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...     

大豆籽粒镉积累QTL的整合及其分子标记的验证

该研究在收集大豆籽粒镉积累定位信息的基础上,通过参考图谱分子标记比较整合已有的定位信息,进一步在‘中黄24’(籽粒高积累镉)与‘华夏3号’(籽粒低积累镉)衍生的(F6:7)重组自交系群体中,对大豆籽粒镉积累的QTL位点及其分子标记进行验证。结果表明,在不同群体中定位的籽粒镉积累2个主效QTL(Cda1和Cd1)位于第9染色体同一区域;该区段内候选基因GmHMA1的点突变,在籽粒镉积累不同的‘中黄24’和‘华夏3号’之间是一致的;该位点与‘中黄24’和‘华夏3号’各器官的镉浓度并无连锁关系。研究认为,‘中黄24’与‘华夏3号’间籽粒镉积累差异由其它位点控制,需要利用该重组自交系群体进行全基因组定位。     

秀丽线虫脂肪积累调控的生理与分子机制

脂肪积累是一个复杂的生理过程,模式动物秀丽线虫(以下简称线虫)已经成为目前研究脂肪积累的重要模型.线虫中的脂肪酸代谢通路与其他物种中的代谢是基本一致的,很多关键的代谢调节基因的功能已经得到鉴定.线虫中脂肪积累涉及至少4个核心调控通路,分别为胰岛素和转化生长因子β(TGF-β)信号通路、sbp-1/ mdt-15介导的信号通路、核激素受体nhr-49介导的信号通路与雷帕霉素靶标(TOR)和氨基己糖介导的信号通路.此外,神经递质5-羟色胺、多巴胺和谷氨酸参与了脂肪积累的调控,而tub-1和bbs-1可以介导对脂肪积累的神经调控,暗示了纤毛结构与感觉神经元在脂肪积累中可能的重要功能.线虫中的研究工作对人类肥胖症等代谢疾病的研究具有重要的提示作用.     

镉和砷在植物中的积累及其分子调控机制研究进展

植物源食物是人类摄入有毒金属元素镉(Cd)和砷(As)的主要途径。深化植物对Cd和As积累途径分子机制的认识,有助于培育可食部分中低有毒金属元素含量的作物新种质。该文基于近年来有关植物Cd和As积累在主要模式植物中所取得的实质性研究进展,对植物介导Cd和As吸收的转运蛋白、As形态和生物转化机制以及控制Cd和As根-地上部转运效率和分配的关键因子等方面的研究进展进行综述,并对未来的研究前景进行了展望。     

籽粒镉低积累水稻地上部镉高积累遗传特性分析

农田土壤镉（Cd）污染日益严重,导致稻米Cd含量超标事件频繁出现,使粮食安全问题备受关注。因此,合理利用Cd污染农田、降低水稻籽粒Cd含量成为亟待解决的问题。籽粒Cd低积累水稻雅恢2816的地上部具有较强的Cd积累能力,研究旨在弄清其地上部Cd积累能力的遗传稳定性,进一步揭示控制该性状的遗传基础,为利用分子标记辅助选育地上部Cd富集能力强、籽粒Cd安全的水稻提供途径。以水稻雅恢2816和3个不同品种水稻分别组配获得的F₁为研究对象,分析地上部Cd积累相关性状的杂种优势。进一步以优势组合C268A/雅恢2816构建F₂作图群体,对地上部Cd积累相关性状进行QTL定位分析。结果表明：（1） F₁地上部Cd积累相关性状杂种优势明显,遗传稳定性强。地上部Cd积累相关性状属数量性状,F₂中/超亲分离现象明显。（2）在第4、6号染色体上共挖掘到1个控制水稻地上部生物量和3个控制地上部Cd积累量的QTL位点,分别为qSB-6、qSCdA-4、qSCdA-6-1和qSCdA-6-2,表型贡献率为10.6%—14.4%,且增效等位基因均来自雅恢2816。（3）地上部Cd积累量与地上部生物量、Cd含量,根、糙米的生物量、Cd积累量,根-地上部转移系数均呈极显著正相关,与地上部-籽粒转移系数呈极显著负相关,存在4个QTL集簇区Cl-4-1、Cl-6-1、Cl-6-2和Cl-6-3。（4）区间marker 04171-marker 04197控制着地上部生物量和Cd积累量,与控制糙米Cd含量的QTL不重叠。研究表明：籽粒Cd低积累水稻雅恢2816携带控制地上部Cd高积累的等位基因,可在世代间稳定遗传,QTL位点qSCdA-4、qSCdA-6-1、qSCdA-6-2是控制该性状的重要遗传基础,可为分子标记辅助选育地上部Cd高积累、籽粒Cd低积累水稻提供理论依据。     

南瓜对镉的吸收积累特性研究

对南瓜进行盆栽试验,通过加入不同含量的镉、CaCO₃和草炭土,研究南瓜对镉的吸收积累特性,利用火焰原子吸收法测定。结果表明,南瓜植株对镉的富集量主要集中在茎、根中;当土壤镉含量小于5mg·kg^-1时,对南瓜根的生长有促进作用,当土壤镉含量大于5mg·kg^-1时,开始对根的生长产生抑制作用,抑制作用随镉含量的增大而加强;在土壤中施CaCO₃,能降低南瓜对镉的吸收;在土壤中加入草炭土,在一定范围内,它能促进南瓜对镉的吸收。     

镉不同积累型作物品种对镉吸收、转运和积累特性的研究进展

农田土壤镉污染问题日趋严重, 利用可食部位低积累镉的农作物品种成为保障食品安全的有效策略之一。镉在作物可食部位的累积与镉的吸收转运有关。分析了根系对镉的吸收、镉向地上部的运输和分配及镉在细胞内的分布和结合形态与作物积累镉的关系, 指出作物品种间的镉积累差异受以上多种因素的调控, 但不同作物之间影响镉积累的主要因素存在差异。同时提出在对低镉积累作物品种的筛选和机制研究方面还有很多工作需要开展。     

水稻籽粒镉积累QTL定位及候选基因分析

水稻(Oryza sativa)是全世界重要的经济作物之一, 稻田镉(Cd)污染和镉积累问题严重威胁世界水稻的产量和品质以及人类健康, 如何降低水稻中镉积累已成为热点问题。以籼稻品种华占(HZ)为父本、粳稻品种热研2号(Nekken2)为母本, 连续自交多代后得到120个重组自交系群体, 对其镉积累进行检测和分析, 同时利用遗传图谱进行QTL作图。结果共检测到7个QTLs, 分别位于水稻第2、3、9和12号染色体上, 其中1个LOD值高达4.97。对这些QTL区间内与耐金属离子胁迫相关的候选基因进行定量分析, 发现LOC_Os02g50240、LOC_Os02g52780、LOC_Os09g31200、LOC_Os09g35030和LOC_Os09g37949这5个基因在双亲间的表达量差异显著, 结合亲本对不同金属离子的浓度积累数据, 推测LOC_ Os02g50240、LOC_Os09g31200及LOC_Os09g35030的高表达可能极大地提高了水稻对镉离子的吸收和胁迫耐受能力。通过QTL挖掘和分析, 发现这些基因与水稻籽粒的镉积累有关, 可能影响水稻耐镉胁迫的能力。研究结果为进一步筛选和培育耐镉胁迫的水稻品种创造了条件, 为阐明水稻镉积累的分子调控机制奠定了基础。     

硅素分期施用对镉污染水稻光合特性及物质积累的影响

硅(Si)可有效提高水稻对镉(Cd)的抗性,但关于优化硅肥管理对水稻耐Cd性、光合及物质积累等响应机制尚不明晰。采用受污染的农田土壤,通过盆栽试验研究移栽期施Si(T)、拔节期施Si(J)、移栽和拔节期等量分期施Si(TJ)对Cd污染水稻光合作用及物质积累的影响,以不施Si(CK)为对照。结果表明：施Si可明显提高Cd污染下水稻净光合速率,延长叶片光合功能,促进叶片Si沉积,增加Cd在叶中的固定,减少其向籽粒转移。与CK相比,TJ处理在全生育期具有较高的光合速率,产量显著高于其他处理。T、TJ、J处理叶片细胞壁Cd的固持量分别增加11.45%、24.16%和30.15%,且叶片Cd更多以惰性形态(包括果胶和蛋白质结合态Cd、不溶解性磷酸Cd和残渣态Cd)存在,导致叶片Cd转移系数降低,T、TJ、J较CK分别降低33.91%、56.67%和52.16%。此外,主成分分析结果表明,3种Si处理对水稻耐Cd性和光合特性的综合影响大小为TJ>J>T。综合考虑Si调控光合作用、产量、叶片和籽粒Cd浓度的效应,推荐Si素于移栽期与拔节期分期施用。     

美人蕉对镉的胁迫反应及积累特性

美人蕉(Canna indica)是我国城区普遍栽植兼具绿化、观赏和净化环境等重要价值的地被植物。为研究美人蕉对Cd的胁迫反应及积累特性, 使用盆栽方法对美人蕉进行不同含量水平Cd处理, 测定其生长过程中部分形态、生态、生理指标的变化和收获后体内Cd含量。结果表明, Cd含量小于1 mg·kg^-1时对美人蕉生长影响不大, 大于5 mg·kg^-1时抑制美人蕉生长。Cd含量小于5 mg·kg^-1时延长了美人蕉的花期。随着Cd含量的增大, 美人蕉根系活力、叶绿素含量和含水量逐渐降低, 可溶性糖含量先升高后降低, 游离脯氨酸含量和细胞膜透性逐渐升高。Cd在美人蕉体内的分布为根系>地上部分, 随着Cd含量的增大, 美人蕉根系和地上部分Cd含量逐渐升高、富集系数和转运系数逐渐降低; Cd含量为20 mg·kg^-1时美人蕉对Cd的积累量最大, 为5.89 mg·株^-1。综合分析美人蕉的生长、生理生态变化及富集Cd的能力, 美人蕉适于土壤Cd含量小于1 mg·kg^-1条件下的园林应用。     

植物防御素调控水稻镉积累的新机制

镉是我国农产品的主要重金属污染物之一。随着我国土壤重金属污染问题日益突出, 包括稻米在内的农产品重金属超标时常发生。如何防控重金属在作物可食部位的积累, 在保证农产品安全的同时将农田重金属进行移除修复, 已成为我国农业生产急需解决的问题。最近, 中科院上海生命科学院植物生理生态所龚继明研究组和中国水稻所钱前研究组克隆到1个特异调控镉在水稻(Oryza sativa)叶片中积累的主效QTL基因CAL1。CAL1编码1个植物防御素类似蛋白, 通过与镉进行螯合, 将镉从维管束木质部薄壁细胞中分泌出来, 进入木质部参与长距离转运, 从而定向调控镉在水稻叶片等营养器官的积累而不影响籽粒镉的积累。该研究加深了人们对重金属镉在植物体内的转运和再分配机理的认识, 同时也为培育秸秆镉高积累而籽粒镉含量达标的“修复型”水稻品种提供有价值的新基因。研究成果具有重要的理论意义和应用价值。     

烟草镉的富集及防控措施研究进展

烟草是富镉耐镉作物,降低烟叶镉含量对人体健康十分重要。从烟草镉含量、烟草镉富集及其影响因素、烟草镉防控措施三方面进行了综述,系统分析了该研究领域的成果、现状和存在问题,并对未来烟叶控镉的工作方向进行了展望,以期为低镉烟叶生产提供参考。     

植物响应镉胁迫的生理生化机制研究进展

镉(Cd)是一种分布广泛且污染严重的重金属;其毒性大,不仅影响植物的生长发育,而且危害人类健康。该文对植物Cd胁迫的生理生化响应方面的最新研究进展进行了总结概括。从植物光合系统、活性氧、活性氮、抗氧化防御系统、激素、钙信号、蛋白和基因等方面,概述了植物对Cd胁迫的响应及应答机制,探讨了植物对Cd胁迫响应机制的研究方向,...     

水稻籽粒发育过程中各器官镉积累量的变化及其与基因型和土壤镉水平的关系

以镉（Cd）积累潜力不同的2个籼稻品种为材料,研究了籽粒发育过程中各器官中Cd含量的动态变化及其与土壤中Cd含量的关系。结果表明,在含Cd的生长环境中,水稻根系中的Cd含量在整个生育期中保持稳定增长的趋势,而茎叶、穗轴和稻壳等器官在营养生长阶段积累了大量的Cd,然后在籽粒充实过程中向外输出,其中旗叶和稻壳中的Cd输出率在50%以上,明显高于其他营养器官。根系和叶片中的Cd含量与土壤中的Cd含量呈高度线性相关,茎秆和籽粒中的Cd含量与土壤中的Cd含量呈抛物线相关,说明根系、茎秆、叶片等营养器官对Cd有储存和“过滤”作用。低积累品种‘X24’穗轴中的Cd含量明显低于高积累品种‘T705’,说明营养器官中的Cd向籽粒中转运的速率是决定籽粒中Cd积累量的关键因素。但是,只有当土壤中的Cd含量为0.3~1.2 mg＆#183;kg-1时,低积累品种精米中的Cd含量才会显著低于高积累品种;当土壤中的Cd含量高于2.4 mg＆#183;kg-1时,2个品种精米中的Cd含量没有显著差异。     

稻米品质形成的生理基础研究进展

综述了水稻(Oryza sativa L)米质形成的生理基础的研究进展,主要包括稻米品质形成期的源库特征、淀粉合成的关键酶以及淀粉粒的形态、结构及其糊化特性等几个内容,从植物生理学角度来揭示稻米品质形成的规律有着重要的理论意义.     

燕麦植株生长及叶片生理活性对土壤镉胁迫的响应

该研究以燕麦品种‘燕科2号’(籽粒镉积累量高,Yh)和‘200919 7 1’(籽粒镉积累量低,Yl)为材料,采用盆栽试验,在土壤Cd胁迫条件下测定两种类型燕麦植株生长、叶片光合生理参数及抗氧化酶活性的变化,探讨两品种对Cd胁迫的响应差异。结果表明：(1)Cd胁迫条件下,燕麦品种Yh和Yl植株生长、气体交换参数及叶绿素荧光参数均受到抑制,并以单株干重、叶片净光合速率(P_n)、光化学淬灭系数(qP)表现最为突出,Yh的降幅分别为38.2%、35.0%、14.7%,Yl降幅分别为40.8%、57.1%、27.3%。(2)镉胁迫均诱导增强了两个类型燕麦品种叶片抗氧化酶活性,尤其是SOD活性得到显著增强,Yh和Yl的增幅分别为41.9%和44.9%; Cd胁迫也显著提高了MDA含量,Yh和Yl的增幅分别达到22.2%和18.1%。研究发现,在Cd胁迫条件下,与低Cd积累燕麦品种相比,高Cd积累燕麦品种具有较高的生物量和抗氧化酶活性,以及较强的净光合速率和优异的叶绿素荧光特性,从而表现出较强的耐Cd性。     

水稻中硅的营养功能及生理机制的研究进展

尽管硅还没有被列为植物生长的必需营养元素,但它在水稻生长发育、产量与品质形成、矿质营养吸收以及逆境生理等方面都具有重要的作用。硅不仅是水稻细胞结构成分和组成物质,还参与调节水稻各种生理生化代谢过程,促进光合作用,改善冠层结构,增强抗倒伏能力,提高群体质量,促进产量、品质和肥料吸收利用效率的协同提高。硅通过物理途径或生理生化途径增强水稻对重金属、盐渍、干旱、紫外线、高温等非生物胁迫以及病虫生物胁迫的抵抗力。还展望了水稻中硅研究的未来发展。