水稻中镉积累对粘虫的影响

水稻中重金属积累如何影响水稻害虫尚不清楚,本文拟探讨镉积累的水稻对粘虫Mythimna separata幼虫的影响。通过测定不同浓度氯化镉处理的水稻以及人工饲料对粘虫幼虫生长发育的影响,并进一步研究了氯化镉处理水稻中粘虫诱导的防御化合物含量的变化。研究表明水稻叶片中镉的积累导致粘虫幼虫生长减慢、死亡率上升。不同浓度镉处理可以显著提高粘虫诱导的酚胺类化合物对香豆酰腐胺、阿魏酰腐胺、肉桂酰腐胺以及阿魏酰胍丁胺的含量。不同浓度镉添加的人工饲料对粘虫幼虫的存活率无显著影响,而粘虫幼虫取食1 μM和10 μM氯化镉添加的人工饲料后体重反而高于取食未含镉的人工饲料。综上所述,镉积累提高了水稻中粘虫诱导的防御化合物的含量以及水稻对粘虫的抗性,研究结果有利于加深水稻与不同环境胁迫关系的认识。     

镉在不同类型蕹菜(Ipomoea aquatica Forsk.)中的积累及其化学形态和分子分布

采用水培幼苗试验研究不同蕹菜品种("台湾308"和"强坤青骨")Cd的积累及其化学形态和分子分布。结果表明,1.0 mg·L-1Cd浓度处理下,"台湾308"和"强坤青骨"叶、茎、根Cd含量分别为3.17、3.55、39.1和2.06、2.35、33.5 mg·kg-1;5.0 mg·L-1Cd浓度处理下,"台湾308"和"强坤青骨"叶、茎、根Cd含量分别为3.75、4.15、55.8和2.68、3.43、83.7 mg·kg-1。2个蕹菜品种Cd化学结合形态研究表明,叶中以乙醇提取态为主,茎、根中以乙醇和氯化钠提取态为主。"台湾308"叶、茎、根中活性较强的水提取态Cd所占比例均明显高于"强坤青骨",而醋酸和盐酸提取态Cd所占比例均明显低于"强坤青骨"。Cd处理水平和蕹菜品种类型对体内Cd化学结合形态均有一定影响,在根中表现尤为明显。分子分布结果表明,蕹菜叶片可溶部分中的Cd大部分与高分子量化合物和小分子量物质相配合,而根中可溶部分的Cd主要与植物螯合肽(PCs)和分子量为10~20 kDa的蛋白质结合。"强坤青骨"根系中Cd与PCs配合的组分(Cd-PCs)含量小于"台湾308",降低了Cd向地上部转运的可能性,进而成为其地上部分Cd含量较低的原因之一。     

霞多丽苗木中镉的积累、亚细胞分布及化学存在形态

以一年生盆栽葡萄品种霞多丽(Vitis vinifera L.cv.Chardonnay)自根苗及SO4砧嫁接苗为试材,采用CdCl2和CaCl2根部灌入的方法,研究了镉在霞多丽植株内的亚细胞分布和存在形态,以及外源添加氯化钙对植株镉吸收的影响.结果表明:大部分镉积累在霞多丽自根苗及嫁接苗的地下部器官;4 mmol·L-1浓度的CdCl2处理下,镉在自根苗根及根颈部分的积累量占77.1％,在叶片中的积累量占1.4％,而嫁接苗中镉在嫁接口以下部分的积累量高达93.9％,叶片中的积累量仅占0.1％;5 mmol·L-1外源钙缓解了植株对镉的吸收积累,而10mmol ·L-1外源钙则显著增加了植株对镉的吸收积累.镉在根系和叶片中的亚细胞分布规律为细胞壁＞可溶性部分＞细胞器,且在细胞壁中积累50％以上;镉在根系中主要以氯化钠提取态存在,其次为乙酸提取态,去离子水提取态含量最少.随着镉处理浓度的增加,各提取态含量有所变化.     

不同耐性水稻幼苗根系对镉胁迫的形态及生理响应

采用水培试验,以两个耐镉性不同的水稻品种为材料,研究了不同浓度镉胁迫对水稻幼苗根系形态、根系活力、游离脯氨酸含量及抗氧化酶活性的影响。结果表明:低于5 μmol/L Cd胁迫对2个水稻品种总根长、根表面积、根体积、根干重、根系活力无明显影响,在1 μmol/L Cd时,甚至起促进作用。随Cd浓度增加表现出一定的抑制效应,秀水63在10 μmol/L Cd胁迫下根系形态、根系活力明显受到抑制,而秀水09在25 μmol/L Cd胁迫下明显受抑。随Cd胁迫浓度的增加,游离脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性均呈上升趋势,两品种相比,秀水09的游离脯氨酸含量、SOD和POD增幅大于秀水63,而MDA含量增幅小于秀水63;过氧化氢酶(CAT)活性变化表现为先上升后下降,10-100 μmol/L Cd胁迫下秀水63根系中CAT活性明显低于秀水09。总之,水稻对Cd毒害响应存在明显的品种差异,且Cd胁迫下根系生理响应的差异是品种间耐性差异的重要原因之一。     

镉在旱柳中亚细胞分布及存在的化学形态

以2个旱柳无性系幼苗为材料,通过营养液培养并结合差速离心与化学试剂提取法,分析了不同浓度Cd2+胁迫下旱柳叶和根中Cd的亚细胞分布及其存在的化学形态.结果显示,(1)随着培养介质Cd2+浓度升高,旱柳无性系幼苗叶和根中各亚细胞组分Cd含量随之增加.叶片的Cd主要富集于细胞壁、叶绿体和可溶性部分,它们的含量分别占65%～69%、14%～22%、6.8%～7.7%,仅少量Cd发现于膜部分;而根中Cd主要积累于细胞壁和可溶性部分,其中含量分别占59%～66%和14%～25%,Cd在根亚细胞组分中积累量依次为细胞壁>可溶性部分>质体>膜部分.(2)旱柳体内Cd以不同的化学形态存在,大部分为HCl(FHCl)、NaCl(FNaCl)、醋酸(HAC,FHAC)提取态,极少部分为乙醇(EtOH,FEtOH)和水提取态(Fwater),叶和根中5种Cd提取态含量依次为FHCl>FNaCl>FHAC>Fwater>FEtOH,而叶和根中HCl和NaCl提取态Cd占有比例大于30%以上.研究表明,旱柳无性系中Cd主要与蛋白质和有机酸螯合或以金属磷酸盐沉淀的形态存在,其根、叶的细胞壁和液泡在Cd忍耐与解毒中起到重要作用.     

水稻镉积累的遗传调控及低镉水稻育种的研究进展与展望

稻田重金属镉污染导致生产的稻米有不同程度的镉积累,长期食用镉污染的稻米危害人体健康甚至致病.因此,研究水稻镉积累的遗传调控机制,培育低镉积累水稻品种,具有重要的理论意义和应用价值.水稻吸收、转运和积累镉的特性存在遗传多样性.近年来,有关水稻吸收和转运镉的遗传调控机制研究取得较大进展,人们鉴定出了多个相关的QTLs、转运...     

不同生长调节物质对水稻生长及镉积累的影响

比较脱落酸(ABA)、乙烯利(ETH)、水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJ A)4种植物生长调节物质(PGR)对水稻生长及籽粒镉(Cd)积累的影响差异。试验采用重金属污染土种植水稻,于分蘖期、灌浆期各进行1次PGR叶面喷施处理,分析灌浆期叶片光合指标,丙二醛(MDA)含量以及收获期各部位生物量和Cd含量。结果表明:(1)低浓度ABA(5mg/L)可维持水稻正常产量;高浓度ABA(15mg/L)则导致产量下降。ETH对水稻地上部生长和单株产量有显著抑制作用,SA和MeJ A(0.56mg/L)均可保证地上部正常生长,维持正常产量。(2)外施4种PGR均抑制灌浆期叶片气孔开放,降低蒸腾速率和光合速率,抑制效果最明显的是高浓度MeJ A(0.56mg/L)。(3)在供试浓度范围内SA、低浓度ABA(5mg/L)以及高浓度MeJ A均可降低灌浆期叶片MDA含量,减少质膜过氧化水平。(4)4种PGR均可降低水稻籽粒Cd含量,其中低浓度ABA(5mg/L)抑制籽粒Cd积累的效应最佳。相关性分析结果表明,PGR抑制籽粒积累Cd的效应与地上部向籽粒转运Cd的调控机制有关,与蒸腾速率无显著相关关系。(5)综上所述,低浓度ABA(5mg/L)处理对水稻产量无影响,且籽粒Cd含量降低程度最大。适当浓度的PGR可降低水稻籽粒Cd含量,在中低度重金属污染农田生态修复实践中具有一定的应用前景,但必须精确控制PGR的处理时间和处理浓度,避免出现抑制生长和降低产量的负效应。     

镉在水生植物中的富集与亚细胞分布及其化学形态特征

以7种水生植物(长苞香蒲、水生美人蕉、黑藻、粉绿狐尾藻、花叶芦竹、香根鸢尾、水葫芦)为研究材料,构建生物塘系统,通过差速离心法和五步提取法,提取植物各亚细胞组分和不同化学形态的镉,并用原子吸收分光光度法测定镉含量,分析镉在水生植物体中富集特征,揭示植物对镉的耐性机制。结果表明:(1)水生植物根中镉富集量大于茎和叶;3种类型水生植物富集镉能力表现为沉水植物(粉绿狐尾藻、黑藻)浮水植物(水葫芦)挺水植物(长苞香蒲、水生美人蕉、花叶芦竹、香根鸢尾)。(2)镉在黑藻、水葫芦和花叶芦竹中的亚细胞分布量均呈现为细胞壁可溶组分原生质体线粒体,所占比例分别为37.16%~50.86%、20.69%~31.21%、10.81%~23.83%、8.15%~19.83%。(3)赋存化学形态表现为以氯化钠提取态、醋酸提取态为主,所占比例分别为29.37%~56.27%和15.06%~36.19%。研究发现,粉绿狐尾藻、水葫芦、水生美人蕉和花叶芦竹4种植物为富集镉较好的植物,而黑藻、香根鸢尾和长苞香蒲3种植物的镉富集能力相对较弱;镉主要以果胶酸盐、蛋白质结合态或吸附态存在于植物根的细胞壁和液泡中,以减弱镉对根细胞器和植物地上部分的毒害。     

有机物料对土壤镉形态及其生物有效性的影响

采用盆栽试验,研究了淹水种稻条件下添加猪粪和泥炭对红壤和潮土中内源和外源Cd形态及其生物有效性的影响。结果表明,土壤中内源Cd在各形态之间的分布比较均匀;添加外源Cd时Cd主要分布于交换态,从分蘖期到成熟期,内源Cd交换态普遍升高,添加外源Cd时交换态普遍降低。有机物料对内源Cd交换态的影响不显著,但当添加外源Cd时则对交换态有显著影响,在不添加外源Cd的条件下,有机物料普遍促进水稻根系对Cd的吸收。在添加外源Cd的条件下,有机物料普遍抑制水稻根系对Cd的吸收,猪粪的抑制效果强于泥炭,水稻根系对Cd与Fe的累积呈显著抑制作用。     

外源NO对镉胁迫下水稻幼苗抗氧化系统和微量元素积累的影响

重金属污染已成为世界范围的主要问题之一,其中镉(Cd)毒害的范围最广.Cd污染影响植物的生长和发育.一氧化氮(NO)作为植物体内的一种活性信号因子,参与了植物对各种胁迫的应答.为了探讨外源NO对Cd胁迫下水稻苗期生理生化响应的调节作用,以粳稻和籼稻为材料,采用营养液水培的方法,研究外源NO供体硝普钠(SNP)对100μmol/L Cd胁迫下2个水稻基因型(ZF802和ZH11)幼苗生长、抗氧化酶系统和微量元素吸收的影响.结果表明,1.5 mmol/L SNP能明显缓解Cd胁迫对两种水稻幼苗生长的抑制作用,提高幼苗对Cd的耐性.尽管存在一定的基因型差异,但外源NO能使两个基因型叶片中的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性下降,降低了叶片中丙二醛(MDA)含量,从而缓解Cd对水稻幼苗的毒害.另外,外源NO影响Cd胁迫下水稻幼苗地上部和根部Cd和微量元素的积累,这种影响的程度与水稻的品种有关,具有显著的基因型差异,且机制较复杂.     

水分管理模式对水稻吸收累积镉的影响及其作用机理

利用盆栽试验研究了不同水分管理模式（全生育期淹水,WF;分蘖期晒田,TP;乳熟期晒田,MP;分蘖-乳熟期两次晒田,TMP;湿润灌溉,WI）对Cd污染红黄泥和潮泥田水稻吸收累积Cd的影响.结果表明：两种土壤Fe²⁺含量均以WF处理最高,TMP处理最低;潮泥田和红黄泥WF处理的Fe²⁺含量分别比TMP增加了585.4%和1316.3%(P<0.01).不同处理的两种土壤有效S和有效态Cd含量顺序均表现为：WF2+和有效S含量变化对两种Cd污染土壤水稻吸收累积Cd产生显著影响,其中有效S的影响程度显著大于Fe²⁺.     

根区通氧状况对水稻幼苗生长及吸收镉的影响

采用水培的方法研究了根区通氧状况对水稻根系结构、根系泌氧、根表铁膜生成以及水稻耐受、吸收Cd的影响.水培条件下,根区氧处理对水稻幼苗的生长产生了一定的影响,缺氧条件下的水稻根的伸长量降低,生物量增加,直径增粗,根系泌氧量增加,并降低幼苗对Cd的吸收.当培养溶液Cd2+浓度为1.0 mg/L时,缺氧处理相对于通氧处理,根表吸附的Cd降低了85 5%,地下部分吸收的Cd降低了35%,转运到地上部分的Cd降低了58%.根表铁膜对Cd的吸收和转运也有一定的抑制作用,但其作用因环境中Cd2+浓度和根区通氧状况而异.在根区通氧充分的培养条件下,水稻幼苗铁膜对较高浓度Cd2+(1.0 mg/L)的吸收和转运起着重要的作用,DCB-Cd占根系吸收Cd的50%,茎叶对Cd的吸收显著降低(p<0.05).研究表明在缺氧胁迫下,根系结构本身(如根表通透性降低)是影响水稻吸收Cd的重要因素.     

Cd胁迫对杂交水稻及其亲本叶片丙二醛含量的影响

以15份杂交水稻及其亲本为材料,采用水培试验研究了不同Cd2＋浓度胁迫对水稻叶片丙二醛（MDA）含量的影响。结果表明：（1）在不同Cd处理水平和生育时期,保持系叶片MDA含量存在差异,如D83B叶片MDA含量各处理显著高于对照（p〈0.05）,MDA积累水平较高,受到Cd严重胁迫,而Ⅱ-32B在两个生育时期受低Cd浓度的影响不大,与对照差异不显著,且随着Cd浓度的增大,MDA含量均表现出较低的MDA积累水平,因此保持系Ⅱ-32B是一种较好的保持系材料。（2）Cd胁迫对恢复系各材料叶片MDA的影响不同,其中以R527、R498叶片MDA积累最明显,孕穗期和灌浆期各处理均显著高于对照,其余恢复系材料受不同Cd2＋浓度的影响,MDA积累不稳定。（3）同一保持系（Ⅱ-32B）与不同恢复系（R498、R549、R892）组合配制的3个杂交稻叶片在MDA含量的增加幅度上表现不同,其中Ⅱ优498、Ⅱ优892受Cd影响较小,无论在孕穗期还是灌浆期叶片MDA含量增幅相对较小,而Ⅱ优549受Cd严重胁迫,各处理均显著高于对照,MDA积累增幅最大。（4）同一恢复系（R498）与不同保持系（Ⅱ-32B、D62B）配制的杂交稻叶片MDA含量亦不同,如D优498仅在孕穗期低浓度下MDA较对照有所降低,其余各处理MDA均积累较多,而Ⅱ优498MDA含量随着Cd浓度的增加,MDA增幅相对较小,可见水稻亲本对子代MDA的积累存在差异,可根据优良亲本,寻找优势组合,培育出抗Cd性强的杂交水稻。     

水稻糙米重金属Cd含量的QTL分析

镉(Cd²⁺)是一种分布较广泛、毒性较强的一种重金属, 文章利用韭菜青×IR26杂交衍生的一个重组自交系群体(Recombinant inbred lines, RIL)及构建的SSR分子遗传图谱, 对控制糙米中Cd²⁺含量的QTL进行分析, 为选育籽粒中Cd²⁺低吸收或低积累的水稻品种提供参考。结果表明, 在Cd²⁺胁迫(5 mg/kg)处理条件下, 共检测到2个与糙米Cd²⁺含量有关的QTLs, 分别位于水稻第11染色体上的标记RM6288-RM6544和RM167-RM5704之间, 其中qCCBR-11a对表型贡献率为11.17%, 加性效应0.089; qCCBR-11b对表型变异贡献率为7.66%, 加性效应0.075。相关分析显示, 糙米Cd²⁺含量与株高、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率和千粒重等产量性状的相关性均不显著, 糙米中Cd²⁺含量是一个相对独立、由基因控制的遗传性状。     

pH值和Fe、Cd处理对水稻根际及根表Fe、Cd吸附行为的影响

通过营养液-蛭石联合培养试验,设置系列pH值(4.5—7.5)和Fe、Cd处理,研究不同pH值及Fe、Cd浓度对水稻和蛭石表面Fe、Cd吸附的影响。结果表明,不同pH值处理下的根际氧化还原电位和酸度不同,0.9 mg/L Cd处理下的根际氧化势低于0.5 mg/L Cd,50 mg/L Fe处理下的根际酸度高于30 mg/L Fe处理。根表吸附Fe、Cd组分和数量都受根际Eh、pH值制约,根表Fe、Cd吸附量在处理pH值6.0时最低,并分别在处理pH值7.5和处理pH值4.5达到最高。但根系表面对Fe、Cd的吸附机制与蛭石表面不同,蛭石吸附Fe主要为晶态Fe,占到总沉积Fe的73%—87%;水稻根表沉积Fe以非晶态Fe为主,占总沉积Fe的91%—95%;与处理pH值和根际Eh间有显著的相关性(蛭石晶态Fe:ppH=0.011、pEh=0.042;水稻根表非晶态Fe:ppH=0.050、pEh=0.004)。蛭石表面交换态Fe及交换态Cd与处理pH值和Eh间存在显著的相关性(pH值:pFe<0.001、pCd=0.009;Eh:pFe=0.016、pCd=0.002),而根表交换态Fe及交换态Cd仅与处理pH值间有显著的相关性(pFe=0.007,pCd=0.048)。不同Fe、Cd浓度处理对根际Eh、pH值的升降和根表Fe、Cd吸附均有影响。与对照相比,增Cd处理可以降低根际Eh和升高pH值,减少溶液Cd浓度并增加根表Cd吸附量;增Fe处理则可以升高根际Eh和降低pH值,增加溶液Fe、Cd浓度并减少根表Fe、Cd吸附量。这是水稻应对Fe、Cd浓度胁迫的生理反应之一。     

碱性肥料对稻田土壤和稻米镉含量的影响

以碱性复合肥为材料,在湖南郴州松柏村进行大田小区试验,研究了碱性复合肥及其与微生物菌剂配合施用对稻田土壤和稻米镉含量的影响.结果表明: 水稻分蘖期、灌浆期和收获期碱性肥料处理的土壤有效镉含量较常规肥料处理分别降低8.3%、6.7%和16.4%.收获期碱性肥料处理土壤有效镉含量较插秧前降低了7.2%,而常规肥料处理却增加了11.0%.配施微生物菌剂使土壤有效镉增加了1.2%～23.3%.与常规肥料处理相比,碱性肥料处理根系、茎鞘、叶片、籽粒、稻米镉含量显著降低,分别降低了54.9%、56.6%、41.8%、62.7%、67.6%.与微生物菌剂配施时,碱性肥料处理稻米镉含量却增加63.2%.表明施用碱性肥料可显著降低土壤中镉的有效性及水稻各器官和稻米镉含量,而碱性肥料与微生物菌剂配施则削弱了其对稻米镉含量的降低效果.     

外源褪黑素对小麦幼苗生理及光合荧光特性的影响

为探讨不同浓度外源褪黑素对小麦幼苗生理及光合荧光特性的影响,该研究以良星99为供试材料,测定不同浓度褪黑素处理下小麦幼苗生长形态、光合及荧光参数以及抗氧化酶活性等关键指标。结果表明：(1)0.1μmol·L^-1的褪黑素处理显著提高了小麦植株的光合能力,叶绿素Chl a、Chl b和Chl (a+b)以及叶绿素荧光参数调节性能量耗散的量子产额Y(NPQ)、表观光合传递速率(ETR)和非光化学淬灭(NPQ)均在褪黑素浓度为0.1μmol·L^-1时达到增加最大值;PSⅡ最大光合效率(Fv/Fm)、最大光能转化潜力(Fv/Fo)随褪黑素浓度升高逐渐降低;光化学淬灭(qL)随褪黑素浓度增加先下降后上升。(2)与CK(0μmol·L^-1)相比,低浓度褪黑素显著降低小麦根和叶中过氧化物酶(POD)及小麦叶中过氧化氢酶(CAT)的活性,高浓度褪黑素处理显著增加小麦POD的活性;小麦根中丙二醛(MDA)含量随褪黑素浓度的增加先下降后上升。综上表明,适量褪黑素处理可促进小麦的生长,使小麦光合能力维持在较高水平,并通过POD和CAT调节不同褪...     

两种外源化学物影响PEG胁迫对水稻根系的伤害

研究过氧化氢内源消除剂和交替氧化酶专一性抑制剂影响渗透胁迫对水稻根系的伤害。结果表明:PEG 6000胁迫抑制了水稻幼根的生长,降低了相对含水量、增加了H₂O₂含量,并导致细胞死亡。用5 mmol·L^-1二甲基硫脲(过氧化氢内源消除剂,dimethylthiourea,DMTU)预处理水稻幼根能明显降低PEG胁迫下水稻幼根过氧化氢的含量,缓解细胞死亡和相对含水量的降低,但对水稻根的生长影响较小。在PEG胁迫下,用1 mmol·L^-1水杨基氧肟酸(交替氧化酶专一性抑制剂,salicylhydroxamic acid,SHAM)预处理水稻幼根能显著降低水稻幼根的生长和相对含水量,并增加水稻幼根的过氧化氢含量和细胞的死亡程度。这说明DMTU能缓解PEG胁迫对水稻根系伤害,而SHAM加剧了PEG胁迫对水稻根系伤害。     

Cd、Zn及其交互作用对互花米草中重金属的积累、亚细胞分布及化学形态的影响

通过盆栽试验,研究了Cd、Zn及其交互作用下互花米草中Cd、Zn的含量及积累量,并分析了Cd、Zn在互花米草中的亚细胞分布及化学形态。结果表明：Cd-Zn处理组互花米草地上部及根部Cd含量显著高于Cd处理组;Cd-Zn处理组根部Zn含量显著低于Zn处理组,但地上部差异不显著,说明Zn促进Cd的吸收,Cd抑制Zn的吸收。Cd-Zn处理组互花米草地上部Cd积累量显著高于Cd处理组,但是根部Cd积累量却显著低于Cd处理组;Zn处理组地上部及根部Zn积累量均显著高于对照组及Cd-Zn处理组。Cd单因素胁迫下,Cd主要分布在细胞壁,Cd-Zn交互作用下,Cd在胞液中的分配比例高于其他细胞组分;Zn单因素及Cd-Zn交互作用下,Zn在胞液中的分配比例均较高,总的分配比例呈现以下趋势：胞液>细胞壁>细胞器,说明Zn的添加影响了Cd的亚细胞分布,Cd的出现对Zn在互花米草细胞中的分布影响不明显。Cd和Zn在互花米草叶中主要以氯化钠提取态存在,表明互花米草中Cd和Zn多以果胶酸盐结合态或蛋白质结合态存在。