锌和铜对镉胁迫下水稻幼苗生长及植物螯合肽合成的影响研究

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水稻是我国主要的粮食作物，对镉的吸收能力较强，稻米中的Cd可通过食物链进入人体，危害人体健康，水稻 Cd污染已经对我国的农产品安全生产和人体健康构成了潜在的威胁。目前如何缓解水稻中重金属Cd污染的毒害，减少Cd在水稻中的积累成为亟待解决的问题。植物螯合肽(PCs)的合成是植物对胁迫的一种适应性反应，能够缓解重金属的毒害。利用植物螯合肽缓解重金属污染的植物修复技术成为国际上环境治理的研究热点。锌(Zn)与 Cd位于元素周期表中同一主族，化学性质相似；铜(Cu)是植物生长发育过程中必需的营养元素，在植物的生长发育及抗逆中发挥着重要的作用。Cd与Zn、Cd与Cu元素之间存在着相互作用，相互影响着对方功能发挥，能否利用Cd与二者的交互作用促进植物螯合肽的产生从而缓解Cd对水稻的毒害作用及其作用机制还不清楚。
　　本文以水稻品种9311为试验材料，采用水培试验，探讨Zn/Cd、Cu/Cd比例对水稻幼苗生物量、根长、重金属含量、PCs含量的影响，为水稻 Zn/Cd、Cu/Cd竞争吸收机理以及能否运用锌铜产生植物螯合肽缓解水稻重金属毒害提供科学依据。主要研究结果如下：
　　1、利用液相色谱—串联质谱，通过对质谱条件，色谱条件中色谱柱、流动相的组成以及样品前处理过程中的净化步骤进行探究，建立植物螯合肽的检测方法。最终采用流动相组成为0.1％甲酸水溶液和乙腈溶液；采用聚合物柱克服了传统硅胶柱分析水稻样品基质时柱效下降的难题，采用混合型阴离子交换柱去除了基质干扰，提取试剂为10%的甲酸和10%乙腈溶液。建立了灵敏度高、稳定性好的植物螯合肽检测方法，此方法成功运用到分析三种不同浓度的 Cd处理的水稻样品上，研究为评价水稻中植物螯合肽对重金属 Cd的积累和解毒作用研究提供一种新的方法和依据。
　　2、2015年采用9311水稻品种进行水培试验，对其进行Cd、Zn、Cu单金属以及复合金属处理，研究了Zn、Cu对低浓度Cd和高浓度Cd胁迫处理下的水稻幼苗生长情况的影响。试验表明重金属Cd2+严重影响水稻幼苗的正常生长，降低水稻幼苗干重。Zn处理对Cd降低干重有缓解作用。无论何种浓度的Cd处理，Zn的添加使水稻地上部和根部的干重均表现出逐渐增加的趋势，其中尤其以10μmol/L的Zn添加效果最好，根系干重明显高于单独Cd处理，为单独Cd处理的1.1倍。在根长方面，在Cd胁迫下，随着Zn水平的增加，水稻根长先升高后下降，但比单独Cd胁迫下的水稻根长要长。1μmol/LCu对低浓度的 Cd胁迫有缓解作用，促进了水稻幼苗根部和地上部的生物量，降低了水稻根部和地上部Cd的含量，促进了根的生长；Cu对过高浓度的Cd不起缓解作用，随着浓度的增大对水稻的生长有明显的抑制作用。
　　3、2015年采用9311水稻品种进行水培试验，对其进行Cd、Zn、Cu单金属以及复合金属处理，测定水稻幼苗体内的植物螯合肽的种类及含量。本试验表明，Cd水平的提升能增大水稻根部植物螯合肽的生成量。与单独Cd处理相比，Zn的添加降低了水稻根部PCs含量，并随Zn添加浓度的增加降低作用更显著。低浓度Cd处理下，Zn的添加利于GSH的合成；高浓度Cd处理下，GSH含量随Zn添加浓度的增大呈先上升后下降的趋势，当Zn浓度为10μmol/L时，GSH含量达到最大值。无论哪种浓度的 Cd处理，Cu2+的添加使得水稻根部植物螯合肽的含量呈现先增加后下降的趋势，其中10μmol/L的Cu2+时水稻根部中PCs含量达到最大值。低浓度Cd处理下，水稻地上部和根部中GSH含量随着Cu添加浓度的增大而逐渐降低。在高浓度Cd胁迫下，随着Cu添加浓度的增大，地上部和根部 GSH逐渐增大。数据表明Zn、Cu添加浓度在1—10μmol/L之间时利于水稻幼苗体内植物螯合肽产生并缓解Cd对幼苗的胁迫。

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作者
于莎莎;
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作者单位

中国农业科学院;

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授予单位中国农业科学院;
学科农产品质量与食物安全
授予学位硕士
导师姓名朱智伟;
年度 2016
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 S511.01;
关键词
水稻; 植物螯合肽; 重金属毒害; 液相色谱-质谱联用;

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