水稻镉吸收与转运机理的研究进展

长期食用高含镉(Cd)的大米会严重危害人体健康,引起一系列的疾病,因此控制稻米Cd含量对粮食安全具有重要意义.本文从根部Cd吸收、根向茎叶的转运和茎叶向籽粒转运3个角度系统总结,从生理角度综述了这3个重要过程涉及的生理机制,从分子生物学角度总结了相关基因的分子调控机制,归纳并讨论了一些存在争议的问题.深度探讨了调控吸收...     

水稻磷素吸收与转运分子机制研究进展

磷素是植物体内重要的大量元素之一,其含量约占植物干重的 0.2%。由于磷元素作为许多重要生物大分子的关键组分,且参与植物体内许多的生理生化反应,因此植物的生长和发育都离不开磷元素。植物在长期的进化过程中,形成了一套高效地吸收和利用磷素的分子调控机制。本文将重点阐述水稻中无机磷从土壤吸收进根系再转运到地上部并进行分配的分子机制,并对今后的水稻磷素吸收和转运的研究重点进行展望。水稻根系主要通过定位在细胞膜上的磷酸盐转运体 (Phosphate Transporter1,PHT1) 吸收土壤中无机磷。当无机磷被吸收进入根系细胞内部后,通过质外体和共质体两种养分的运输途径,将其运输到根中维管束,并通过PHO1 将无机磷由根系加载到地上部。然后水稻根据其地上部不同组织器官对无机磷的需求进行分配,而多余的无机磷将储存在液泡内,维持细胞内无机磷的平衡。目前对磷酸盐转运体吸收磷素的分子机制研究较为清楚,但对于磷素在植物体内的储存、分配和再利用过程的机制还研究较少。液泡作为水稻无机磷储存的主要部位,对于维持细胞内无机磷的平衡尤其重要;节是水稻营养元素 (包括磷素) 在地上部进行分配的重要部位。但目前对于定位于液泡膜上和节上的磷酸盐转运体的机制研究较少。因此,未来挖掘与解析水稻体内负责磷素储存、分配和再利用的磷酸盐转运体及其作用机制,能为培育磷高效利用的水稻提供新的依据。     

水稻不同生育期对硒的吸收、转运及累积规律

采用大田试验,研究土壤施用含硒肥料后水稻中硒的积累和分布的动态变化。结果表明:在水稻不同器官中硒的积累量与含硒肥料施用量呈正相关,相关系数达到0.98以上。水稻成熟期,硒施用量30 kg/hm2和120 kg/hm2处理全株硒浓度分别比对照处理提高了98.9%和313.7%。不同生育期,水稻各个器官中硒含量及累积量不同,水稻硒的生物富集高峰期表现在孕穗期,叶与水稻穗部吸收累积硒有着密切关系。水稻成熟期整个植株中硒的累积量为茎叶精米根颖壳。在整个水稻生育期硒有一定的运转累积规律:水稻分蘖期时,硒从根、茎流向叶片;孕穗期再由叶流向茎;灌浆期又从根运转到叶和穗中;最后成熟期叶中的硒流向穗。苗期施用含硒肥料是一条提高水稻硒含量的有效农艺措施。     

水稻铁吸收与转运机理

铁元素作为水稻最重要的营养成分之一,在水稻整个生长和发育过程中都起着重要的作用。水稻根部吸收土壤中铁离子的方式包含机理Ⅰ与机理Ⅱ,这两种吸收方式是由多个基因共同调控完成的。多种基因参与铁离子的吸收与转运,包括上游基因OsIDEF1、OsHRZ1,bHLH转录因子OsIRO2、OsIRO3、OsPRI1以及参与铁离子直接转运的OsIRT1、OsVIT2等。高pH值的碱性土壤会显著影响水稻对铁的吸收和转运,研究碱性条件下铁离子在水稻中的吸收与运输有利于提高水稻耐盐碱性。本文详细阐明了水稻对于铁离子的吸收和转运机理,对当前所研究的起到关键性作用的基因进行了综述,并对未来研究作出展望。     

水稻吸收转运铁的生物地球化学机制研究进展

铁的生物吸收转移是环境中铁生物地球化学循环的重要过程之一，不仅控制着铁在稻米的累积，且影响水稻累积锌等养分元素及镉等重金属。阐明土壤-水稻体系中铁的吸收转移机制对深入理解稻田铁的环境行为与归趋具有重要的科学意义。主要介绍了水稻中铁吸收转运的功能基因、土壤-水稻系统铁同位素分馏及水稻植株中铁分布的光谱分析方法与手段，重点总结铁在水稻根部吸收及植物体内的转运过程，探讨铁对水稻根部锌和镉吸收的影响机制，可为提高水稻产量及改善稻米品质提供科学依据。     

有机酸对水稻镉吸收的影响

通过盆栽试验,在水稻开花期向土壤添加有机酸类物质,研究有机酸对水稻吸收镉的影响,特别是对水稻籽粒中镉含量的影响。结果表明,添加乙二胺四乙酸处理可明显抑制水稻对镉的吸收,即水稻籽粒中镉含量明显降低;而用柠檬酸和苹果酸处理时,对水稻籽粒中镉含量影响不大。     

品种和土壤对水稻镉吸收的影响及镉生物有效性预测模型研究进展

稻田受重金属镉(Cd)污染后,土壤中的Cd可能被植物吸收通过食物链进入人体,威胁人类健康。而水稻品种和土壤类型对Cd吸收和积累有着深远的影响,因此在进行Cd的农产品安全阈值制定和人体健康风险评价时,需考虑土壤Cd的生物有效性和不同水稻品种对Cd吸收的影响。本文综述了水稻品种和土壤类型对Cd吸收和积累的影响,并重点介绍了目前常用于预测重金属生物有效性的模型,以期为环境风险评价、土壤环境质量标准及农产品安全阈值制定提供有效的工具,并为生产安全(无公害)稻米提供参考。     

锰能抑制水稻对镉的吸收

以往抑制水稻吸收镉的方法是用客土或石灰等改良污染的土壤。作者对镉污染土壤进行盆栽试验证明,在省水栽培条件下,施用MnSO₄、水溶性锰能显著地抑制水稻吸收镉,其次为锰矿渣,熔成锰则无效。     

植物对重金属镉的吸收转运和累积机制

Cd是土壤污染的主要因素之一,痕量的Cd2 不仅对植物生长有毒害作用,同时对人体健康产生极大的危害.研究植物如何从土壤中吸收Cd2 ,并在整个植物体内运输和积累的机理,对开发植物修复技术及生态环境的恢复具有重要意义.近年研究表明:土壤微环境影响植物对Cd2 的吸收;植物根细胞壁通过选择性吸收可以吸附和固定土壤中的Cd2 ,其中大部分Cd2 被截留在细胞壁中,其余的则通过协助扩散或主动运输等方式透过细胞膜进入根细胞中;在根细胞中Cd部分累积在液泡中,部分则通过木质部运输到地上部分;茎叶部的大部分Cd2 通过络合作用被固定在液泡中,少量被截留在细胞壁和细胞质中.在植物结实期,Cd通过韧皮部进入籽实中,而籽粒中的Cd几乎不能运输到其他部分,主要通过食物链进入动物和人体中.本文综述了植物对Cd的吸收和运输机制方面的研究进展.     

不同富集植物与小麦间作对镉吸收转运的影响

为探究不同富集植物与小麦间作对镉（Cd）吸收转运的影响,分析单间作种植模式下植物的Cd吸收转运差异,设置了小麦分别与龙葵、苋菜、黑麦草的单间作盆栽试验。结果表明,相对于单作小麦,与龙葵、苋菜间作的小麦地上部Cd含量分别显著增加1.35、1.34倍,根部分别显著增加46.3%、25.9%,与黑麦草间作的小麦地上部Cd含量显著增加1.30倍;另外,与龙葵间作的小麦地上部Cd累积量增加1.13倍,与苋菜和黑麦草间作的小麦各部分Cd累积量显著降低。     

外源有机酸对红蛋植物吸收和转运镉的影响

采用溶液培养试验,研究了外源草酸和柠檬酸对镉富集植物红蛋吸收及转运镉的影响。结果表明,外源草酸或柠檬酸的加入均不同程度地增加了红蛋对Cd的耐性,表现在生物量增加,根部的镉含量提高,影响大小依次为草酸>1/2(草酸+柠檬酸)>柠檬酸,其中草酸处理效果最明显,地下部镉含量比未加有机酸处理增加了67.20%。有机酸的加入也促进了植株地上部镉的累积,除了柠檬酸处理外,植株地上部Cd含量比未加有机酸处理降低了27.83%。草酸或/和柠檬酸的加入虽未提高红蛋体内镉的迁移系数,但却增加了各处理植株地上部重金属迁移总量,从而提高了修复重金属污染地的效率。可见,草酸或/和柠檬酸的添加能够促进红蛋对重金属镉的吸收和累积,且植株的重金属迁移总量相当可观,可作为一种潜力植物用以修复镉污染土壤或水体     

磷的吸收转运机制研究进展

磷对动物来说具有重要的生理功能。它主要以无机磷的形式在小肠和肾脏近端小管上皮细胞的刷状缘膜被吸收和重吸收,它的吸收转运过程是一个借助于钠磷协同转运蛋白与钠离子一起的主动转运过程,并且磷的吸收受很多因素的调节。在充分了解磷的吸收转运机制以后既可以保证动物以最佳状态生长,又可以使由于磷造成的环境污染降到最低。本文就磷的吸收转运机制最新研究进展进行了概述。     

低镉水稻研究进展

稻米镉污染已成为全球粮食安全的一个重大问题.系统了解水稻体内镉响应基因调控机制及镉代谢的影响因素有助于推动低镉优质水稻新品种的培育.本文重点阐述了镉进入根细胞、镉从根转移至茎、从茎转移至籽粒的三种机制及主要影响因素,同时对目前已知的水稻镉代谢调控相关基因进行了综述,以期为利用分子育种技术选育低镉积累水稻品种提供参考.     

细胞分裂素类物质对玉米幼苗镉吸收和转运的影响

以玉米(Zea mays L.)幼苗为材料,采用水培试验研究了喷施细胞分裂素类物质6-苄氨基嘌呤(6-BA)和激动素(KT)对玉米镉吸收及转运的影响。结果表明,0.5mg/L镉处理条件下,细胞分裂素类物质能促进玉米幼苗的生长及其对镉的吸收和地上部镉的分配,对镉的转运系数影响较小。提高6-BA喷施浓度使玉米幼苗的生长量、镉吸收量及地上部镉分配增高,提高KT喷施浓度也使镉在地上部的分配比例增加,但当KT喷施浓度为70mg/L时玉米幼苗的生长量及镉的吸收量最高。表明细胞分裂素类物质可缓解镉对植物的毒害作用,提高植物提取水或土壤环境中的镉的效率,但其作用的最佳浓度因细胞分裂素类物质的种类不同而异。     

川东北麦秆还田对水稻氮素吸收转运的影响

为合理利用秸秆,于2014和2015年两个水稻生长季,在大田条件下,以当地平均施肥量为标准,设置不同量的化肥配施秸秆处理,研究秸秆还田下水稻氮素吸收转运特征。结果表明:较纯化肥处理,秸秆替代一部分氮肥处理对水稻产量、地上部氮素积累量、氮素收获指数及氮肥生产效率无显著影响(P0.05);在不同程度上降低氮素在穗部的分配比例、营养器官吸收氮素向穗部转运量、转运率、转运氮对籽粒氮素贡献率;在不同程度上提高成熟期营养器官氮素积累量,显著提升抽穗后氮素吸收量及其对籽粒氮素贡献率(P0.05)。综合氮素吸收转运及利用效率,川东北稻麦轮作区水稻季在化肥减施30%基础上,麦秆还田量以6 000 kg/hm~2为宜。     

氮肥用量与运筹对水稻氮素吸收转运及产量的影响

应用15N示踪技术研究了大田条件下氮肥用量与运筹对水稻氮素吸收、转运及籽粒产量的影响。试验分别设置3个氮肥水平(0、150和240 kg/hm2N)和两种基追比例(即基肥:蘖肥穗粒肥分别为40%︰30%︰30%(A)和30%︰20%︰50%(B)),共5个处理,依次记作N0、N150A、N150B、N240A、N240B。结果表明,在0~240 kg/hm2范围内,提高氮肥水平,显著增加水稻吸收的肥料氮素、土壤氮素数量以及肥料氮在土壤中的残留量。成熟期高氮处理(240 kg/hm2)水稻吸收的肥料氮素、土壤氮素及肥料氮在土壤中的残留量较多,分别为110.25、65.91、32.69 kg/hm2,而氮素的吸收利用率和土壤残留率下降,氮素损失率增加。在相同的氮肥水平下,采用基肥蘖肥穗粒肥比例为30%︰20%︰50%时,水稻吸收的肥料氮数量显著增加,氮素吸收利用率和土壤残留率提高,氮素损失率降低。适量施氮并增加穗粒肥的施氮比例,可以显著增加水稻产量。在本实验条件下,施氮量为240 kg/hm2及基肥蘖肥穗粒肥为30%︰20%︰50%的施氮处理是兼顾产量和环境的最佳氮肥运筹方式。     

不同类型水稻镉富集与转运能力的差异分析

选取84个水稻品种在镉（Cd）中轻度污染农田上进行原位小区试验,通过统计分析水稻Cd富集系数及转运系数,探索具有相似产量与Cd富集能力的水稻品种各器官Cd的富集及Cd在土壤-水稻系统中转移特征,比较不同类型水稻Cd富集与转运的差异。结果表明：水稻糙米Cd富集系数范围为0.10~0.78,小区产量范围为8.20~11.50 kg（以小区面积3.5 m×3.5 m计）,不同水稻品种产量与糙米Cd富集能力不存在显著相关性。以产量和糙米Cd富集系数为指标将所有水稻品种进行聚类分为高产高Cd（组1）、低产高Cd（组2）、高产低Cd（组3）和低产低Cd（组4）四组。水稻各器官Cd富集规律均为根系>茎>叶>糙米,Cd由根系向上传递过程中,含量越来越低。不同产量和富集能力的水稻类型的差异,主要在于茎和叶的富集与转移。高产或高Cd品种有较强的将Cd从根转运到茎和从茎、叶转运到米的能力。低Cd水稻无论产量高低,对各器官的Cd转运能力无显著影响。筛选、培育适合在中轻度污染区种植的高产低Cd水稻品种是可行的。在种植过程中控制茎的吸收与转运将对保障粮食安全生产具有重要意义。     

钝化剂对酸性高镉土壤钝化效果及水稻镉吸收的影响

以海泡石、磷酸二氢钾、钙镁磷肥、钢渣、生石灰及生物炭为重金属镉钝化材料,研究钝化剂对湖南省酸性高镉(Cd)稻田土壤及水稻中Cd含量的影响。以土壤pH值和有效态镉作为评价指标,筛选出三种效果较优的钝化剂,通过正交试验进行复配,选择最优的钝化剂配方进行田间验证。结果表明,海泡石、钙镁磷肥、钢渣在施用比例为1%时均可显著提高土壤pH,pH的提升效果排序为钢渣钙镁磷肥海泡石;除钢渣外,其余钝化剂在施用比例为1%时均可不同程度降低土壤有效态Cd含量,钝化效果排序为磷酸二氢钾钙镁磷肥生物炭海泡石生石灰。选取海泡石、钙镁磷肥和磷酸二氢钾复配钝化剂,依据正交试验结果并综合考虑钝化效果、成本及材料易得性,确定钝化剂的最优施用量组合为海泡石500 mg kg-1、钙镁磷肥500 mg kg-1、磷酸二氢钾170 mg kg-1。大田试验结果表明,施用钝化剂后,土壤pH值提高0.5个单位,土壤有效Cd含量降低34.00%,糙米中Cd含量降低19.44%,水稻各器官Cd的富集与迁移系数明显降低,水稻产量明显升高。     

硒与黄腐酸组配对水稻镉吸收的影响

以Cd污染水稻土为研究对象,采用盆栽试验研究不同用量Se(0.5,1.0 mg/kg)与黄腐酸(0.6,1.2 g/kg)组配对水稻吸收积累镉的影响,并探讨其作用机理,以期为Cd污染稻田的安全利用提供科学依据。结果表明:单施Se可使土壤pH提高0.08～0.23个单位,土壤CaCl_2提取态Cd含量降低8.6%～20.9%,水稻地上部各器官Cd含量显著降低29.4%～39.5%,单施Se能有效降低水稻吸收Cd,并阻控Cd向地上部以及籽实中的转运。单施黄腐酸能显著降低土壤pH,但对土壤CaCl_2—Cd含量、水稻各器官Cd和Se含量(除低量黄腐酸处理叶片和糙米Cd含量外)及水稻各器官Cd的分配无显著影响。Se与黄腐酸组配对土壤pH的影响取决于二者的用量,黄腐酸与高量Se组配处理显著降低CaCl_2提取态Cd 16.5%～21.9%。Se与黄腐酸组配处理能显著减少水稻Cd的吸收及向地上部和籽粒的转运,更为有效地降低稻米Cd含量,高量Se与黄腐酸组配的2个处理与对照相比,稻米Cd含量分别降低38.1%和50.2%。总体来看,施Se能有效降低稻米Cd含量,而Se与黄腐酸配合施用降Cd效果更佳。