土壤鎘污染和磷肥的過量施用是存在于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的兩個非常嚴重的問題。減少磷肥的施用量,提高作物對磷素的利用效率對于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。但減施磷肥是否會增加作物中鎘積累的風險,目前尚不明確。為了解析這個問題,我們借助野生型(WT)、磷饑餓信號抑制突變體(phr2)和體內(nèi)無機磷含量高(PHR2-OE)的水稻轉(zhuǎn)基因材料,通過分別在高磷(HP)和低磷(LP)條件下外源添加鎘處理,解析磷/鎘信號間的可能互作,并分析水稻植株體內(nèi)和體外磷素狀況以及內(nèi)部磷饑餓信號對植株鎘積累的影響;同時通過非損傷微測技術(shù)明確外界磷素供應(yīng)狀況對水稻根系鎘吸收的影響,最終解析植株體內(nèi)與體外磷素狀況對鎘吸收及積累的影響。研究的主要結(jié)果和結(jié)論如下:(1)鎘脅迫會影響野生型水稻植株的磷積累和磷饑餓信號。在高磷條件下,鎘脅迫會導致地上部磷的含量顯著增加。qRT-PCR結(jié)果顯示:無論在高磷還是低磷條件下,鎘脅迫均會抑制OsIPS1、OsPT6和OsPT10在地上部的表達;當磷素充足時,鎘處理條件下OsIPS1、OsPT6和OsPT10在根中的表達量均高于不加鎘處理;在低磷條件下,OsIPS1、OsPT6和OsPT10在根中的表達量在加鎘處理和不加鎘處理之間沒有顯著差異。以上結(jié)果暗示,高磷條件下,鎘脅迫會誘導水稻根中磷信號,促進磷的吸收和轉(zhuǎn)運,從而增加地上部磷含量。(2)體內(nèi)外磷素狀況和磷信號的改變不影響鎘的積累與鎘對植株生物量的抑制率。通過分析HP、HP/+Cd、LP和LP/+Cd培養(yǎng)條件下WT、phr2和PHR2-OE植株的生物量,結(jié)果發(fā)現(xiàn)鎘脅迫會顯著抑制不同遺傳材料的生物量。然而,統(tǒng)計分析Cd對不同遺傳材料生物量的抑制率發(fā)現(xiàn),無論是在高磷還是低磷條件下Cd對WT、phr2、PHR2-OE植株根和地上部生物量的抑制率均沒有顯著差異。同時通過ICP測定植株中的鎘含量,結(jié)果顯示W(wǎng)T、phr2和PHR2-OE植株地上部或根中鎘的積累量在高磷和低磷條件下均無顯著差異。(3)體內(nèi)外磷素狀況和磷信號的改變不影響鎘的主要轉(zhuǎn)運蛋白基因OsNramp5的表達。雖然在鎘脅迫條件下,低磷會顯著抑制OsIRT1和OsIRT2在根中的表達量,但對鎘的主要轉(zhuǎn)運蛋白基因OsNramp5的表達量沒有顯著影響。(4)外界磷素狀況不影響植株根系對Cd~(2+)的吸收速率。根系的Cd~(2+)流速在加磷和無磷條件下沒有顯著的差異。綜上所述,鎘脅迫可能通過影響根系磷素信號,促進野生型植株地上部的磷積累增加。而體內(nèi)外磷素狀況的不同并不影響水稻鎘的吸收速率和積累量,因此,減少磷肥的施用量,并不會增加水稻鎘積累的風險。
【學位單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S511
【部分圖文】：

位論文 第三章 不同供磷水平下鎘處理對水稻生長不同供磷水平下鎘處理對水稻生長和鎘積累水平下鎘處理對水稻生長的影響水平下鎘處理水稻表型分析供磷水平下鎘處理對水稻生長的影響，本研究將野生型 WT 在至高磷（HP），低磷（LP），高磷加 10μMCdCl2（HP+Cd）以的營養(yǎng)液中，繼續(xù)培養(yǎng)兩周，觀察表型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在加鎘條的生長均受到嚴重抑制（圖 3.1）。對植株的株高和根長分析發(fā)圖 3.2 和 3.3）。高磷條件下鎘脅迫導致株高減小了約 13%，低條件下鎘對株高的抑制程度高于高磷條件；高磷條件下和低磷 26%和 27%，兩者之間差異不大。另外，本研究也測定了植株如圖 3.4 所示，鎘脅迫會顯著降低水稻葉片的 SPAD 值，在高和 7%左右，表明高磷條件下鎘對水稻葉片 SPAD 值得抑制程度

體外不同供磷水平鎘處理條件下，外界磷素狀況對 Cd 對生物量的抑制率及植株中的鎘積累沒有顯著影響，那么體內(nèi)磷素狀況和體內(nèi)磷信號改變后是否也有同樣的結(jié)果呢？本研究為了探明體內(nèi)磷素狀況及體內(nèi)磷信號改變是否會影響水稻中鎘的積累，選擇體內(nèi)磷信號受到抑制的突變體phr2 及體內(nèi)磷信號顯著誘導的過表達材料 PHR2-0E 作為實驗材料，將野生型 WT、突變體 phr2及過表達材料 PHR2-0E 在全營養(yǎng)液中培養(yǎng) 10 天后，分別轉(zhuǎn)移至高磷（HP），低磷（LP），高磷加10μMCdCl2（HP+Cd）以及低磷加 10μMCdCl2（LP+Cd）的營養(yǎng)液中，處理兩周，觀察表型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在加鎘條件下，無論是高磷還是低磷處理，野生型 WT、突變體 phr2 及過表達材料PHR2-0E 的生長均受到嚴重抑制（圖 4.1）。對水稻植株株高和根長進行了測量，結(jié)果如圖 4.2 和4.3 所示，除低磷條件下鎘脅迫對株高的影響不顯著外，不管高磷還是低磷條件下，加鎘條件下，WT、phr2 和 PHR2-OE 水稻植株的株高和根長都顯著降低。用體視鏡觀察了側(cè)根的表型，并對側(cè)根根長進行了測量，如圖 4.4 所示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：鎘脅迫下，側(cè)根根長顯著減小；，加鎘條件下，與高磷條件相比，低磷條件下野生型水稻側(cè)根顯著減小，而 phr2 和 PHR2-OE 的側(cè)根根長沒有顯著差異。測定水稻葉片 SPAD 的結(jié)果如圖 4.5 所示，除低磷條件下 phr2 植株的 SPAD 不受鎘脅迫影響外，不管高磷還是低磷條件下，加鎘條件下，WT、phr2 和 PHR2-OE 水稻植株 SPAD 均顯著降低。

農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第五章 水稻對鎘的吸收轉(zhuǎn)運的相關(guān)研究MR）進行測定，將野生型 WT 播種在高磷（＋P）和無磷（－P）的營養(yǎng)液中，處理 10 天，測定伸長區(qū)圖 5.2 a 中箭頭所指位置的鎘離子吸收速率，每個樣本測定 15 min，重復 4 次。顯示：無論在高磷還是低磷條件下，WT 對鎘離子的吸收速率均無顯著差異，說明外界磷濃不影響水稻對鎘的吸收（如圖 5.2）。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號：2831186