镉对水稻的毒害效应及耐性机制的研究进展

概述了镉对水稻的毒害作用及其对镉的耐性机制,阐述了水稻在镉胁迫下所采取的保护防御机制.     

镉胁迫下不同耐性水稻植株幼苗生长和抗氧化酶的变化

以耐Cd性不同的两个水稻品种(秀水63和秀水09)为试验材料,采用溶液培养方法,比较研究不同浓度Cd(0,1,5,10,25,50,100μmol/L)胁迫不同时间后水稻幼苗生长、脯氨酸、丙二醛(MDA)和抗氧化酶活性的变化.结果表明:随Cd胁迫浓度增加和胁迫时间延长,水稻幼苗生长明显受抑,株高和地上部干重增长、叶绿素含量明显下降,且秀水63降幅大于秀水09;处理3d后,较高浓度Cd(≥50 μmol/L)胁迫造成叶片MDA含量明显增加,随着胁迫时间的延长,高于10 μmol/L Cd胁迫对MDA含量有显著影响,特别是秀水63.叶片脯氨酸含量、SOD、POD活性随Cd胁迫浓度增加和胁迫时间延长呈增加的趋势,且秀水09的增加幅度高于秀水63,而CAT活性表现为先增加后降低,在较高浓度Cd胁迫下(≥25 μmol/L)秀水63降幅较大.可见,较高的脯氨酸含量和较强抗氧化酶活性是秀水09耐镉性强于秀水63重要原因之一.     

水稻对镉的吸收转运与耐性的关系研究

[目的]明确了水稻品种耐Cd能力与体内分布的关系。[方法]采用水培法对江苏地区10个水稻品种对镉(Cd)的吸收转运和耐性特点进行了比较。[结果]不同水稻品种耐Cd能力和体内分布存在显著差异。特优559的地上部生长受Cd抑制最大,而镇稻8号没有受到Cd处理的影响。扬辐粳7号的地上与地下部Cd浓度比(S/R)最大,而K优818的S/R值最低。水稻的吸收转运和耐性之间没有直接的联系。按照水稻对Cd的耐性指数和冠根比进行聚类分析,可将10个品种分为4类:①Cd转运多且耐性弱(扬辐粳7号和特优559);②转运较少但耐性较弱(两优培九和苏优22);③转运少且耐性较强(Ⅱ优838、K优818和武运粳7号);④转运较多但耐性强(宁粳1号、镇稻8号和86优8)。[结论]该研究为筛选同时具有低Cd含量和高Cd耐性特点的水稻品种提供依据。     

有机肥对镉胁迫下不同基因型水稻镉吸收和分配的影响

以镇稻88和Ⅱ优107两个不同基因型水稻为材料,采用两年盆栽试验方法,研究了有机肥对水稻镉吸收及分配的影响.结果显示:镉胁迫(3.0 mg· kg-1)下,水稻各器官的镉含量以及根系镉分配比例增加,穗的镉分配比例减少.有机肥对不加镉处理(土壤背景镉含量0.202 mg· kg-1)的营养器官镉含量没有显著影响,籽粒镉含量略降低,但影响不显著.有机肥降低加镉处理的根系、糠层和精米的镉含量,影响根系的镉分配比例,减少穗的镉分配比例,并且一定程度减少籽粒中精米的镉分配比例.有机肥可能是通过减少土壤有效态镉,以降低水稻植株对土壤中镉的吸收,并且抑制镉往地上部以及精米中输送,从而显著降低了精米中的镉含量.另外,有机肥对两个基因型水稻的影响表现不同.     

野茼蒿对镉的富集及其镉耐性

通过盆栽试验研究了不同镉(Cd)浓度(0、30、60、90、120、150、180mg.kg-1)胁迫下野茼蒿(Crassocephalum crepidioides(Benth.)S.Moore)的生长及其对Cd的富集特征。结果表明,随着Cd添加水平的增大,处理组野茼蒿的主根长、株高、叶绿素含量、根和地上部生物量均呈降低趋势,且主根长、株高、根和地上部生物量均显著低于对照植株;当Cd添加水平不断提高,处理组野茼蒿根和地上部Cd浓度呈显著增加趋势,而累积总量呈先增加后下降的趋势,但仍显著高于对照植株。处理Cd浓度为180mg.kg-1时,野茼蒿地上部Cd浓度最高,为1288.12mg.kg-1;处理Cd浓度为60mg.kg-1时,野茼蒿地上部Cd累积量最高,为每盆4.28mg。当Cd浓度≤90mg.kg-1时,野茼蒿生长正常,未出现Cd中毒症状。野茼蒿地上部Cd富集系数和转移系数分别为3.48～21.71和1.12～2.31。因此,野茼蒿对Cd具有较强的耐受性和转运能力以及其地上部对Cd的累积能力,适合于Cd污染土壤的植物修复。     

植物对镉的耐性机理研究进展

综述近年来国内外关于镉对植物伤害与植物耐镉机理的相关研究成果,并对该研究领域的一些重点问题进行了展望。     

不同化学生态型紫苏的镉耐性及镉富集能力研究

为探究不同化学生态型紫苏的镉耐性与镉富集能力差异,设置不同浓度镉处理,测定了4种化学生态型紫苏种子的萌发指标及其幼苗的镉含量与镉富集特性。结果显示,10.0 mg·L~(-1)镉处理对PKPA型、EK型和PK-I型紫苏种子的发芽率、发芽势无显著影响,但显著抑制了PK-Ⅱ型紫苏种子的萌发。不同浓度镉处理下,不同生态型紫苏各部位的镉含量均表现为:根(1 052.0～5 337.1 mg·kg~(-1))茎(327.6～807.9 mg·kg~(-1))叶(104.8～343.3 mg·kg~(-1)),全株镉含量在348.1～1 416.73 mg·kg~(-1),远高于镉超富集植物的标准(100 mg·kg~(-1))。不同生态型紫苏的镉富集系数(BCF)存在显著差异,PAPK型、PK-Ⅱ型、EK型紫苏的BCF在2.0 mg·L~(-1)镉处理时最高,依次为252.0、300.5、295.3,显著高于PK-Ⅰ型,后者的BCF在5.0 mg·L~(-1)镉处理时最高(265.5),显著高于PAPK型、PK-Ⅱ型和EK型。不同生态型紫苏的镉富集量均以5.0 mg·L~(-1)镉处理时最高,PK-Ⅰ型紫苏镉总富集量为454.0μg·株~(-1),分别是PAPK型、PK-Ⅱ型和EK型的2.48、1.69倍和2.05倍。不同化学生态型紫苏的镉耐性间存在显著差异,镉胁迫下PK-Ⅰ型紫苏具有较高镉耐性及镉富集能力,可用于后续研究紫苏镉耐性作用机制以及镉污染稻田修复的主要种质资源。     

MET在水稻体内的分配运转

用高效液相色谱和生物测定法测定亩施50g 多效唑(MET)的水稻秧苗和成熟植株各部分 MET 含量,结果表明:被吸收的 MET 主要累积在顶部器官中,苗期在叶片、成熟期则在籽粒中。但亩施20gMET 的成熟植株各部没有测出 MET,说明水稻体内可能有分解 MET 的能力。对移栽15天后的 MET 处理的水稻秧苗测定结果表明,被吸收的 MET 在水稻体内能够向顶部进行再运转。     

水稻金属硫蛋白ricMT基因的耐性分析

铜镉胁迫下水稻幼根中金属硫蛋白基因ricMT被显著诱导,通过构建ricMT基因的原核表达载体及大肠杆菌转化,进行ricMT基因的耐性分析.结果显示,经IPTG诱导后,转入ricMT的菌株比转入空载体的对照菌在铜、镉和H2O2胁迫下生长旺盛,说明ricMT的表达有利于增加大肠杆菌对重金属胁迫的耐性.     

水培条件下东南景天对镉的耐性与富集特性研究

[目的]探讨不同生态型东南景天对Cd的耐性和富集能力的差异。[方法]通过水培试验,研究东南景天矿山和非矿山2种生态型植物在不同cd供应水平下的生长情况以及体内Cd含量的变化。[结果]非矿山生态型东南景天忍耐环境Cd胁迫的临界浓度是100μmoL／L,而矿山生态型东南景天是400μmol／L。随着供Cd水平的提高,2种生态型植物各部分的Cd含量均呈升高的趋势。非矿山生态型东南景天叶和茎中的最大cd含量分别为493和934mg／kg（DW）,而矿山生态型东南景天叶和茎中的最大Cd含量分别为4933和3874mg／kg（DW）。在相同供Cd水平下,非矿山生态型东南景天各部分的Cd含量大小次序为根〉茎〉叶;而矿山生态型东南景天各部分的Cd含量大小次序为叶〉茎〉根。[结论]水培条件下,东南景天矿山生态型比非矿山生态型具有更强的忍耐、吸收和向地上部转运Cd的能力。     

糙米与水稻植株中镉含量的关系

[目的]研究糙米中重金属镉含量与水稻植株中镉积累的关系。[方法]以6个水稻品种为试材,设置5个土壤镉浓度处理的盆栽试验,对水稻糙米中重金属镉的积累与水稻植株间的相关性进行了研究。[结果]水稻糙米与水稻植株分蘖期的重金属镉含量的相关系数没有达到显著相关;出穗期,只有水稻茎秆中的镉含量与糙米的相关系数为显著相关;在水稻的成熟期,水稻糙米与水稻植株镉含量的相关系数在土壤镉含量较低时都为显著相关,而在较高浓度时,只有水稻的茎秆与糙米镉含量的相关系数达到显著相关。[结论]水稻糙米中的镉含量只与水稻植株中的茎秆的镉含量有关联。选择茎镉含量低的水稻品种,可得到糙米对重金属镉低积累的水稻品种。     

The Difference in Growth and Four Microelement Concentrations Between Two Rice Genotypes Differing in Grain Cadmium-Accumulating Capacity

A pot experiment was conducted with two rice genotypes having different Cd concentrations in their grains to study the effect of soil Cd level on biomass, Cd and Fe, Zn, Cr and Pb accumulation in different plant parts. Cd was added into soil to form 4 levels, i.e.,0, 0.5, 2.5 and 12.5 mg kg-1, respectively. The results showed that the Cd-induced reduction in biomass accumulation varied in both genotypes and growth stages. The Cd-induced reduction in biomass became less with the progress of growth, and Xiushui63, a genotype with relatively higher grain Cd concentration, was more severely inhibited than Xiushui217,a relatively lower Cd concentration. Both Cd concentration and accumulation in the various plant parts increased substantially with the increase of Cd levels. The difference between two genotypes in Cd concentration and accumulation became more pronounced with increased Cd level as well as prolonged duration of exposure. Xuishui63 had much greater Cd accumulation than Xiushui217, in particular at late growth stage. Xuishui63 had a remarkably higher Cd translocation of roots to shoots than Xiushui217 in all Cd levels.The effect of Cd addition on four microelement concentrations in straw and milled rice also varied in genotypes and Cd levels. Without Cd addition, Xiushui63 was significantly lower than Xiushui217 in the concentrations of all four elements in straw, while the case was just opposite in milled rice. Zn, Fe and Pb concentrations decreased in milled rice with the increase of Cd level, although the reduction extent differed in two genotypes.The results indicated that Cd concentration in rice grain is primarily dependent on the shoot Cd concentration, which is in turn mainly determined by Cd translocation from roots to shoots.     

植物阻滞剂对水稻中镉的吸收和运转的影响

采用盆栽试验,研究了不同浓度植物阻滞剂处理下水稻全生育期内镉在不同部位的分配累积规律.结果表明:随喷施浓度的增加,各处理镉含量降低,各部位镉含量为根＞茎＞叶＞子粒;根部镉含量随时间的变化规律为分蘖期＞拔节期＞成熟期＞孕穗期＞秧苗,而茎中镉含量变化规律为分蘖期＞孕穗期＞成熟期＞拔节期＞秧苗,叶中的镉含量为成熟期＞分蘖期＞孕穗期＞拔节期＞秧苗;植物阻滞剂对镉的吸收和运转有明显的阻滞作用,且作用部位主要在叶部.     

水稻镉安全亲本材料对镉的吸收分配特性

【目的】筛选获得水稻镉（Cd）安全亲本材料,研究水稻Cd安全亲本材料对Cd的吸收分配特性,为稻米安全生产提供优良的种质资源。【方法】以56份水稻亲本材料为研究对象,在Cd污染农田土壤上进行大田试验,以糙米Cd含量为筛选指标,通过聚类分析筛选出水稻Cd安全亲本材料,并分析其在不同生育时期对Cd的吸收及分配特性。【结果】（1）当大田土壤Cd含量为13.89 mg·kg^-1时,56份水稻亲本材料地上部Cd含量和积累量在分蘖期（CV=44.05%和CV=50.21%）、孕穗期（CV=23.57%和CV=28.62%）和成熟期（CV=44.98%和CV=44.69%）材料间均存在极显著差异。糙米Cd含量的变幅为0.15―1.77 mg·kg^-1,最大值与最小值相差达11.80倍,其中Cd含量最低为0.15 mg·kg^-1,低于食品安全国家标准0.2 mg·kg^-1。（2）以糙米Cd含量为筛选指标将供试材料划分为安全材料、普通材料和高积累材料3类,其中安全材料的糙米Cd含量平均为0.20 mg·kg^-1,显著低于普通材料（0.65 mg·kg^-1）和高积累材料（1.57 mg·kg^-1）,且谷壳中的Cd含量以及籽粒分配系数也以安全材料为最低。（3）3类材料地上部Cd含量均随着生育时期的推进显著降低,且安全材料地上部Cd含量在分蘖期、孕穗期和成熟期均显著低于普通材料和高积累材料,特别是成熟期普通材料和高积累材料较安全材料高1.35和3.39倍。（4）安全材料地上部Cd积累量在3个生育时期均显著低于普通材料和高积累材料。其中安全材料在成熟期地上部的平均Cd积累量与普通材料相差2.23倍,与高积累材料相差3.86倍,成熟期材料间差异在3个生育时期为最大。且其地上部的Cd阶段性积累量在分蘖期―孕穗期积累能力最强,孕穗期―成熟期最弱。但普通材料和高积累材料则在3个生育时期阶段性积累量差异不显著。（5）安全材料糙米中Cd含量较低,与其向籽粒中较低的Cd分配转移能力有关。安全材料糙米中Cd的分配量仅占地上部Cd积累总量的8.11%,而普通材料和高积累材料糙米Cd积累量占地上部Cd积累总量的11.60%和17.59%。【结论】通过筛选获得的安全材料D62B、IRBN95-90和GRlu 17/ai TTP//lu 17_2在大田试验中其糙米Cd含量均低于食品安全国家标准（0.20 mg·kg^-1）,这3份材料可作为Cd安全亲本材料,为中轻度Cd污染农田水稻生产提供Cd安全种质资源。     

磷营养对苗期水稻地上部累积镉的影响

采用人工控制光温条件的营养液培养方法,研究了营养液中磷营养对苗期水稻吸收不同浓度镉的影响,结果表明：（１）随着生长介质中磷营养浓度（磷的处理浓度为５,１０,１５ｍｇ／Ｌ）的增加,水稻植株的生物量和株高无明显变化;在各个磷处理水平上,随着镉浓度的增加,水稻地上部镉含量呈增加趋势;（２）随着营养介质中磷浓度的增大,Ｃｄ０．１,Ｃｄ０．５,Ｃｄ１．０处理的水稻地上部镉含量均呈增加趋势,尤其是高镉浓度处理     

大田生产条件下不同品种水稻植株中镉的分布特点

通过4个水稻品种在大田生产条件下的试验,研究分析了水稻植株Cd积累和分布的特点。结果表明,水稻的根系是吸收Cd的主要器官,也是Cd的主要储存场所,无论在水稻分蘖期还是成熟期都很明显;在水稻成熟期,籽粒(糙米)中Cd的含量显著地低于其他器官,水稻植株器官中Cd的分布情况大致为:根>鞘>叶>茎>糙米,但随着品种的不同而有所变化;根据4个水稻品种在成熟期的植株Cd积累量的分析,9311是植株高累积Cd的水稻品种,Jia-48和Jia-51的糙米中Cd的积累很低;水稻品种间对于Cd的吸收和累积能力有显著的差异,但水稻类型间(粳稻与籼稻间)Cd含量没有显著差异,因此不能按照水稻类型来选育糙米中低Cd积累品种,应针对品种选育出糙米中低Cd积累的高产优质水稻品种。     

硅对镉胁迫下水稻生物量及镉的化学形态的影响

采用盆栽实验,研究外源添加硅对水稻生物量及镉的化学形态的影响.选取对镉积累不同的水稻品种:‘沈稻18’和‘沈农315’,外源添加0、0.5 mg/kg镉及0、0.1、0.5g/kg硅,灌浆期收获.结果表明,外源添加硅对2种水稻根和茎叶的干物质重均有影响,茎叶的干物质重随着硅含量的增大而增加;镉含量为0.5 mg/kg时,随硅含量的增大根干物质量先增大后降低;供试水稻根和茎叶中,氯化钠提取态镉所占比例最大,其次分别是醋酸提取态镉、离子水提取态镉、乙醇提取态镉,盐酸提取态镉含量最低.与‘沈农315’相比,‘沈稻18’中迁移性较强的去离子水提取态和乙醇提取态镉的比例较高,醋酸提取态和盐酸提取态比例较低;硅使水稻中迁移性较强的乙醇提取态和去离子水提取态的镉的含量降低,使难迁移的醋酸提取态和盐酸提取态的镉的含量升高,因此降低了水稻中镉的毒害作用.     

有机酸对Pb·Cd污染水稻植株的解毒作用

[目的]研究有机酸对Pb、Cd污染水稻植株的解毒作用,为处理农田Pb、Cd污染提供理论基础。[方法]统计受Pb、Cd、柠檬酸、酒石酸处理的水稻种子萌发率,及水稻植株根、茎叶干重,测定植株内蛋白质以及Pb、Cd含量的变化。[结果]当Cd浓度≤2mg/L,Pb浓度≤10mg/L时,有机酸对水稻种子的发芽率影响不大。柠檬酸可以减轻Pb对水稻的毒害,并能促使Pb从根部向地上部转移;而酒石酸可以减轻Cd对水稻的毒害,并有利于Cd从根向叶片输送。Pb、Cd复合处理条件下,Pb的存在促进水稻植株对Cd的吸收,Cd的存在可能抑制水稻植株对Pb的吸收。[结论]不同有机酸对Pb、Cd污染水稻植株具有不同的解毒作用。     

水稻对镉的吸收规律及大米的安全控制技术研究进展

重金属特别是重金属镉的污染对水稻的生产安全构成了威胁。总结了水稻对镉的吸收、分配和积累规律及近年来对大米的安全控制技术的研究进展,以期为大米的安全生产奠定基础。     

重金属镉对水稻生长影响和矿质元素代谢的关系

通过对协优9308的5个浓度处理盆栽试验,对水稻主茎叶片的生长速率,重金属Cd对水稻分蘖期叶、鞘、根中矿质元素积累的影响进行了研究,结果表明:(1)水稻叶片的生长受低浓度Cd处理促进,高浓度抑制其生长,与矿质元素在叶片和叶鞘中的积累有正相关的趋势。(2)矿质元素在水稻的叶和鞘中的积累受重金属Cd抑制．但在根中矿质元素除Cu外与Cd的相关关系不显著。(3)Cu在叶、鞘、根中的含量与Cd含量显著负相关,P的含量与Cd含量再叶中成显著正相关。