【摘要】：由于人類活動和其它環(huán)境因素導致當前鎘(Cd)污染問題日益嚴重,已經(jīng)對我國糧食安全生產(chǎn)造成嚴重威脅,并成為潛在的農(nóng)業(yè)和全球環(huán)境問題。鋅(Zn)與Cd屬于同族元素,化學性質(zhì)相似,目前已有許多利用Zn來降低植物中Cd含量,從而緩解土壤Cd污染的研究。雖然,已知Zn、Cd在植物體內(nèi)存在拮抗作用和協(xié)同作用,但二者互作機理尚不明確。因此,本研究從水稻生理指標、Zn、Cd含量和蛋白質(zhì)組等方面對水稻體內(nèi)Zn、Cd作用機制進行研究,結(jié)論如下:1、分別采用土壤施肥和葉面施肥的方法對輕度Cd污染土壤施加Zn肥,探究兩種不同的施肥方法對水稻品種9311各部位Zn、Cd含量的影響,并對其富集和轉(zhuǎn)運規(guī)律進行研究。結(jié)果表明,土壤中施加Zn肥量為100 mg·kg~(-1)時對水稻中的Zn、Cd積累量無顯著影響(P0.05),當Zn肥添加量為200 mg·kg~(-1)和400 mg·kg~(-1)時會促進水稻莖、葉部對Zn和Cd的吸收積累,且Zn和Cd在莖、葉內(nèi)的積累存在協(xié)同作用。Zn肥添加量為400 mg·kg~(-1)時會促進籽粒對Zn的積累,但對Cd的吸收積累無明顯影響。對水稻分蘗期和孕穗期分別進行葉面噴施,所噴施的Zn肥會促進莖部和葉片對Cd的吸收積累,而且孕穗期噴施Zn肥降低了該處理籽粒中Cd含量,但分蘗期葉面施肥對降低糙米和精米中的Cd含量無明顯效果。Cd的富集系數(shù)進一步證明Zn、Cd在莖、葉中的積累存在協(xié)同作用;水稻籽粒部位對Cd的積累能力較弱。從Cd的轉(zhuǎn)運系數(shù)變化來看,葉片向糙米中轉(zhuǎn)移Cd的能力要高于莖部向糙米中轉(zhuǎn)移Cd的能力,施加Zn肥后降低了Cd從莖部和葉片向糙米中的轉(zhuǎn)運,從而減少了糙米中Cd的積累量。2、以9311水稻品種為試驗材料,通過水培方法,對低Cd濃度處理下的水稻幼苗施加不同濃度的Zn,從水稻幼苗生長、Zn與Cd積累量、抗氧化系統(tǒng)變化趨勢等方面進行研究。結(jié)果表明:低濃度的Zn會抑制Cd處理水稻幼苗生物量的增加,并促進幼苗對Zn和Cd的吸收積累;100μmol·L~(-1) Zn對Cd處理水稻生物量有顯著促進作用(P0.05),且該處理下的Zn能明顯抑制水稻對Cd的吸收;但當Zn濃度達到3.06×10~3μmol·L~(-1)時,Zn對Cd處理水稻具有明顯的毒害作用。不同濃度Zn處理下,水稻幼苗地上部的SOD活性、POD活性、APX活性呈先升高后下降趨勢,而CAT活性則受到抑制,MDA含量均呈上升趨勢。低濃度Zn與Cd發(fā)生協(xié)同作用,促進水稻對Zn和Cd的吸收,抑制水稻生長;中等濃度Zn與Cd發(fā)生拮抗作用,抑制水稻對Zn、Cd的吸收,提高SOD、POD活性,促進水稻生長;但當Zn濃度達到一定值時,雖然Zn與Cd也發(fā)生拮抗作用,但仍會對水稻生長產(chǎn)生明顯的抑制作用,損傷幼苗抗氧化系統(tǒng)。3、采用iTRAQ標記技術對正常生長水稻和Zn、Cd處理水稻根系中差異表達的蛋白質(zhì)進行鑒定研究。共鑒定到4008個蛋白,篩選出332個差異表達的蛋白質(zhì),其中上調(diào)蛋白質(zhì)192個,下調(diào)蛋白質(zhì)140個。GO功能分析和KEGG通路分析結(jié)果表明,所鑒定的差異表達蛋白質(zhì)主要是催化活性蛋白和結(jié)合蛋白等,在水稻根部主要參與了谷胱甘肽代謝、苯丙烷類代謝、碳固定、半胱氨酸和蛋氨酸代謝、糖酵解/糖異生、丙酮酸代謝和氧化磷酸化等代謝途徑。為尋找水稻根部中參與轉(zhuǎn)運Zn和Cd的蛋白質(zhì),對與離子轉(zhuǎn)運相關的差異蛋白進行研究,發(fā)現(xiàn)有7個表達存在差異的蛋白質(zhì)參與了離子轉(zhuǎn)運,其中,A0A1B1ELU7(對應基因名:HMA4)有可能是水稻根部具有轉(zhuǎn)運Zn~(2+)和Cd~(2+)功能的的蛋白質(zhì)。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S511;TS210.1
【圖文】：

10圖 2.1 Cd 污染土壤中施 Zn 對水稻各部位 Zn、Cd 含量的影響（圖中不同字母表示不同濃度處理間差異顯著 P＜0.05）Figure 2.1 Effects of Zn fertilizer application on the contents of Zn and Cd in different parts of rice in Cd contaminatedsoil (The different letters in the figure indicate significant differences at P＜0.05 Level)A：莖部；B：葉片；C：稻殼；D：糙米；E：精米A: Stem; B: Leaf; C: Rice husk; D: Brown rice; E: Polished rice

中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第三章 水培條件下鋅對水稻幼苗鎘積累及抗氧化系統(tǒng)的影響3.4.2 不同濃度鋅對低鎘處理水稻幼苗中鋅、鎘含量的影響圖 3.1 為不同處理組水稻幼苗根部和地上部 Zn 與 Cd 的累積情況。Zn 在水稻幼苗體內(nèi)的富集規(guī)律為：根部＞地上部，Cd 的富集規(guī)律與 Zn 相同。同時，從圖 1 中可以看出，在水稻幼苗體內(nèi) Zn 與 Cd 之間存在明顯的相互作用：Zn1Cd 處理組與單獨 Cd 處理組相比，低濃度的 Zn 明顯促進根部對 Cd 的吸收和積累（P＜0.05）且二者存在協(xié)同作用；從地上部來看，低濃度 Zn 對水稻 Cd 積累量有促進作用，但與單獨 Cd 處理組 Zn0Cd 相比差異不明顯（P＞0.05）；Zn2Cd 和 Zn3Cd與單獨 Cd 處理組相比，Zn 濃度越高，抑制水稻幼苗吸收積累 Cd 的效果越顯著，此時水稻幼苗中根部與地上部表現(xiàn)一致。從圖 3.1 中我們還可以發(fā)現(xiàn) Zn2Cd 處理組水稻幼苗體內(nèi)的 Zn 含量與Zn1Cd 處理組差異不大，但高于 CK 且差異明顯（P＜0.05），而根部和地上部 Cd 含量與 Zn1Cd處理組相比分別下降了 87.71%和 83.16%，說明 Zn 和 Cd 在水稻幼苗體內(nèi)產(chǎn)生拮抗作用。結(jié)合表2 中水稻幼苗生長狀況得出如下結(jié)論：低濃度的 Zn 促進水稻幼苗對 Cd 的吸收積累，導致水稻體內(nèi) Cd 含量增加，抑制水稻幼苗生長；中等濃度的 Zn 抑制了水稻對 Cd 的吸收積累，對幼苗生長有促進作用；但若 Zn 濃度過高，即使 Zn 能抑制水稻對 Cd 吸收積累，也不利于幼苗的生長，甚至會對水稻幼苗產(chǎn)生高 Zn 毒害。A B

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本文編號：2714883