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《中华科学技术大学》 2019年
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镉在水稻亚种间的收取转运和积累差异及其低积累突变种质的缔造

陈慧茹  
【摘要】:水稻(Oryza sativa L.)是最重要的庄稼之一,大地近半数之人将大米作为主食,但他同时也是重金属镉(Cd)的严重性暴露源。中华水稻镉污染区主要分布在珠江三角洲、江南和西北部分地方,其中,东方稻区种植籼稻为主,长三角和西北稻区种植粳稻为主。基金论文研究籼粳亚种在不同生育阶段和不同Cd胁迫浓度下对重金属Cd的收取、转运和积累的差别,并通过重离子辐照创建Cd低积累的稻谷突变遗传种质,对发掘利用重金属Cd低积累的遗传资源、谈起降低籽粒Cd积累的工艺措施具有举足轻重作用。重大结论如下:一.水稻亚种间重金属镉的收取、转运和积累差异。1.籼、粳水稻植株地上部对Cd的收取总量差异显著,在Cd轻轻、中度和重度污染之泥土中,籼稻吸收的Cd客流分别是粳稻的3.65,2.78和2.67倍。籼稻对Cd的收取特征主要表现在生殖生长期的高吸收速率。在Cd轻轻、中度和重度污染之泥土中,抽穗期至成熟期受试籼稻品种的水上部分Cd平均吸收速率分别为0.142 μgd~(-1)、0.231μg d~(-1)和0.257μg d~(-1);受试粳稻品种的水上部分Cd平均吸收速率分别为0.023μg d~(-1)、0.051μg d~(-1)和0.066μg d~(-1),籼稻相较粳稻平均吸收速率高6.17、4.52和3.89倍。2.对籼、粳水稻中Cd的起色研究发现,籼稻在营养生长期和繁殖生长期吸收积累的Cd对种子Cd存量的占有率分别为33.8%和66.2%,而粳稻对种子Cd存量的占有率分别为44.9%和55.1%。通径辨析显示,籼稻中的Cd重大由根系吸收并通过本向种子转运,粳稻则是由叶片(鞘)和根系转运为主。3.籼、粳水稻中Cd的积淀差异研究发现,随着土壤Cd存量增加,籼、粳水稻茎、叶和籽粒Cd存量均不同档次的上升,在相同浓度的Cd谱下,粳稻品种茎、叶和籽粒的Cd存量低于籼稻品种。在轻度,中度,重度和严重Cd污染胁迫下,粳稻的米粒Cd平均日产量分别为0.105 mg kg~(-1),0.132 mg kg~(-1),0.226 mg kg~(-1)和0.484 mg kg~(-1),而籼稻品种的米粒Cd平均日产量分别为0.194 mg kg~(-1),0.475 mg kg~(-1),0.936 mg kg~(-1)和0.938 mg kg~(-1),受试籼稻品种的种子Cd存量分别为粳稻品种的 1.84,3.59,4.14 和 1.94 倍。4.研讨水稻种子中的Cd存量与非赢利性碳水化合物(NSC)存量的联系,结果表明籼、粳水稻种子中Cd积累与干鞘内NSC存量呈明显负相关(P0.05),相关系数分别达到-0.823和-0.746,指导Cd副本鞘到籽粒的起色可能伴随着养分的起色。二.重离子辐照低镉水稻突变种质的缔造。1.~(12)C~(6+)离子束辐照中籼9311,M_2种子中Cd积累的形成率为3.97%(P0.05),并拥有一个籽粒低镉积累突变体(T2-1)。与野生型9311对比,T2-1突变体籽粒中Cd降低幅度为28.6%,同时Pb和Cu在种子中的积累分别回落24.0%和27.4%,差异均达到显著水平(P0.05)。2.剖析T2-1和野生型9311美方水稻Cd收到和转运相关关键基因的发表水平,察觉负责Cd根系吸收的OsNramp5发挥水平没有明确差距。T2-1植株根系中OsHMA3发挥水平明显上调,导致更多的Cd把隔离在根细胞液泡中,对T2-1根和网上部的Cd收到动力学研究表明,大多数Cd在T2-1根中把滞留,导致Cd副根到地上部的起色减少。此外参与Cd副叶片向种子中转运的OsLCT1发挥水平明显下调,OsHMA2的发表水平略有增长。3.在多个Cd污染田块种植结果表现,T2-1突变体在土壤低Cd污染水平下种子中的Cd存量低于国家对于谷物中Cd的限值标准(0.2 mg kg~(-1)),重度Cd污染水平下T2-1种子的Cd存量相较9311降低14.6%-62.2%,差异达到显著水平(P0.05)。
【学位授予单位】:中华科学技术大学
【学位级别】:院士
【学位授予年份】:2019
【列入号】:S511;X503.231

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