硒緩解水稻鎘毒害的機(jī)理研究.pdf

1、鎘(Cadmium，Cd)是植物非必需的微量元素，對植物有很強(qiáng)的毒性。土壤鎘污染超過一定限度不僅嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)，并通過食物鏈富集，危害人體健康。對于已污染土壤，雖然曾提出過包括利用超積累植物進(jìn)行生物修復(fù)降低土壤重金屬含量等多種方法，但迄今均未能有效地應(yīng)用于大面積土壤的治理;對于大面積中、輕度污染農(nóng)田，篩選耐鎘且食用器官低積累作物品種和改進(jìn)農(nóng)藝與化學(xué)調(diào)控技術(shù)緩解鎘毒、減少作物鎘吸收與積累，是有效利用自然資源和保證農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的重

2、要途徑。硒(Se)是自然界中存在于重金屬硫化物礦石中的一種微量元素，是生物機(jī)體中必需的營養(yǎng)元素之一。本研究采用課題組前期篩選獲得的鎘敏感粳稻品種秀水63，探討外源Se對鎘脅迫下水稻生長、養(yǎng)分吸收、根細(xì)胞活性、活性氧代謝等的影響，旨在探討外源Se緩解水稻鎘毒害的細(xì)胞生理與生化機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.以鎘敏感粳稻品種秀水63為材料，盆栽試驗(yàn)，播種前20 d土壤100μM CdCl2處理，苗期和拔節(jié)期6μM Na2SeO3

3、處理，設(shè)4個處理:(1)對照，基本培養(yǎng)液;(2)Cd,100μM CdCl2;(3)Se,6μM Na2SeO3;(4)Cd+Se,100μM CdCl2+6μM Na2SeO3。研究了外源Se對鎘脅迫水稻成熟期生長及元素吸收的影響。結(jié)果表明:水稻全生育期100μM Cd處理顯著降低水稻單株產(chǎn)量及株高、結(jié)實(shí)率和千粒重。苗期和拔節(jié)期施加外源Se部分恢復(fù)了鎘脅迫對水稻株高、結(jié)實(shí)率和千粒重的影響，促進(jìn)水稻單產(chǎn)的增加。水稻吸收的鎘在水稻各部位的

4、分布為葉＞莖＞稻米;外源Se顯著降低了積累在水稻根、莖葉和籽粒中的鎘含量。
　　 2.水培試驗(yàn)，研究了外源Se對鎘脅迫下水稻秀水63 SPAD值、株高、生物學(xué)產(chǎn)量和營養(yǎng)元素吸收和分配的影響。試驗(yàn)設(shè)6個處理:(1)對照，基本培養(yǎng)液;(2)Cd，50μM CdCl2;(3) Se,3μM Na2SeO3;(4) Cd+Se,50μM CdCl2+3μM Na2SeO3;(5) pre-Se，鎘處理前一天用基本培養(yǎng)液+3μMNa2Se

5、O3預(yù)處理24h，次日更換為基本培養(yǎng)液;(6) pre-Se+Cd，CdCl2鎘處理前一天用‘基本培養(yǎng)液+3μM Na2SeO3'預(yù)處理24h，次日更換為‘基本培養(yǎng)液+50μM CdCl2'。結(jié)果表明，50μM Cd處理，顯著降低水稻葉片SPAD值、株高、根長、地上部和根系的干重。3μM Se處理(Cd+Se和pre-Se+Cd)顯著緩解50μM Cd引起的水稻幼苗毒害癥狀，增加水稻地上部生物量，其中，對水稻根伸長和根干重的緩解效果最為

6、明顯。與單一Cd處理相比，Cd+Se和pre-Se+Cd處理顯著提高葉片SPAD值，降低鎘誘導(dǎo)增加的根系K、Mg、 Fe和Zn及葉片和根系的S和Cu含量，pre-Se+Cd處理顯著增加了鎘誘導(dǎo)降低的葉片Mn和Zn含量。
　　 3.研究了外源Se對鎘脅迫下苗期水稻Se和Cd含量、根尖Cd定位和根尖細(xì)胞活性的影響。結(jié)果表明，Cd+Se和pre-Se+Cd處理顯著降低水稻葉片和根系鎘含量。同時，鎘脅迫下，水稻葉片和根系的Se含量也明顯

7、降低。由鎘熒光定位圖像和鎘熒光強(qiáng)度結(jié)果表明，Cd+Se和pre-Se+Cd處理能夠減少根尖細(xì)胞中鎘過量積累。利用FDA-PI雙重?zé)晒馊旧椒ㄑ芯勘砻?0μM Cd處理導(dǎo)致苗期水稻根尖活細(xì)胞數(shù)量明顯下降，根尖細(xì)胞活性明顯受到抑制。而外源Se處理顯著緩解了鎘對水稻根尖細(xì)胞的毒害。
　　 4.研究了外源Se對鎘脅迫下苗期水稻活性氧代謝的影響。結(jié)果表明，50μM Cd脅迫導(dǎo)致水稻葉片中O2(-)、H2O2和MDA過量累積，加劇膜脂過氧化

8、。同時，利用O2(-)組織化學(xué)染色方法直觀地證實(shí)了50μM Cd處理能夠迅速增加水稻根系中O2(-)的含量。Cd+Se和pre-Se+Cd處理能夠減少水稻葉片和根系鎘誘導(dǎo)產(chǎn)生的ROS含量，降低膜脂過氧化產(chǎn)物MDA，緩解鎘脅迫下水稻葉片當(dāng)中產(chǎn)生的氧化脅迫。外源Se顯著恢復(fù)了50μM Cd抑制的地上部CAT和APX（處理15d）活性，但是顯著抑制了鎘脅迫誘導(dǎo)上升的地上部和根系SOD和地上部POD活性。
　　 5.探討了外源Se對鎘脅

9、迫下苗期水稻ATP酶活性的影響。結(jié)果表明，50μM Cd處理誘導(dǎo)葉片H+-ATP和total-ATP酶活性顯著上升，而對Ca2+-ATP酶的作用不明顯。與此相反，鎘脅迫下顯著抑制水稻根系H+-ATP、Ca2+-ATP和total-ATPase活性。外源Se處理（Cd+Se和pre-Se+Cd）10d，根系H+-ATP、Ca2+-ATP和total-ATP酶活性分別比單一Cd處理顯著上升，特別是H+-ATP和total-ATP酶活性上升尤