硒緩解水稻累積鎘的根際調控機制研究

《硒緩解水稻累積鎘的根際調控機制研究》是依託中國農業大學，由李花粉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：硒緩解水稻累積鎘的根際調控機制研究
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：李花粉
• 項目類別：面上項目

項目摘要

鎘是農田土壤中危害最大、影響最廣的重金屬，近年來，鎘米已成為社會各界關注的焦點。抑制水稻對土壤中鎘的吸收，降低稻米中鎘含量、提高稻米品質、保障食品安全是目前急需解決的問題之一。硒是人和動物必需的微量營養元素，能夠與多種重金屬元素產生拮抗效應，降低植物對重金屬的吸收。本研究從當前鎘米焦點問題出發，以硒與鎘的拮抗效應為切入點，採用水培試驗、盆栽試驗和大田驗證試驗，通過分根試驗、土壤-石英砂聯合培養、根際土壤溶液原位提取、XRF、XANES、形態分析等技術方法，研究外源硒對水稻吸收，轉運和分配鎘的影響，揭示硒抑制水稻對鎘的吸收累積機制和根際調控機制，為降低稻米中鎘含量，提高稻米硒水平，提高水稻產量和品質提供理論依據。

結題摘要

鎘米已成為社會各界關注的焦點，降低稻米中鎘含量、提高稻米品質、保障食品安全是目前急需解決的問題之一。硒是人和動物必需的微量營養元素，能夠與多種重金屬元素產生拮抗效應。本研究從當前鎘米焦點問題出發，以硒與鎘的拮抗效應為切入點，採用水培、盆栽和大田驗證試驗，通過根際土壤溶液原位提取、形態分析等技術方法，研究了硒對植物吸收、轉運和分配鎘的影響機制，以及植物抗氧化系統對鎘脅迫的回響。同時運用高效液相色譜-紫外原子螢光分光光度計分析了硒在植物體內的形態轉化。試驗結果表明，營養液培養條件下，短時間處理時，硒的添加對水稻鎘吸收無顯著影響；處理時間增加後，外源硒的添加和硒預處理均顯著降低了水稻對鎘的吸收和向地上部的轉運。硒的添加促進了鎘在植物根部細胞壁或液泡（細胞可溶組分）的沉積，從而導致細胞器的分配比例降低，向木質部的運輸降低，且亞硒酸鹽的降低效果優於硒酸鹽。在小麥和蔬菜（生菜和油菜）上也表現出相似的結果。但是，添加硒酸鹽對蔬菜鎘轉運有增加的趨勢，硒代蛋氨酸在植物體內的含量及其與硒酸根的相對比例是控制硒處理促進或抑制鎘在油菜地上部累積的關鍵因素。硒可以降低鎘引起的植物丙二醛和過氧化氫含量的增加，提高超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶和抗壞血酸過氧化物酶等主要抗氧化酶的活性，從而緩解鎘引起的氧化脅迫。盆栽試驗結果表明土壤淹水顯著降低了酸性土壤（pH 5.25）溶液中的鎘含量和水稻對鎘的積累，而對鹼性土壤（pH 7.26）中鎘的影響較小，尤其在成熟期時無顯著差異；鹼性土基施亞硒酸鹽（0.5和1.0 mg kg-1）降低了土壤溶液和水稻植株中的鎘含量，而酸性土加硒降低了苗期水稻的鎘含量，在成熟期對水稻鎘累積無顯著影響。田間試驗結果表明，在分櫱期和孕穗期對水稻葉面噴施硒肥（15 g Se hm-2），可以有效地提高水稻籽粒對硒的累積，降低水稻籽粒鎘含量，且籽粒中的鎘含量與硒含量呈極顯著負相關。上述研究成果揭示了硒對植物吸收、轉運及累積鎘的影響機制，研究結果為降低糧食和蔬菜作物鎘污染，提高作物品質，保障農產品安全和人民身體健康提供了重要的理論依據。