水稻鎘高積累材料鎘積累及耐性特征研究.pdf

1、土壤重金屬污染是中國(guó)乃至全球所面臨的嚴(yán)重環(huán)境問(wèn)題之一，其中鎘(Cd)以高毒性和強(qiáng)移動(dòng)性而備受關(guān)注。但現(xiàn)有的Cd超積累植物大多具有生物量小、生長(zhǎng)緩慢和地域性強(qiáng)等特點(diǎn)，導(dǎo)致其難以大規(guī)模推廣和應(yīng)用。水稻Cd高積累材料是一種較理想的土壤Cd污染修復(fù)植物，因其具有生物量大、適應(yīng)性強(qiáng)和遺傳穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，是Cd污染農(nóng)田潛在植物修復(fù)材料之一。本研究以水稻Cd高積累材料為研究對(duì)象， Cd低積累材料為對(duì)照，通過(guò)土培和水培試驗(yàn)，設(shè)置不同Cd處理濃度，研究水稻C

2、d高積累材料對(duì)Cd的積累、生理和耐性響應(yīng)特征，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)當(dāng)Cd處理濃度為20 mg·kg-1(Cd20)時(shí)，水稻Cd高積累材料(Lu527-8和Lu17-9)各生育期生物量、Cd含量均顯著高于Cd低積累材料(Lu527-4)。Lu527-8和Lu17-9地上部和整株生物量隨生育期的延長(zhǎng)顯著上升，具體表現(xiàn)為拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期上升幅度較大。同時(shí)，Lu527-8和Lu17-9地上部和整株生物富集量在灌漿期

3、后趨于穩(wěn)定，而地上部和整株Cd積累速率在灌漿期達(dá)最大值。Lu527-8和Lu17-9地上部和整株Cd積累量在拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期上升顯著且整株階段性Cd積累量在拔節(jié)期-抽穗期和抽穗期-灌漿期分別占整個(gè)生育時(shí)期的15.30％、40.45％和39.70％、20.74％。Lu527-8和Lu17-9整株凈化率在灌漿期時(shí)分別達(dá)4.88％和4.39％，為L(zhǎng)u527-4的2.44倍和2.21倍。水稻Cd高積累材料具有更強(qiáng)的Cd積累能力，灌漿期為水

4、稻Cd高積累材料的最佳收獲時(shí)期。
　　(2)隨著Cd處理濃度的增加，兩類(lèi)水稻材料可溶部分、細(xì)胞壁和細(xì)胞器Cd含量均顯著上升，其中Lu527-8和Lu17-9亞細(xì)胞組分Cd含量顯著高于Lu527-4。Lu527-8和Lu17-9根部亞細(xì)胞組分Cd含量表現(xiàn)為可溶部分＞細(xì)胞壁＞細(xì)胞器，莖和葉亞細(xì)胞組分Cd含量表現(xiàn)為細(xì)胞壁＞可溶部分＞細(xì)胞器。在Cd20條件下，Lu527-8和Lu17-9葉片Cd含量在細(xì)胞壁所占比例最大，拔節(jié)期達(dá)68.86

5、％和72.44％，灌漿期達(dá)67.12％和67.27％。兩類(lèi)水稻材料光合色素含量在拔節(jié)期和灌漿期隨Cd處理濃度的增加均顯著降低，Lu527-8和Lu17-9光合色素含量顯著高于Lu527-4。Lu527-8和Lu17-9拔節(jié)期葉綠素a含量達(dá)1.94和1.88 mg·g-1，葉綠素b含量達(dá)1.09和1.06 mg·g-1，為L(zhǎng)u527-4的1.88倍和1.83倍。Lu527-8和Lu527-4類(lèi)胡蘿卜素含量均顯著高于Lu527-4。同時(shí)，C

6、d脅迫增加水稻葉片丙二醛和可溶性糖含量，導(dǎo)致葉片中可溶性蛋白含量顯著降低。Lu527-8和Lu17-9葉片丙二醛和可溶性蛋白含量顯著高于Lu527-4，其可溶性糖含量則顯著低于Lu527-4。表明，水稻Cd高積累材料具備更強(qiáng)的Cd區(qū)室化能力、抗氧化能力、光合色素合成能力以及細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)能力。
　　(3) Cd脅迫下兩類(lèi)水稻材料細(xì)分枝根、粗分枝根和不定根形態(tài)均受到不同程度的抑制，Lu527-8和Lu17-9根長(zhǎng)、根表面積和根體積均顯

7、著高于Lu527-4。隨著Cd處理濃度的增加，兩類(lèi)水稻材料根系總吸收表面積和活躍吸收表面積均顯著降低。Lu527-8和Lu17-9根系總吸收表面積達(dá)0.40-0.61和0.39-0.62 cm2·plant-1均顯著高于Lu527-4。當(dāng)Cd濃度為10 mg·L-1(Cd10)時(shí)，Lu527-8和Lu17-9根系活躍吸收表面積均為0.20 cm2·plant-1，為L(zhǎng)u527-4的2.00倍。同時(shí)，兩類(lèi)水稻材料根系氧化力和還原力均隨Cd

8、處理濃度的增加顯著降低，并且Lu527-8和Lu17-9顯著高于Lu527-4。在Cd10條件下Lu527-8和Lu17-9根系氧化力為L(zhǎng)u527-4的1.52倍和1.49倍;根系還原力為L(zhǎng)u527-4的1.28倍和1.31倍。表明，水稻Cd高積累材料具有更強(qiáng)的根系伸展、養(yǎng)分和水分吸收能力。
　　(4)隨著Cd處理濃度的增加，兩類(lèi)水稻材料各器官脯氨酸含量均顯著上升，表現(xiàn)為莖＞根＞葉，Lu527-8和Lu17-9脯氨酸顯著高于Lu5

9、27-4。Lu527-8和Lu17-9根系脯氨酸含量在Cd10達(dá)最大值，非蛋白巰基、谷胱甘肽、植物螯合肽含量均顯著高于Lu527-4，并且各器官含量表現(xiàn)為莖＞根＞葉;Lu527-8和Lu17-9根系非蛋白巰基含量達(dá)7.19和6.85μg·kg-1，為L(zhǎng)u527-4的1.23倍和1.17倍;根系谷胱甘肽含量為3.19和3.03μg·kg-1，為L(zhǎng)u527-4的1.32倍和1.26倍。當(dāng)Cd濃度為2(Cd2)和5 mg·L-1(Cd5)時(shí)，