食用稻米主要重金属元素含量的遗传及其与环境互作效应

摘要

选用6个不同类型的水稻品种(系),按不完全双列杂交设计(6×5)配制成一套包括亲本和F<,1>2个世代的遗传材料.采用包括种子、细胞质、母体植株三套遗传体系的种子遗传模型和统计分析方法,系统分析了不同环境条件下水稻稻米汞、砷、铬、镉和铅等5个重金属元素含量的遗传特性.主要结果如下:遗传方差分析结果表明,5个重金属元素含量除了受制于种子基因效应、细胞质基因效应和母体植株基因效应等遗传主效应外,还会明显受到各遗传效应与环境互作效应的影响.其中,汞元素含量主要以遗传主效应为主,砷和铬元素含量则以基因型与环境互作效应为主,镉和铅元素含量的遗传主效应和环境互作效应基本相近.在各遗传体系中,汞元素含量以显性效应及其与环境互作效应为主,种子基因效应也有一定作用.砷、铬和镉元素含量则以种子加性与环境互作效应和母体显性与环境互作效应为主,细胞质基因效应及其与环境互作效应对这3个元素含量的影响也较为重要.遗传率和选择响应分析结果表明,汞、砷、铬和镉元素含量的总狭义遗传率较高,世代的遗传传递力较强,在鉴定筛选淘汰时,需要加大群体才能达到降低这4种元素含量的育种目标.铅元素含量总狭义遗传率最低.5个重金属元素含量的总选择响应可达42.08％~131.5％,通过选择要降低稻米重金属元素含量,需要加大群体,采用适宜的育种方法.汞利铅元素含量宜采用单粒选择法、铬和镉元素含量宜采用单株选择法、砷元素含量宜采用单株和单粒选择法相结合的方法进行筛选鉴定效果较好.杂种优势分析结果表明,汞、砷、铬元素含量均表现正向的群体平均优势,以铬元素含量的正向群体平均优势最大,达25.3％.镉、铅元素含量则表现负向的群体平均优势,以镉元素含量的负向群体平均优势最大,达15.2％.环境互作群体平均优势在早季表现为负向,在晚季除了镉元素含量为负向外,其余4个元素含量均表现正向,说明在早季利用杂种优势有利于降低重金属元素含量,尤其是降低镉元素含量更能奏效.遗传协方差分析结果表明,5个重金属元素含量间的基因型协方差均为正向.在各遗传体系中,成对元素含量间均呈现不同程度的正向或负向的遗传协方差和环境互作协方差.在育种利用上,需要针对不同遗传体系控制的遗传相关性,采用不同的筛选鉴定方法,才能达到降低稻米重金属元素含量的育种目标.

目录

1文献综述

1.1食用稻米重金属污染现状与潜在危害

1.2重金属对作物的伤害表现与作用机制

1.2.1重金属对作物的过氧化胁迫

1.2.2重金属对作物关键酶的影响

1.2.3重金属对作物DNA的损伤

1.3作物富集重金属主要特性与耐性机理

1.3.1水稻富集重金属元素的主要特性

1.3.2作物富集重金属的耐性机理

1.4影响水稻重金属污染因素与控制技术

1.4.1污染源

1.4.2影响因素

1.4.3控制技术

1.5消除水稻重金属污染的前沿研究展望

1.5.1植物修复技术

1.5.2植物螯合技术

1.5.3分子生物学技术

1.6本研究目的意义与主要内容

2材料与方法

2.1试验材料

2.2试验方法

2.3测定方法

2.3.1镉的测定方法

2.3.2铬的测定方法

2.3.3砷的测定方法

2.3.4铅的测定方法

2.3.5汞的测定方法

2.4统计方法

3结果与分析

3.1亲本和杂交组合稻米重金属元素含量的表型值分析

3.2稻米重金属元素含量的遗传方差分析

3.2.1汞元素含量

3.2.2砷元素含量

3.2.3铬元素含量

3.2.4镉元素含量

3.2.5铅元素含量

3.2.6小结

3.3稻米主要重金属元素含量的遗传率和选择响应分析

3.3.1稻米主要重金属元素含量的遗传率分析

3.3.2稻米主要重金属元素含量的选择响应分析

3.4稻米主要重金属元素含量的群体平均优势分析

3.4.1汞元素含量

3.4.2砷元素含量

3.4.3铬元素含量

3.4.4镉元素含量

3.4.5铅元素含量

3.4.6小结

3.5稻米主要重金属元素含量间遗传效应和环境互作效应的协方差分析

3.5.1汞元素含量与砷元素含量

3.5.2汞元素含量与铬元素含量

3.5.3汞元素含量与镉元素含量

3.5.4汞元素含量与铅元素含量

3.5.5砷元素含量与铬元素含量

3.5.6砷元素含量与镉元素含量

3.5.7砷元素含量与铅元素含量

3.5.8铬元素含量与镉元素含量

3.5.9铬元素含量与铅元素含量

3.5.10镉元素含量与铅元素含量

3.5.11小结

4结论与讨论

4.1稻米重金属元素积累与人类食物摄取风险评价

4.2不同遗传体系基因效应对稻米重金属元素含量直接选择的影响

4.3不同遗传体系基因效应对稻米重金属元素含量间接选择的影响

4.4不同遗传体系基因效应对稻米重金属元素含量杂种优势的影响

4.5环境互作对稻米重金属元素含量的影响

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文