水稻對(duì)鎘累積的遺傳生態(tài)學(xué)特性研究.pdf

1、目前，我國(guó)已有大量農(nóng)田受到有毒重金屬的污染，這不僅影響作物生長(zhǎng)和發(fā)育，降低產(chǎn)量與品質(zhì)，并經(jīng)作物吸收由食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人類健康產(chǎn)生巨大威脅。因此，降低作物食用部分的有毒重金屬含量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，尤其是水稻，它是我國(guó)也是全球最重要的糧食作物。水稻對(duì)一些有毒重金屬的吸收、積累以及耐性存在顯著的基因型差異，因此篩選和培育籽粒有毒重金屬積累低且對(duì)重金屬耐性較強(qiáng)的品種，不僅是可能的，也是在輕、中度重金屬污染土壤上持續(xù)生產(chǎn)安全稻米的一條經(jīng)濟(jì)、有

2、效的途徑。同時(shí)，水稻對(duì)有毒重金屬的吸收也受土壤重金屬有效性的影響，而土壤重金屬有效性與環(huán)境因子密切相關(guān)。但目前有關(guān)水稻有毒重金屬積累的基因型與環(huán)境效應(yīng)及其機(jī)理尚不清楚，從而限制了相關(guān)育種和栽培工作的開(kāi)展。本研究在前期預(yù)備試驗(yàn)和研究工作基礎(chǔ)上，以我國(guó)稻米重金屬污染較為嚴(yán)重的Cd為研究對(duì)象，研究了水稻籽粒中Cd積累的基因型與環(huán)境互作效應(yīng)，篩選到若干個(gè)籽粒Cd含量低的基因型，并探索了水稻Cd耐性和低積累基因型的篩選方法及其Cd脅迫對(duì)水稻生長(zhǎng)與

3、營(yíng)養(yǎng)代謝的影響。主要研究結(jié)果如下： 1、水稻抗Cd脅迫的種質(zhì)資源篩選 采用水培營(yíng)養(yǎng)液加鎘法，對(duì)七十二個(gè)水稻品種(系)進(jìn)行不同抗性水稻種質(zhì)資源的篩選。試驗(yàn)結(jié)果表明，供試的七十二個(gè)水稻基因型的耐鎘脅迫能力存在極顯著差異，依據(jù)0.2mg/LCd處理下的Cd耐性指數(shù)可將72個(gè)基因行聚成Cd敏感基因型、較敏感基因型、耐-Cd基因型、較耐基因型。其中以Lement、IR98-22、蘭貝利、F6-143-1、F6-138-1、玉米粳5

4、號(hào)、R669等耐性最強(qiáng)，Dular等對(duì)鎘脅迫最敏感。研究結(jié)果還表明，水稻各器官Cd含量隨Cd處理水平和生育進(jìn)程而增加，且吸收的Cd主要積累在根系，Cd在水稻各部位中的分布規(guī)律為：根＞莖＞鞘＞葉＞稻米。在8mg/KgCd處理下，品種Dular稻米中Cd含量超標(biāo)，而品種Lement稻米中未檢出，進(jìn)一步驗(yàn)證Cd脅迫下Lement的耐性比Dula高，這與前期的篩選結(jié)果一致。 2、水稻抗Cd脅迫的生理生化特性研究 以耐性不同的兩個(gè)

5、水稻品種(Lement，低累積型和Dular，高累積型)為材料，研究了鎘脅迫對(duì)水稻植株生長(zhǎng)和抗氧化酶系統(tǒng)的影響。采用水培試驗(yàn)，Cd處理設(shè)0、50和100μmol/L三個(gè)水平。結(jié)果表明，Cd脅迫抑制植株生長(zhǎng)和葉綠素合成，改變丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)活性。在抗氧活性上，根和地上部對(duì)Cd脅迫的反應(yīng)存在差異。根和地上部MDA隨著培養(yǎng)液濃度的提高而增加，且增加幅度Dular大于Le

6、ment。高濃度脅迫下，兩個(gè)品種在MDA含量的增加幅度和葉綠素含量的降低幅度上表現(xiàn)不同，顯示出它們?cè)阪k的耐性上存在著差異。 3、不同季節(jié)條件下水稻稻米Cd累積的遺傳生態(tài)特性研究 選用6個(gè)不同類型的水稻品種(系)，按完全雙列雜交設(shè)計(jì)(6×5)配成一套親本、F1和F23個(gè)世代的遺傳材料。采用包括種子、細(xì)胞質(zhì)、母體植株三套遺傳體系的種子性狀遺傳模型和統(tǒng)計(jì)分析方法，系統(tǒng)分析了不同條件下稻米鎘含量性狀的遺傳特點(diǎn)。主要結(jié)果如下：遺傳

7、方差分析結(jié)果表明，鎘含量性狀同時(shí)受到種子核基因、細(xì)胞質(zhì)基因和母體基因的共同控制；遺傳率和選擇響應(yīng)分析結(jié)果表明，鎘元素含量性狀的總狹義遺傳率較高，世代的遺傳傳遞力較強(qiáng)，在鑒定篩選淘汰時(shí)，需要加大群體才能達(dá)到降低鎘元素含量的目標(biāo)；雜種優(yōu)勢(shì)分析結(jié)果表明，鎘元素含量表現(xiàn)負(fù)向的群體平均優(yōu)勢(shì)，達(dá)15.2％。環(huán)境互作群體平均優(yōu)勢(shì)在早季、晚季均表現(xiàn)為負(fù)向，說(shuō)明在早季、晚季利用雜種優(yōu)勢(shì)都有利與降低鎘因素元素，尤其在早季降低鎘元素含量更能奏效。 4

8、、不同區(qū)域條件下水稻稻米Cd累積的遺傳生態(tài)特性研究 選擇籽粒Cd含量差異較大的21個(gè)水稻基因型，種植于福建省福安、福鼎、福州、明溪、南平、新羅6個(gè)試點(diǎn)，研究水稻籽粒中Cd含量的基因型與環(huán)境變異。結(jié)果表明：籽粒中Cd含量存在較大的基因型與環(huán)境變異。環(huán)境、基因型及其互作效應(yīng)對(duì)籽粒中Cd的效應(yīng)均達(dá)極顯著水平，啟示出篩選和選育籽粒Cd含量低的品種以及通過(guò)農(nóng)藝措施減少稻米Cd含量是可能的，且稻米中Cd含量的穩(wěn)定性因環(huán)境、基因型而有較大差異