【摘 要】
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镉(Cadmium,Cd)是一种对水稻(Oryzasativa)有毒害作用的重金属元素,在根际主要以Cd2+形式存在。即使是在低浓度下,Cd毒害也会降低作物产量且危害人类健康。水稻是世界上近半人口的主食,尤其是在东南亚地区、中东地区、拉丁美洲与西印度群岛。由于日常食用,水稻中的Cd会进入食物链从而对人类造成潜在的健康问题并导致慢性中毒。因此,采取有效的措施来减少Cd污染至关重要。充氧和水分管理通过
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镉(Cadmium,Cd)是一种对水稻(Oryzasativa)有毒害作用的重金属元素,在根际主要以Cd2+形式存在。即使是在低浓度下,Cd毒害也会降低作物产量且危害人类健康。水稻是世界上近半人口的主食,尤其是在东南亚地区、中东地区、拉丁美洲与西印度群岛。由于日常食用,水稻中的Cd会进入食物链从而对人类造成潜在的健康问题并导致慢性中毒。因此,采取有效的措施来减少Cd污染至关重要。充氧和水分管理通过增加根际含氧量来促进水稻的生长和产量,但在水培过程中根系充氧对水稻幼苗Cd毒害及积累的影响尚不清楚。本实验选取水稻日本晴(Oryzasativa L.japonica.cv.Nipponbare)作为实验材料。采取水培实验来排除土壤中不同Cd形态的影响,从而探究充氧对水稻Cd积累的作用。并从根表铁膜、根内结构、细胞壁成分以及Cd相关转运体等角度来研究充氧调控水稻Cd积累的机制。研究结果如下:1、充氧处理能促进水稻生长,并且能有效缓解水稻中的Cd毒害。充氧处理增加了 Cd胁迫下水稻的株高、根长、干物质含量、光合作用、叶绿素含量和根系活力。2、充氧处理增加了水稻根细胞壁中的Cd含量,降低了地上部中的Cd含量。非损伤微电极技术(NMT)显示充氧处理增加了根表的O2与Cd2+流量,但减少了木质部导管中Cd2+流量。充氧处理上调了 Cd胁迫下水稻根内与Cd区室化相关的OsHM43表达,且下调了与Cd耐受相关的OsLCD表达。3、充氧处理促进了根表铁膜形成。Perlsblue染色结果显示,充氧处理与Cd处理都能促进根表铁膜形成,且铁膜能吸附固定部分的Cd。DCB洗脱后发现Cd处理减少了 Fe吸收,而充氧处理使根内Fe含量上升但地上部Fe含量下降。充氧处理一方面上调了根部OsNrampl的表达,另一方面又下调根部OsIRT1与地上部OsNrampl的表达量。4、充氧处理延缓了根的衰老,增加了低甲酯化程度(PMD)的果胶。切片显示Cd胁迫能加速水稻根的成熟和衰老,而充氧处理能延缓Cd诱导的根的成熟和衰老。根内组织和细胞Cd分布定位分析结果表明,充氧处理加强水稻根部细胞壁中Cd含量。对根内细胞壁组分分析表明,充氧不仅增加了果胶含量,还通过增加果胶甲酯酶(PME)活性来降低了果胶甲酯化程度(PMD)。综上所述,充氧通过延缓根系成熟和衰老、增强水稻根表铁膜的形成与调节根细胞壁中果胶合成增加根对Cd的保留能力,从而缓解水稻Cd毒害并减少地上部Cd积累。
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