随着经济建设的飞速发展和现代化进程的加快,重金属Cd污染耕地的问题日益严重。中国是一个拥有14亿人口的大国,因而粮食安全问题是目前经济建设中存在的重要问题。已有很多研究表明植物细胞中花青素在抵抗外源胁迫中扮演重要角色,是一种天然的植物抗逆机制。因此,本研究尝试人为强化这种抗逆机制,将其与重金属污染农田的水稻生长相联系,利用这种机制来增强污染农田水稻生长和稻米质量安全,以期为提高Cd污染农田下粮食安全性提供科学依据。通过盆栽试验首先验证了花青素过量表达的水稻品种紫叶血糯,在Cd胁迫下抗性水平和对产量的影响均优于普通叶色水稻;再通过外源喷施花青素,探究Cd胁迫下水稻的抗氧化系统和水稻累积重金属含量及相关的非蛋白类巯基系统影响;最后,通过水稻喷施叶面剂浓度梯度试验,确定最适宜水稻叶面喷施的花青素浓度,据此保障稻米质量安全。主要研究结果如下:1.采用盆栽试验,以镇稻18、紫叶血糯、超优30、井冈红谷四种不同品种水稻为研究对象,研究在低浓度Cd胁迫下,四种水稻的叶绿素、类胡萝卜素、花青素含量变化和生物量、产量因素的变化。结果表明,四种水稻在受到外源Cd胁迫后叶绿素含量降低,但是紫叶血糯降幅最少;胡萝卜素含量略微升高,但是幅度不大;花青素含量均有显著上升,但紫叶血糯的花青素含量水平均显著高于其他三种水稻。水稻产量也受Cd影响,四种水稻产量降幅分别为21.25%、11.11%、18.32%和20.98%,紫叶血糯具有较强的抗性。2.采用盆栽试验,研究花青素对水稻生长及重金属Cd累积的影响。选择紫叶血糯、镇稻18、超优30三种水稻为研究对象,设置高浓度Cd污染土壤和背景Cd浓度土壤对照,检测叶面喷施花青素溶液后水稻细胞色素、体外抗氧化活性、叶片细胞抗氧化酶活性和重金属累积等变化。结果表明,叶面喷施花青素,提升了三种水稻细胞色素含量水平,增强了叶片体外抗氧化能力和叶片细胞抗氧化酶活性。喷施花青素后,水稻非蛋白类巯基NPT含量上升,植物螯合肽PC含量增加,意味着对Cd离子的螯合能力提升,更多的Cd被固定在叶片细胞内,从而提高根-茎叶的转运系数,降低茎叶-籽粒的转运系数。水稻不同组织Cd含量测定结果显示,喷施花青素后,与相同浓度Cd处理下不喷花青素处理相比,三种水稻均呈现叶片细胞的Cd含量上升,而籽粒Cd含量下降,水稻根部Cd含量变化并不明显。由此可见叶面喷施花青素增强了Cd胁迫下水稻的光合作用,增强生长,并降低了籽粒对Cd累积。3.田间试验,验证水稻叶面喷施花青素对其生长及重金属累积的影响,并确定花青素最适浓度。在灌浆期喷施上述六个浓度梯度的溶液。检测成熟期水稻重金属含量及水稻产量因素并换算成亩产。结果表明,喷施A1至A5浓度花青素溶液,均会降低籽粒Cd含量,但和喷施浓度不成线性相关。A1至A3随着喷施浓度增大,籽粒Cd含量降低,在A3浓度即7.5 g/L(5 L/30 m~2),下对降低Cd含量有最佳效果,A4和A5效果较差。喷施花青素对水稻产量因素影响不大,A3最适浓度下,水稻增产10.89%。因此,孕穗期喷施叶面喷施花青素,可以有效降低水稻籽粒Cd的含量,在提升粮食安全性同时略微增加产量。