水稻Cd高积累材料Cd积累及耐性生理响应

摘要

我国土壤镉(Cd)污染形式严峻，已严重威胁到农产品安全和人体健康，修复农田Cd污染土壤刻不容缓。水稻Cd高积累材料是一种潜在的土壤Cd污染修复植物，对Cd具有较强的耐性和积累能力，且具有生物量大、适应性强、栽种技术成熟及遗传性状稳定等优点，在修复农田Cd污染土壤上具有一定的研究前景。本研究以水稻Cd高积累材料(Lu527-8)为研究对象，普通材料(Lu527-4)为对照，通过水培试验和土培试验，研究水稻Cd高积累材料对Cd的积累特征和生理响应特征，取得的主要研究结果如下:
　　(1)在不同Cd处理(0、2、5mg·L-1)下，两类水稻材料根系分泌物中均可检测出酒石酸、草酸、苹果酸、琥珀酸、柠檬酸、乙酸、丙二酸7种有机酸。其中以酒石酸为主，其次是草酸。在2、5mg·L-1Cd处理下，两类水稻材料根系分泌各有机酸量较未添加Cd处理显著增加，且Lu527-8根系分泌各有机酸量显著高于Lu527-4，是Lu527-4的1.76～2.43倍。基于相关性分析，Lu527-8在不同Cd处理下分泌的各有机酸含量及有机酸总量均与植株Cd含量呈极显著正相关关系，而Lu527-4除苹果酸也均与植株Cd含量呈正相关关系。在不同Cd处理下，两类水稻材料根系分泌氨基酸的种类和含量均发生显著变化。在0mg·L-1Cd处理下，两类水稻材料均分泌谷氨酸、甘氨酸、酪氨酸、组氨酸4种氨基酸，且含量相当。在2、5mg·L-1Cd处理下，丙氨酸、赖氨酸和蛋氨酸由Cd胁迫诱导产生，而苯丙氨酸仅在胁迫条件下的Lu527-8中分泌产生。Cd胁迫下，Lu527-8根系新分泌的这四种氨基酸含量均与植株Cd含量呈极显著正相关关系，而Lu527-4中仅有赖氨酸和蛋氨酸与植株Cd含量存在此相关关系。
　　(2)在土培盆栽条件下，Lu527-8木质部汁液中Cd含量在不同浓度Cd处理(2、5、10mg·kg-1)下均显著高于Lu527-4，是Lu527-4的1.68～2.55倍，且木质部汁液中Cd含量与地上部Cd含量呈极显著正相关关系。Lu527-8对Cd有更强的向地上部转运的能力。通过对木质部汁液中无机阴离子、有机组分和Cd含量的关系分析，发现Lu527-8木质部汁液中较低的HPO42-含量和草酸含量，与其具有更高的Cd转运能力有关。而柠檬酸、酒石酸和组氨酸含量则表现为随Cd处理浓度增加而显著增加，且Lu527-8显著高于Lu527-4。柠檬酸、酒石酸和组氨酸参与了木质部对Cd的长距离运输。相同Cd浓度下，Lu527-8木质部汁液中更多的柠檬酸、酒石酸和组氨酸，有利于运输更多的Cd至地上部并进行积累。
　　(3)在2、5mg·L-1Cd处理下，Lu527-8中的Cd主要分布在细胞壁和可溶部分，细胞器和细胞膜中含量很少，细胞壁固持和液泡区隔化是Lu527-8耐受和累积Cd的重要生理机制。其根系中的Cd以醇溶性蛋白质、氨基酸结合态为主，茎、叶中则以果胶、蛋白、难溶性磷酸盐结合态为主，这是Lu527-8对Cd具有较强转运能力和耐性的重要原因。通过对两类水稻材料根系中有机酸和氨基酸组分及含量的分析，发现Lu527-8根系中的酒石酸、苹果酸、柠檬酸和乙酸含量均随Cd处理浓度增加而显著下降，降幅均大于Lu527-4，但含量却始终高于Lu527-4。而脯氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、赖氨酸和蛋氨酸含量则随Cd处理浓度增加而显著增加，且显著高于Lu527-4。此外，本研究对两类水稻材料根系细胞壁多糖组成、细胞壁多糖各组分Cd结合能力及果胶修饰对细胞壁Cd固定的影响进行了探讨，试验结果表明，Lu527-8根系细胞壁中果胶和半纤维素1是Cd的主要结合位点。果胶对Cd的固定能力在果胶甲酯酶的修饰下显著增强。在5mg·L-1Cd处理下，Lu527-8果胶甲酯酶活性较未添加Cd时上升了68.64％，显著高于Lu527-4。Lu527-8根系细胞壁具有更多的低甲酯化果胶和更多的半纤维素1，有利于增强细胞壁对Cd的结合能力，减少Cd向原生质体的运输，从而提高植株Cd耐性，增强植株Cd积累能力。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章绪论

1立题背景

2文献综述

2．1水稻Cd高积累材料研究进展

2．2 Cd胁迫下根系分泌物的变化

2．3 Cd在植物中的长距离运输

2．4植物对Cd胁迫的耐性机制

3研究内容与技术路线

3．1研究内容

3．2技术路线

第二章Cd胁迫对水稻Cd高积累材料根系分泌物的影响

1材料与方法

1．1供试材料

1．2试验设计与处理

1．3样品的采集与制备

1．4测定项目及方法

1．5数据处理

2结果与分析

2．1 Cd胁迫对水稻Cd高积累材料生物量及Cd含量的影响

2．2 Cd胁迫对水稻Cd高积累材料根系分泌有机酸的影响

2．3 Cd胁迫对水稻Cd高积累材料根系分泌氨基酸的影响

2．4 Cd胁迫下水稻Cd高积累材料根系生理响应

3讨论

3．1 Cd胁迫下有机酸的分泌

3．2 Cd胁迫下氨基酸的分泌

4小结

第三章Cd胁迫对水稻Cd高积累材料木质部汁液组分的影响

1．1供试材料

1．2试验设计与处理

1．3样品的采集与制备

1．4测定项目及方法

1．5数据处理

2结果与分析

2．1 Cd处理对水稻Cd高积累材料生物量及Cd含量的影响

2．2 Cd处理对水稻Cd高积累材料木质部汁液量及Cd含量的影响

2．3 Cd处理对两类水稻材料木质部汁液组分的影响

3讨论

4小结

第四章Cd胁迫下水稻Cd高积累材料Cd分布及耐性响应特征

1材料与方法

1．1供试材料

1．2试验设计与处理

1．3样品的采集与制备

1．4测定项目及方法

1．5数据处理

2结果与分析

2．1 Cd胁迫下两类水稻材料Cd亚细胞分布特征

2．2 Cd胁迫下两类水稻材料Cd化学形态特征

2．3 Cd胁迫对两类水稻材料根系有机酸、氨基酸含量的影响

2．4水稻Cd高积累材料根系细胞壁多糖组成特征及其对Cd的固定能力

3讨论

3．1水稻Cd高积累材料亚细胞分布特征

3．2水稻Cd高积累材料Cd化学形态特征

3．3水稻Cd高积累材料根系有机酸、氨基酸组成特征

3．4水稻Cd高积累材料根系细胞壁多糖组成特征

4小结

第五章全文主要结论和研究展望

1全文主要结论

2研究展望

参考文献

致谢

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