论文部分内容阅读
本项目选用华南地区镉富集能力较强的水稻品种“桂农占”为研究对象，采用营养液培养实验，从根系镉吸收、木质部镉运输、镉吸收及转运相关基因表达的角度探讨不同硝铵配比调控水稻镉吸收、转运、积累的内在生理与分子机制；同时也研究了不同硝铵配比通过影响水稻体内抗氧化酶活性以及谷胱甘肽-抗坏血酸循环效率调控其镉累积的机制。本项目的开展将丰富硝铵比在植物体内调控重金属镉累积规律方面的研究，同时对氮肥的合理施用及保障农作物的安全生产具有一定的理论和现实意义。主要研究结论如下： 1.不同硝铵比对镉胁迫下水稻相关生物抗性指标影响的研究 在低镉（1μmol/LCd）胁迫下，高硝（NO3-:NH4+，1:0和2:1）显著抑制水稻生长，降低其根系和地上部生物量，随着硝铵比的降低（NO3-:NH4+，1:1、1:2和0:1）水稻根部受损伤减小，根系分生数量及其组织生物量显著增加，地上部和根部中丙二醛（MDA）和过氧化氢（H2O2）含量减少；高Cd（5μmol/LCd）胁迫下与低Cd趋势相同，且地上部和根部中MDA和H2O2含量随硝铵比降低表现出的降低趋势更加显著。结果表明减硝增铵能促进Cd胁迫下水稻的生长发育，提高其组织生物量，降低组织氧化损伤程度。 2.不同硝铵比对镉胁迫下水稻镉吸收、转运与累积的研究 在低镉（1μmol/LCd）及高镉（5μmol/LCd）处理下，随着硝铵比的降低（NO3-:NH4+，1:0、2:1、1:1、1:2和0:1）水稻地上部和根部中Cd含量呈现先增加后减小的趋势；低Cd胁迫下，地上部、根部及植株中Cd累积量随着硝铵比的降低呈现先增大后减小趋势，但高镉胁迫下不同硝铵比处理之间未表现出明显差异；非损伤微测技术（Non-InvasiveMicro-TestTechnology，NMT）测定根毛区镉离子（Cd2+）流速，发现常规营养液配方培养的水稻根系吸收Cd2+流速随测试液中硝铵比的降低（NO3-:NH4+，1:0、2:1、1:1、1:2和0:1）表现出降低的趋势，而用不同硝铵比的配方营养液前处理水稻根系也表现出类似的趋势（除了NO3-:NH4+，1:0）。结果表明减硝增铵可以通过竞争根系Cd2+结合位点和改变根系内在生理特征减少其对Cd2+吸收；在低镉及高镉处理下，硝铵比的降低能减少水稻木质部中镉的含量，减少镉向地上部的转运；在两种镉水平处理下，硝铵比的降低显著下调水稻根系中镉吸收基因的表达，尤其是OsIRT1和OsNRAMP5，但不同处理间OsNRAMP1表达差异不显著，同时本研究也发现根系中镉转运基因OsHMA2表达也随着硝铵比的降低受到抑制。结果表明减硝增铵可以通过减少根系对镉的吸收，降低木质部对镉的转运，抑制根系中与镉吸收转运基因的表达，进而减少水稻根系与地上部镉的含量。 3.不同硝铵比处理对镉胁迫下水稻镉抗氧化系统影响的研究 在低镉（1μmol/LCd）及高镉（5μmol/LCd）处理下，高硝（NO3-:NH4+，1：0）处理显著抑制根系和叶片中抗氧化酶SOD、CAT、APX活性，随着硝铵比的降低（NO3-:NH4+，2:1、1:1、1:2和0:1）根系和叶片中抗氧化酶SOD、CAT、APX活性逐渐提升，且对根系和地上部中SOD活性增幅效果显著高于CAT和APX；类似的趋势也表现在GSH-AsA循环体系，高硝（NO3-:NH4+，1:0）处理显著抑制根系和叶片中在GSH-AsA循环体系关键酶GR和DHAR的活性及GSH和AsA的含量，随着硝铵比的降低根系和叶片中GSH-AsA循环体系关键酶GR和DHAR的活性及GSH和AsA的含量活性逐渐提升。结果表明减硝增铵可以通过提升水稻根系和地上部中抗氧化酶SOD、CAT、APX活性及GSH-AsA循环体系效率来抵御镉胁迫，进而减少各组织对镉的累积。