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...     

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。     

不同土壤的还原状况对铁镉形态转化和水稻吸收的影响

采用土壤-蛭石联合培养,以填充蛭石的网袋模拟根际,置于红壤、水稻土、盐土中后淹水栽培水稻13 d.试验结果表明,水稻栽培期问,红壤、水稻土、盐土pH变化范围分别为6.05 ～6.78、6.47 ～7.33、6.42 ～7.44;有机质处理下,除红壤根际pH明显升高外,其余土壤根际和非根际pH均有所下降.各土壤对照根际Eh保持在233 ～ 385 mV;有机质处理使根际Eh下降,同时也导致除盐土外的非根际Eh上升.土壤还原溶解Fe与蛭石吸附Fe的90％以上均米自铁锰氧化物结合态铁(Oxide-Fe)组分,与溶液Eh、pe+ pH均有显著相关性,表明两表面同为Fe的氧化还原反应,但方向相反.水稻根表Fe膜的形成与根际氧化还原状况有关,在对照根际(高Eh)环境下,根表Fe含量随pH升高而降低,在有机质处理根际(低Eh)环境下则随pH升高而升高;在红壤中,根表Fe膜阻碍Fe的吸收,在水稻土和盐土中,根表Fe膜促进Fe吸收.根表Cd含量与根内Cd、地上部Cd有显著正相关;在红壤中,根表Fe膜阻碍了水稻Cd的吸附和吸收;水稻土和盐土中,根表Fe膜促进了水稻Cd的吸附和吸收.     

氮肥品种和用量对水稻产量和镉吸收的影响研究

采用盆栽试验,研究了Cd污染土壤上,不同氮肥品种和用量对水稻产量和Cd吸收的影响。结果表明,与磷钾配施的4个氮肥处理中,施用尿素处理水稻产量最高,其次为施(NH4)2SO4和NH4Cl处理,施NH4NO3处理水稻产量最低。与施(NH4)2SO4、NH4NO3和尿素处理相比,施NH4Cl处理可显著增加水稻对Cd的吸收,并促进Cd由秸秆向籽粒的转移;而其他3种氮肥对水稻秸秆和籽粒中Cd含量的影响效应相当。适量尿素[0.2g(N)·kg-1]处理能显著降低水稻籽粒Cd含量,而不施尿素和高量尿素处理都显著提高了水稻籽粒中的Cd含量。研究表明,在Cd污染的水稻土上,采用抗Cd污染的水稻品种和优化肥、水管理措施,可使稻米中Cd含量低于国家无公害大米的限量指标。     

钙镁磷肥和硅肥对水稻产量及镉吸收的影响

通过水稻小区和大区对比试验表明，钙鲜磷肥和硅肥混合施用可以极显著地提高水稻植株的经济性状和产量，增强抗逆和抗病虫害能力，且能有效地降低糙米镉含量，在本试验条件下，硅肥３００ｋｇ／ｈｍ＾２和钙镁磷肥１８００ｋｇ／ｈｍ＾２混合施用，水稻增产率３３．３％－３６．２％，稻瘟病发病率下降５１．３－５４．１％，病虫害指数下降０．１２－０．１５，糙米镉含量相对下降７２．１－８４．２％。     

有机酸对活化土壤中镉和小麦吸收镉的影响

向土壤中加入外源有机酸,研究有机酸对活化土壤中镉的作用和小麦吸收镉的影响。结果表明：有机酸对土壤中镉有一定的活化能力,对镉活化能力强弱顺序为ＥＤＴＡ〉缺铁小麦根分泌物〉柠檬酸〉苹果酸〉水。但ＥＤＴＡ却降低了小麦地上部镉的含量,缺铁小麦根分泌物明显增加了小麦地上部镉含量。与对照相比,柠檬酸和苹果酸对小麦地上部的镉含量有一定的促进作用,也增加了小麦地上部镉含量。     

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。     

田间施用石灰和有机肥对水稻吸收镉的影响

通过大田试验探究不同用量的有机肥与石灰对土壤pH、有机质和Cd有效态含量以及不同生育期水稻各器官中积累Cd的动态变化。结果表明:成熟期水稻各器官Cd含量规律为根>茎>叶片>稻壳>糙米。石灰的施用能显著提高土壤pH,在分蘖期时,低用量石灰与高用量石灰处理下土壤pH分别提高1.35,1.84个单位;有机肥的施用可以增加有机质含量,与对照相比,高用量有机肥处理在分蘖期时有机质含量提高6.60 g/kg,在成熟期提高2.72 g/kg。灌浆期是水稻吸收积累Cd的重要时期,石灰和有机肥的施用均能降低灌浆期土壤中有效态Cd含量,高用量有机肥与高用量石灰处理下土壤有效态Cd含量显著降低,分别降低52.05%和46.87%。有机肥和石灰均能显著降低糙米Cd含量,降Cd效果为高用量有机肥>高用量石灰>低用量有机肥>低用量石灰,高用量有机肥处理的效果最好,糙米Cd含量降低68.20%。     

镉处理根表铁膜对水稻吸收镉锰铜锌的影响

本试验利用营养液和土壤培养系统,研究不同Fe、 Cd处理下根表铁膜对水稻吸收Cd、 Mn、 Cu、 Zn的影响。土壤中Fe的水平为0、 1、 2 g/kg Fe（以FeSO47H2O的形式供应）,Cd 的水平为0、 2、 10 mg/kg Cd（以3CdSO48H2O的形式供应）。营养液中Fe和Cd的水平分别为0、 10、 30、 50、 80、 100 mg/L Fe 和 0、 0.1、 1.0 mg/L Cd。收获后测定水稻根表、 根中和地上部Cd、 Fe、 Mn、 Cu、 Zn 含量。试验结果表明,两种培养方式下,随着介质中Fe浓度的增加,水稻根表铁膜（DCB-Fe）逐渐增多。土壤培养方式下,根表铁膜中Cd 和 Mn 含量随铁膜量增加而略有增加,所有元素含量均表现为根中大于铁膜中。营养液培养条件下,根表铁膜中Mn和Cu含量在高量 Fe 供应时有所增加, Mn、 Cu、 Zn表现为铁膜中大于根中。根表铁膜中Zn含量在两种培养方式下均未呈现一定规律性变化。根中和地上部 Cd、 Mn、 Cu、 Zn 含量一般都随介质中Fe浓度的增加而下降,Cu和Zn含量在加Cd处理中下降。以上结果证明,铁膜对Cd 的吸附阻挡能力有限,对Mn、 Cu、 Zn 的吸附作用因培养方式和元素种类不同而有所差异,植株体内微量元素含量的下降主要与它们之间的相互抑制作用有关。     

不同水稻降镉技术对微量元素含量影响研究

探讨水稻降镉技术对微量元素含量的影响机理,是实现耕地污染治理与稻米安全的重要途经。以重金属污染耕地修复试点区的湘潭市雨湖区为试验区,分别选取镉低积累水稻品种（V）、淹水管理（I）、施用石灰（P）及其组合技术（VP、IP、VIP）等6种降镉技术,通过田间试验,对比分析不同水稻降镉技术对土壤、秸秆和稻米中微量元素含量的影响机理。结果表明:1）6种降镉技术中,施用石灰措施对微量元素含量变化和影响最为显著,包括增加和降低效果,且在各组合技术中起主导作用;2）从6种降镉技术的综合效果来看,土壤中钼（Mo）和铁（Fe）的有效性增强,锌（Zn）、铜（Cu）和锰（Mn）的有效态含量减少,而水稻体内Zn、Mn、Cu在稻米部位相对累积,Mo在秸秆中含量增加,水稻Fe的含量水平则总体上升。从作物正常生长所需与籽实营养价值的角度考虑,在水稻种植的过程中,宜采用VIP、VP、V、I降镉技术,最大程度降低对水稻吸收积累微量元素的影响,保证稻米安全高质产出。     

根表铁氧化物和缺铁根分泌物对水稻吸收镉的影响

在人工光照植物培养室中采用营养液培养方法,研究了不同镉浓度条件下,水稻根表沉积的铁氧化物及缺铁根分泌物对水稻吸收镉的影响。结果表明：（１）水稻根只的铁氧化物对其生长介质的镉有富集作用,并在一定程度上能促进水稻对镉的吸收。水稻生长的铁营养状况不同,则地上部镉含量不同,地上部镉含量达到最大峰值时根表铁氧化物的数量也不同。（２）当根表铁氧化物数量一定时,随着营养液中镉浓度的增大（镉的处理浓度为０、０．０     

镉胁迫对不同基因型玉米生长和镉吸收分配的影响

为比较玉米不同类型及其基因型对重金属镉富集特性的差异,筛选出具有镉(Cd)低积累潜力的玉米品种,通过盆栽模拟试验,研究3种玉米类型(普通玉米、甜性玉米和糯性玉米)的6个基因型(掖单13、郑单-958、苏玉糯-2、沪玉糯-2、金珠蜜超甜和申甜-1)在镉中度污染胁迫(3 mg·kg^-1)与轻度污染胁迫(1 mg·kg^-1)下植株生长及镉吸收分配特征。结果表明,轻度镉胁迫(Cd1)能够促进所有玉米基因型的生长,而中度镉胁迫(Cd3)降低了掖单-13、苏玉糯-2和沪玉糯-2基因型的生物量,同一镉水平下植株的生物量表现为普通玉米>甜玉米>糯玉米。随着土壤镉含量的提高,镉在普通玉米基因型根中的分配量大于甜型玉米和糯型玉米,但同一镉水平下普通玉米茎、叶和籽粒中的镉含量显著低于甜性玉米和糯性玉米。参试6个玉米基因型中普通玉米郑单-958基因型对镉的生物富集和转运能力最小。依据我国食品中污染物限量标准(GB2762-2017)和饲料卫生标准(GB13078-2017),郑单-958基因型在土壤轻度镉污染(Cd1)下籽粒中镉含量为0.083 mg·kg^-1,未超过国家食品安全标准(≤0.1 mg·kg^-1),2个普通玉米基因型和2个甜玉米基因型籽粒中的镉含量在土壤中度(Cd3)、轻度(Cd1)镉污染下均未超过国家饲料卫生标准(≤0.5 mg·kg^-1)。本研究结果为中、轻度镉污染耕地进行玉米安全生产提供了理论依据。     

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.     

硒对镉胁迫下寒地水稻镉含量与分配的影响

【目的】研究施硒对不同镉污染土壤上镉在水稻各器官中的分配及稻米中镉含量的影响,探讨通过施硒降低水稻镉吸收量及在稻米中分配的可行性。【方法】采用盆栽试验,以垦鉴稻6号为材料,研究添加不同浓度镉(0、2、4和8 mg/kg土壤)的条件下,施硒(0、0.07和0.14 mg/kg土壤)对水稻不同器官镉含量和镉分配的影响。成熟期整盆收获,分别测定叶片、叶鞘、茎秆、根系和糙米、精米镉含量、硒含量和干物重,计算镉积累量和分配比例。【结果】1)当土壤镉浓度在0 4 mg/kg时,水稻各营养器官和糙米、精米中镉含量随土壤镉浓度增高而显著增加,但当土壤中镉浓度4 mg/kg时,糙米和精米中镉含量增加不显著。未施硒(Se0)时,Cd2(4 mg/kg)和Cd3(8mg/kg)处理糙米中镉含量分别为0.221 mg/kg和0.234 mg/kg,分别是Cd0处理的15.8和16.7倍,均超过我国国家食品安全标准中稻米镉的限量(0.2 mg/kg),精米镉含量未超过国家食品安全规定的限量,Cd3处理精米中镉含量最高,为0.174 mg/kg。2)相同镉浓度下,随着硒浓度的增加,水稻各营养器官和糙米、精米的镉含量和镉积累量均显著下降,糙米和精米的镉含量均低于我国国家食品安全规定的稻米镉限量,且Se2(0.14 mg/kg)处理优于Se1(0.07 mg/kg)处理。其中Cd1(2 mg/kg)浓度时,Se2处理的精米镉含量下降幅度最大,比Se0降低31.5%(P0.01)。3)镉在各器官中的分配比例为根系茎鞘稻谷叶片。随着硒浓度的增加,镉在根系中的分配比例增加,在地上部的分配比例减少,在稻壳中的分配比例增加,在精米中的分配比例下降。在Cd1浓度时,根系镉分配比例范围为60.9%67.8%,稻谷镉分配比例为12.6%13.8%;Se2处理稻壳中镉分配比例比Se0增加5.2个百分点,而精米中镉分配比例则下降了6.2个百分点。4)相同镉浓度下,随着硒浓度的增加,植株各营养器官干物重均增加,Se2处理对干物重的影响优于Se1处理。Cd1、Cd2和Cd3浓度下,Se2处理比Se0处理稻谷干物重分别增加了6.4%(P0.01)、5.2%(P0.05)和11.3%(P0.01)。【结论】施硒可降低镉污染土壤上水稻各营养器官和糙米、精米的镉含量,并能显著降低精米中镉的分配比例,保证稻米的食用安全性,尤其在Cd加入量为2mg/kg土浓度下,施硒效果最显著,以施Se量为0.07 mg/kg处理的效果最好。     

不同浓度镉水灌溉对土壤及水稻品质的影响

通过桶栽土培水稻试验研究不同浓度(0.04,0.08,0.10,0.12,0.20,0.24mg/L)镉水灌溉对土壤及水稻产量和品质的影响。结果表明,重金属Cd主要累积在5-20cm土层,对水稻的株高有明显的抑制作用,对千粒重也有影响,但对水稻的每穗粒数及单株产量无明显影响。不同浓度镉水灌溉对稻米的外观品质、碾米品质有一定的抑制作用,但均能达绿色大米标准;营养品质则不受影响,6个处理下蛋白质、直链淀粉含量均能达标,且与CK无差异。土壤中的Cd含量随着镉水浓度的增大而增大,稻米中的Cd含量也与镉水浓度成正比。镉水中的大部分Cd残留在土壤中,6个处理下残留量分别为99.3%,73.8%,60.4%,55.5%,37.4%,47.6%,由此可见,镉水浓度越小,土壤对Cd的吸收能力越强,镉水浓度越大,土壤对Cd的吸收能力越弱。当镉水浓度大于0.20mg/L时,精米中的Cd含量达到了限量标准值(0.2mg/kg),说明灌溉水中的重金属Cd的浓度应该控制在0.20mg/L以下。     

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。