒充实率。喷施ABA合成抑制剂氟草酮作用则相反。上述结果说明,植物激素尤其是ABA对水稻籽粒灌浆有重要的促进作用,其作用在很大程度上是通过调节籽粒蔗糖合酶活性实现的。     

不同花生品种重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr富集与转运规律

以青岛市8个主栽花生品种为试材,通过相同土壤条件下大田种植和室内检测分析,对花生植株不同器官中Cu、Zn、Pb、Cd和Cr重金属元素的吸收、富集与转运规律进行了研究。结果表明,供试的8个花生品种植株根系中Cu、Zn、Pb和Cd含量存在显著性差异,茎叶中Cu、Zn、Pb和Cr含量存在显著性差异,籽仁中Cu、Zn、Pb、Cd和Cr含量均存在显著性差异,果壳中Cu、Zn和Cd含量存在显著性差异;供试的8个花生品种籽仁中Cd含量均超过了农业部无公害花生Cd≤0.05 mg.kg-1的卫生限量标准。花生植株各器官对重金属的平均生物富集量顺序：根系和果壳为Zn〉Cu〉Cr〉Pb〉Cd,茎叶和籽仁为Zn〉Cu〉Pb〉Cr〉Cd。花生植株各器官的平均转运量系数顺序：茎叶为Pb〉Zn〉Cd〉Cr〉Cu,籽仁为Zn〉Cu〉Cd〉Pb〉Cr,果壳为Cr〉Cu〉Zn〉Pb〉Cd。A4为花生籽仁低Pb吸收富集型品种,A3为花生籽仁低Cd吸收富集型品种。     

基于不同栽培模式的小麦强、弱势粒灌浆特性研究

为了解栽培措施对小麦强、弱势粒粒重和品质的调控作用在不同蘖位间的表现,以弱筋小麦品种扬麦22为材料,采用传统生产（TPP）、现有生产（CPP）和潜在推广（PEP）三个栽培模式分别建立小麦群体,对小麦主茎强势粒（MS）和弱势粒（MI）、第一分蘖强势粒（TS）和弱势粒（TI）进行连续取样分析,研究了小麦不同粒位间籽粒灌浆特性、蛋白质含量和产量的差异及栽培模式的影响。结果表明,强势粒的最大粒重、成熟期蛋白质含量和产量较弱势粒分别高9.3~12.4 mg·grain^-1、0.9~1.1个百分点和1.4~1.8 mg·grain^-1。与TS相比,MS的最大粒重提高2.2 mg·grain^-1,蛋白质含量降低0.8个百分点,但MI与TI间两个指标差异均不显著。MS灌浆快、启动早、速率高,而TS需要更长的灌浆时间来实现较高的粒重。相比分蘖,主茎强、弱势粒间粒重和蛋白质含量差异大,受栽培模式影响较大。不同粒位的最大粒重与最高灌浆速率和平均灌浆速率均呈显著线性正相关。小麦群体平均粒重、籽粒蛋白质产量与强、弱势粒最大粒重、蛋白质产量均一致表现为PEP模式高于CPP和TPP模式;但籽粒平均蛋白质含量与强、弱势粒蛋白质含量在不同模式间表现趋势不一致。因此,通过栽培措施合理规划小麦穗群结构,有助于构建高产和优质协同群体。     

几种重金属(Cd、Cr、As)在玉米植株中的分布研究

从株洲市某社区玉米园中采集玉米植株及其生长的土壤样品,利用ICP等离子法测定铬(Cr)、砷(As)、镉(Cd)3种重金属元素的含量,对玉米不同器官积累重金属的特性进行初步研究。结果表明:(1)玉米园土壤受重金属As中度污染,重金属Cd重度污染;(2)3种重金属在玉米植株中的分布规律大致为根叶茎;(3)玉米对土壤中3种重金属的平均富集系数大小排列顺序为CdCrAs;(4)玉米对土壤As元素有较强的耐性;(5)玉米茎中Cr元素含量与根中Cr达到了显著负相关,而茎、叶中Cd含量与根部Cd呈正相关。     

Effect of Grain Position within a Panicle and Variety on As, Cd, Cr, Ni, Pb Concentrations in japonica Rice

Two japonica rice varieties, a compact panicle (CP) Xiushui 63 and a loose panicle (LP) Xiushui 11 were grown in a slightly contaminated paddy field, to determine the effect of grain positions within a panicle and variety on grain As, Cd, Cr, Ni and Pb concentrations. There was a significant difference in grain As, Cd, Cr, Ni and Pb concentrations among grain positions, and the extent of the difference was variety- and metal-specific; Xiushui 63 showed greater difference than Xiushui 11, and As, Cd, Cr and Pb being greater than Ni. The top grains (TG) of a panicle had higher As, Cd and Ni concentrations than the middle ones (MG), and the bottom ones (BG) contained the lowest. With regard to Cr and Pb, the case was opposite. Significantly positive correlations were found between grain weight and As, Cd, Ni concentrations, but there was a negative correlation between grain weight and Cr, and Pb concentrations. There was a remarkable variation in grain filling pattern among grains within a panicle, and between Xiushui 63 and Xiushui 11. In comparison with MG and TG, BG had the lowest grain filling rate and grain weight, leading to obvious difference in grain weight among grains within a panicle, and a greater difference for Xiushui 63 than for Xiushui 11. The regression analysis showed that grain As and Cd concentrations were positively correlated with the maximum grain filling rate (GRm),while negatively correlated with the required time for reaching the maximum grain filling rate (Tpol). Concerning Cr and Pb, the case was just reverse. It is suggested that As and Cd accumulation in grains might be accompanied by the carbohydrate accumulations, while Cr and Pb accumulation displayed a different pattern.     

Difference in Grain Yield and Quality among Tillers in Rice Genotypes Differing in Tillering Capacity

A japonica variety and its iso-allelic mutant with high tillering ability were used to investigate the differences in grain yield and quality among different tillers. There was a distinct difference in panicle weight among tillers during grain filling for both genotypes, with Xiushui 11 having a greater increase rate in panicle weight, and being earlier in reaching the maximum panicle weight than the mutant. There was a great significant difference between the two genotypes in grain yield and its components, with Xiushui 11 having higher grain yield, more grains per panicle, higher filled grain percentage and grain weight than the mutant for each type of tiller. Moreover, a significant difference was found in grain yield and yield components among different tillers for both genotypes, with grain number per panicle showing the greatest variation over tillers among all yield components. Compared with Xiushui 11, the mutant had higher brown rice rate and greater ratio of length to width of brown rice, and lower chalky rice rate, amylose content, and protein content of rice. Furthermore, there was a significant difference in grain quality among tillers within a plant for both genotypes, with later initiated tillers being lower in chalky rice rate, amylose and protein contents than early initiated ones. The variation of most quality parameters among tillers within a plant was markedly larger for the mutant than for Xiushui 11.     

Influences of Cadmium on Grain Mineral Nutrient Contents of Two Rice Genotypes Differing in Grain Cadmium Accumulation

A pot experiment was conducted to study the effects of Cd on grain Cd, K, P, Mg, Zn, Cu, Pb, Fe and Mn accumulation in two rice genotypes (Xiushui 63 and Xiushui 217) differing in grain Cd accumulation under four Cd levels, i.e. 0, 0.5, 2.5 and 12.5 mg/kg. Rice genotype greatly affected the grain K content, but not significantly for P, Mg, Zn, Cu, Pb, Fe and Mn contents. There were remarkable effects of additional Cd on the contents of P, Mg and Zn in grains, while not significant for K, Cu, Pb, Fe and Mn contents. No significant differences were found in the interaction of genotype by additional Cd on these nine element contents. The low grain Cd accumulation genotype Xiushui 217 had significantly higher grain K, Mg, Cu and Mn contents than the high grain Cd accumulation genotype Xiushui 63, but the case was opposite for Zn, Pb and Fe contents. It also showed that Cd addition levels significantly influenced the K, P, Mg, Zn, Cu, Pb, Fe and Mn contents in rice grains. Grain K, P, Mg, Zn, Fe and Mn contents reduced with the increasing rate of Cd addition.     

粳稻穗部不同部位籽粒产量相关性状差异及其与内源激素的相关性

【目的】根据灌浆期水稻内源激素水平解析稻穗不同部位籽粒产量性状的差异。【方法】以相同环境下种植的嘉58等6个浙江省常规粳稻品种为实验材料,将稻穗籽粒按一次枝梗在主穗上的节点划分为稻穗上部、中部和下部籽粒,测定了不同部位籽粒水杨酸（SA）、脱落酸（ABA）、吲哚乙酸（IAA）和生物量的动态变化及收获后籽粒千粒重、整精米率、长宽比、胶稠度和碱消值等相关性状。【结果】籽粒在灌浆期内0~35 d处于持续增重状态,且表现为上部>中部>下部,花后35 d各品种不同部位籽粒生物量的变异系数为1.66%~10.26%,35 d以后不同部位籽粒生物量的差距逐渐缩小但仍有差异,籽粒成熟后千粒重仍表现为上部籽粒（25.08~33.88 g）>中部（24.04~32.49 g）>下部（23.46~31.78 g）;不同部位间籽粒整精米率与长宽比略有差异,且千粒重与长宽比呈极显著正相关（r = 0.89, P< 0.01）,与整精米率呈极显著负相关（r = -0.68, P< 0.01）;在胶稠度、碱消值方面,品种间的差异显著大于部位间的差异;三种内源激素在不同部位籽粒中的差异均较为显著,且SA差异最为稳定,全周期不同部位间籽粒SA含量变异系数为0.59%~25.90%,ABA和IAA变异系数依次为1.35%~66.25%和0.16%~81.04%。不同部位SA含量在灌浆初期与末期正相反,前期表现为上部籽粒>中部>下部,末期却表现为下部籽粒>中部>上部。【结论】不同部位籽粒的内源激素及产量等相关性状差异均较为显著,激素含量差异以SA最为稳定。SA与ABA和IAA分别呈显著正相关(r =0.54, P < 0.05)和极显著正相关(r =0.59, P< 0.01),与千粒重呈显著负相关(r =-0.53, P < 0.05),其与长宽比和整精米率也分别为极显著负相关(r = -0.66, P < 0.01)和极显著正相关(r = 0.95, P < 0.01)。     

烯效唑对杂交水稻籽粒灌浆及产量的影响研究

以杂交稻组合汕优63为材料,探讨了不同施药时期(浸种、孕穗期喷施)和不同质量浓度(0,10,20,40,80 mg/L)烯效唑处理对籽粒生长过程及产量的影响.结果表明,烯效唑对强势粒生长有一定抑制作用,但同时却促进了弱势粒的生长,在一定程度上具有协调强、弱势粒灌浆的作用,降低成熟期强势粒单粒重而提高弱势粒单粒重;使强势粒的终极生长量降低,达最大生长速率的时间延后,从而延长弱势粒的灌浆时间,提高弱势粒的灌浆速率及最大干重;由于烯效唑对弱势粒生长的促进作用,显著提高了其穗实粒数,进而提高了单穗籽粒干重及水稻产量.处理时期不同,其最佳浓度不同;浸种处理以质量浓度为40mg/L时产量最高,喷施处理以20mg/L时的产量最高.     

水稻和陆稻籽粒灌浆特性的比较

应用Richards方程对水作和旱作水稻与陆稻的籽粒灌浆过程进行拟合,研究两种稻灌浆特性在不同水分管理条件下的差异。结果表明,与水作相比,水稻旱作穗数和粒重明显降低,产量下降;强势粒和弱势粒的灌浆速率降低,活跃灌浆期缩短,强势粒和中势粒的起始生长势减弱,到达最大灌浆速率的时间延迟,强、弱势粒进入灌浆盛期的间距缩短,从而影响弱势粒的灌浆,强、弱势粒灌浆速率的差异增大,最终导致粒重和结实率降低。陆稻旱作与水作相比,除活跃灌浆期略有缩短以及强、弱势粒进入灌浆盛期的间隔略有延长外,整体上灌浆过程变化不大。与水稻相比,陆稻在两种水分条件下灌浆过程和产量及其构成因子的差异较小,表现为籽粒灌浆的起始生长势特别是强、中粒位势的起始生长势低,灌浆前、中期灌浆较强,强、中势籽粒对同化物的激烈竞争使弱势粒灌浆变差,籽粒灌浆期短,特别是灌浆后期持续时间短,导致结实率和粒重低,最终影响产量。旱作条件下,水稻与陆稻相比,籽粒灌浆速率较小,活跃灌浆期较长,强、弱势粒灌浆呈现明显的异步性。     

水稻颖花与籽粒发育模拟的初步研究

在文献资料与田间试验研究的基础上,建立了基于过程的水稻颖花原基分化与退化数、结实粒数以及灌浆动态预测的机理模型。模型量化了穗部器官发育与生理发育时间（PDT）及环境因子的动态关系,确定了穗部籽粒发育的不均衡性与开花时间和同化物供应状况的关系,进一步模拟了不同类型品种强势粒与弱势粒不同粒位的灌浆动态。模型验证结果表明,此模型对颖花动态和籽粒灌浆过程有较好的预测性。     

水稻强弱势籽粒核酸和蛋白质代谢差异

以两系杂交稻两优培九和培两优500为试验材料,对强弱势粒核酸和蛋白质含量进行了测定。水稻抽穗当天,强势粒单位质量子房中总RNA、mRNA含量都高于弱势粒,蛋白质含量却低于弱势粒。抽穗后第5天,强势粒单位质量子房中总RNA含量仍然高于弱势粒,mRNA含量两者差异不大,蛋白质含量依然低于弱势粒。不论是强势粒还是弱势粒,从抽穗到开花后第5天,其总RNA、mRNA和蛋白质单粒含量都有显著的增加,且各时期强势粒都高于弱势粒。抽穗当天强势粒有两条特异蛋白质带出现,而弱势粒没有,抽穗后第5天弱势粒才出现其中的一条。这说明强势粒与籽粒灌浆有关的基因表达比弱势粒早,强度高。