水稻植株內(nèi)外磷素供應(yīng)狀況及磷饑餓信號影響鎘積累的分子生理機制研究.pdf

1、土壤鎘污染和磷肥的過量施用是存在于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的兩個非常嚴重的問題。減少磷肥的施用量，提高作物對磷素的利用效率對于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。但減施磷肥是否會增加作物中鎘積累的風(fēng)險，目前尚不明確。為了解析這個問題，我們借助野生型(WT)、磷饑餓信號抑制突變體（phr2）和體內(nèi)無機磷含量高(PHR2-OE)的水稻轉(zhuǎn)基因材料，通過分別在高磷(HP)和低磷(LP)條件下外源添加鎘處理，解析磷/鎘信號間的可能互作，并分析水稻植株體內(nèi)和體外磷素狀況以

2、及內(nèi)部磷饑餓信號對植株鎘積累的影響;同時通過非損傷微測技術(shù)明確外界磷索供應(yīng)狀況對水稻根系鎘吸收的影響，最終解析植株體內(nèi)與體外磷素狀況對鎘吸收及積累的影響。研究的主要結(jié)果和結(jié)論如下:
　　(1)鎘脅迫會影響野生型水稻植株的磷積累和磷饑餓信號。在高磷條件下，鎘脅迫會導(dǎo)致地上部磷的含量顯著增加。qRT-PCR結(jié)果顯示:無論在高磷還是低磷條件下，鎘脅迫均會抑制OsIPS1、OsPT6和OsPT10在地上部的表達;當磷素充足時，鎘處理條件下

3、OsIPS1、OsPT6和OsP T10在根中的表達量均高于不加鎘處理;在低磷條件下，OsIPS1、OsPT6和OsPT10在根中的表達量在加鎘處理和不加鎘處理之間沒有顯著差異。以上結(jié)果暗示，高磷條件下，鎘脅迫會誘導(dǎo)水稻根中磷信號，促進磷的吸收和轉(zhuǎn)運，從而增加地上部磷含量。
　　(2)體內(nèi)外磷素狀況和磷信號的改變不影響鎘的積累與鎘對植株生物量的抑制率。通過分析HP、HP/+Cd、LP和LP/+Cd培養(yǎng)條件下WT、phr2和PHR2

4、-OE植株的生物量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鎘脅迫會顯著抑制不同遺傳材料的生物量。然而，統(tǒng)計分析Cd對不同遺傳材料生物量的抑制率發(fā)現(xiàn)，無論是在高磷還是低磷條件下Cd對WT、phr2、PHR2-OE植株根和地上部生物量的抑制率均沒有顯著差異。同時通過ICP測定植株中的鎘含量，結(jié)果顯示W(wǎng)T、phr2和PHR2-OE植株地上部或根中鎘的積累量在高磷和低磷條件下均無顯著差異。
　　(3)體內(nèi)外磷素狀況和磷信號的改變不影響鎘的主要轉(zhuǎn)運蛋白基因OsNramp

5、5的表達。雖然在鎘脅迫條件下，低磷會顯著抑制OsIRT1和OsIRT2在根中的表達量，但對鎘的主要轉(zhuǎn)運蛋白基因OsNramp5的表達量沒有顯著影響。
　　(4)外界磷素狀況不影響植株根系對Cd2+的吸收速率。根系的Cd2+流速在加磷和無磷條件下沒有顯著的差異。
　　綜上所述，鎘脅迫可能通過影響根系磷素信號，促進野生型植株地上部的磷積累增加。而體內(nèi)外磷素狀況的不同并不影響水稻鎘的吸收速率和積累量，因此，減少磷肥的施用量，并不會