不同基因型白菜品种镉积累差异及其调控机制研究

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随着经济的发展,矿产资源的开发及含重金属农药、化肥的广泛使用,土壤重金属污染日趋严重,已成为在全球备受关注的焦点问题。镉(Cadmium,Cd)作为农田污染最严重的重金属之一,具有固持时间长,移动性较差,难以被土壤自身分解的特点,若通过食物链进入人体,将人体健康产生极大危害。而白菜是人们日常饮食中不可或缺的重要食物,也是十字花科中对Cd具有较高富集能力的植物,近年来,关于其Cd含量超标的新闻报道时有发生,引起了大众的广泛关注。因此,如何有效降低白菜中Cd的积累以实现其安全生产已成为一项亟需解决的课题。本论文首先明确了不同基因型白菜品种各部位Cd积累差异,并在此基础上研究了Cd高积累作物扫帚菜和不同土壤改良剂对土壤的修复效果以及处理后对白菜体内Cd含量的影响,并选择修复效果较显著的钙镁磷肥处理Cd污染土壤,研究其处理对白菜体内与Cd转运、积累和抗氧化酶相关基因的影响等分子调控机制。主要研究结果如下:1、不同基因型品种白菜Cd积累差异2.96 mg·kg-1Cd胁迫盆栽试验结果显示,25个小白菜基因型品种地上部Cd含量为8.7543.33 mg·kg-1DW,平均为21.23 mg·kg-1,19个大白菜基因型品种地上部干重Cd含量为16.1666.36 mg·kg-1,平均为35.36mg·kg-1,品种间差异均较大。但小白菜和大白菜地上部对Cd转运系数差异较小,分别平均为1.26和1.29,且通过相关性分析发现小白菜地上、地下部Cd富集系数显著相关,而大白菜不存在显著相关。结合地上、地下部Cd含量和单株生物量数据,筛选出Cd相对低积累且生物量较高的小白菜品种——上海青和大白菜品种——四季快菜,以及Cd相对高积累小白菜品种——夏绿2号和大白菜品种——早熟五号。2、扫帚菜轮作模式对白菜Cd吸收积累及转运的影响试验结果显示扫帚菜具有较强的Cd富集能力。扫帚菜各部位对Cd的富集能力表现为叶>根>茎,对应富集系数为分别平均为15.07,5.44和2.97。通过扫帚菜与白菜轮作可显著降低白菜中的Cd含量,并降低土壤中的Cd含量,但对土壤pH值和有效态Cd含量影响并不显著,对Cd在白菜体内的转运效率影响也较小。同时,轮作处理不影响白菜正常生长发育,还能在一定程度上提高土壤脲酶和酸性磷酸酶的活性,以恢复由Cd引起的对两者活性的抑制作用,减轻Cd对白菜的毒害作用。3、土壤改良剂处理对白菜Cd吸收积累及转运的影响试验利用了石灰、羊粪、海泡石、麦饭石、钙镁磷肥和木炭六种土壤改良剂处理土壤,结果显示,除麦饭石外其余改良剂对土壤中有效态Cd含量均有不同程度的降低,降低效果以石灰和钙镁磷肥为最佳(处理90天可分别降至43.25%和62.75%),且处理90天内土壤pH值与有效态Cd含量间存在显著负相关关系(YCd=3.473-0.334XpH)。同时,在处理90天后的土壤中种植白菜,验证各改良剂的修复效果,结果表明四种白菜在不同改良剂处理下Cd含量变化趋势基本一致,但Cd相对高积累品种的变化趋势更明显。其中,钙镁磷肥对白菜地上部Cd含量降低最为明显,平均达到62.87%,且对白菜生物量无明显影响。4、钙镁磷肥对白菜Cd转运及积累和抗氧化酶相关基因表达特征的影响对Cd积累差异品种上海青和早熟五号在2.96 mg·kg-11 Cd胁迫下进行钙镁磷肥处理,测定其幼苗叶片中与Cd转运及积累和抗氧化酶相关基因的表达变化。结果表明,钙镁磷肥处理能有效调控NRAMP5、CAX4、APX、CAT等基因在Cd胁迫下的变化,从而降低Cd对白菜的毒害作用,并且两个白菜品种幼苗叶片中的部分基因对钙镁磷肥处理的响应趋势存在较大差异。
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