水稻离体器官镉积累特性的基因型差异

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镉(Cd)是生物毒性很强的重金属之一,能够在土壤中长期存在。在酸性条件下,水稻营养器官易积累大量Cd,并将部分Cd转运至籽粒,进而进入食物链,对人体健康造成潜在威胁。不同的水稻种质资源对镉的吸收积累存在显著差异,建立早期、快速的低镉积累特性筛选鉴定技术,有助于提高从大量种质资源中筛选出稳定低镉积累品种的高效性。本研究以9个不同水稻基因型为材料,采用盆栽和离体器官试验相结合的方式,对离体器官镉积累特性的基因型差异进行分析,主要结果如下:(1)离体叶片的镉积累速率与失绿速率在9个基因型之间存在显著差异。9个基因型离体叶片在镉浓度为0.1-2.0 mg·L-1的营养液中胁迫12 h后,叶片的平均镉积累速率为0.83-5.35mg·kg-1·h-1,胁迫5天后部分基因型的叶片完全失绿,离体叶片的平均失绿速率为0.53-16.25mg·kg-1·h-1。离体叶片的镉吸收动力学符合米氏方程,不同基因型叶片对镉的最大吸收速率Fmax在31-170 nmol·kg-1·h-1之间。根据离体叶片的镉积累特性和失绿速率,将本试验中基因型分为镉敏感型、镉耐受型和高镉敏感型3种类型。潭早215属于镉敏感型,叶片积累少量镉时即表现出明显失绿现象;陆财号、珍汕97B和辐品36属于镉耐受型,即叶片的镉积累量对叶片的失绿状况无显著影响;二九南1号和竹珍B的叶片属于高镉敏感型,叶片镉积累量越高,失绿现象越明显。(2)离体稻穗的镉积累速率在9个基因型之间存在显著差异。根据离体稻穗镉积累特征与环境中镉浓度的关系,把水稻基因型分成高镉积累稳定型、低镉积累稳定型、镉浓度依赖型3种类型。其中辐品36和中早35属于高镉积累稳定型水稻,即籽粒的镉积累量随环境中镉浓度的升高稳步上升;珍汕97B和潭早215属于低镉积累稳定型水稻,即在不同镉胁迫条件下,籽粒镉积累量均较低;铁杆乌、陆财号、二九南1号、朝阳1号B和竹珍B属于镉浓度依赖型,当环境中Cd浓度不同时,它们表现出的反应也不同,其中铁杆乌和陆财号属于高镉胁迫增长型,即在低镉环境中,籽粒镉积累量较低,在高镉环境中,籽粒镉积累量随着镉浓度的增加逐渐升高;二九南1号、朝阳1号B和竹珍B属于低镉胁迫增长高镉胁迫稳定型,即在低镉环境中,籽粒镉积累量随着镉浓度的增加而增加,而在高镉环境中,籽粒镉积累量不再显著增加,而是保持在相对稳定的水平上。(3)水稻各器官的镉积累量和镉离子在相邻各器官之间的转移因子存在基因型差异。在镉污染土壤(Cd含量约1.0 mg·kg-1,p H约7.6)中进行盆栽试验,9个基因型稻米镉积累量为0.052-0.121 mg·kg-1,其中陆财号稻米镉积累量最低,辐品36稻米镉积累量最高;穗轴镉积累量与稻米镉积累量高度正相关,r=0.838**。朝阳1号B茎基镉积累量最低,辐品36茎基镉积累量最高。穗轴向籽粒转运镉的转移因子TF穗轴→籽粒在0.261-0.415之间,陆财号的TF穗轴→籽粒最低,中早35的TF穗轴→籽粒最高。中早35和辐品36各器官镉积累量和器官间镉的转移因子都高于其它基因型,属于高镉积累型水稻。(4)镉对离体稻穗必需元素积累的影响在基因型间存在显著差异。部分基因型(如竹珍B和陆财号等)籽粒中Mn和Fe的含量随Cd含量的增加而增加;部分基因型(如珍汕97B和陆财号等)籽粒中的Ca和Zn含量随Cd含量的增加而增加;而另一类基因型(二九南1号)籽粒中的Mn、Fe、Zn含量均随Cd含量的增加而减少。在这9个基因型中,珍汕97B籽粒中Cd、Mn、Ca、Fe含量均低于其它基因型,说明该基因型对于离子的运输效率较低。
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