水稻砷、镉、铅低含量基因型筛选及体内转运特征

摘要

筛选低重金属含量水稻(Oryza sativa L.)品种或减少水稻对种植土壤中重金属的吸收是控制稻米重金属含量最直接有效的办法。而水稻籽粒中重金属的含量与植株对重金属元素的吸收、运输和积累有关,因此研究重金属在水稻体内的吸收与转运特征,尤其是向经济器官的迁移规律具有重要科学意义。本论文采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法,测定了78份水稻品种的糙米及粳稻品种浙优12号不同生长期地上部不同器官的重金属元素砷(As)、镉(Cd)、铅(Pb)含量。筛选水稻As、Cd、Pb低含量基因型,探索As、Cd、Pb在水稻体内的转运特征。结果摘要如下:
　　 1.本研究测定了78份水稻品种的糙米中As、Cd、Pb的含量。同时比较其中的20份品种在3个试验点的糙米As、Cd、Pb含量。结果表明:水稻籽粒对As、Cd、Pb的积累存在着明显的品种差异,其中Cd和Pb积累的基因型明显较As积累的基因型丰富；相关性分析表明,糙米中Cd和Pb含量存在极显著相关性(P<0.01)；筛选得到Cd、Pb含量低的基因型5个,Cd、As含量低的基因型1个,As、Pb含量低的基因型2个,Cd、Pb、As含量均低的基因型1个；土壤As、Cd、Pb含量对糙米As、Cd、Pb含量有较明显的影响,且三者对土壤环境的反应也各不相同。
　　 2.以粳稻品种浙优12号为研究材料,通过水培与大田种植,分析水稻主要生长期(苗期、分蘖期、抽穗期、乳熟期、蜡熟期、完熟期)植株地上部不同器官中As、Cd、Pb含量变化。结果表明:水稻植株叶片和叶鞘中As、Cd、Pb含量大致呈现“U”字型变化过程,苗期最高、抽穗期最低；进入生殖生长期,三个元素在水稻的生长后期表现出不同的转运特点,但在最终的贮藏器官(籽实)中又表现相同的趋势；完熟期,水稻植株地上部As含量由高到低的顺序为:茎秆>叶片>叶鞘>穗轴>颖壳>糙米,Cd含量顺序为茎秆>叶片>叶鞘>糙米>穗轴>颖壳,Pb含量顺序为叶片>叶鞘>茎秆>穗轴>颖壳>糙米,显示出水稻重金属含量自下而上递减的趋势；在大田栽培和水培条件下,Pb含量规律为叶片>叶鞘>茎秆>穗轴>颖壳>糙米,地上部分叶片是Pb的主要集中器官,叶中含量最高,而糙米中富集最低,说明水稻吸收Pb后地上部分主要富集在茎叶中,向籽粒转移较少；As、Cd、Pb三种元素间的含量在水稻植株地上部各器官的关系较一致表现为AS>Pb>Cd。
　　 3.对21份水稻品种在3个试验点的糙米As含量进行分析,结果表明:在3个土壤As含量由低至高的试验点中,21份水稻品种糙米As含量平均值也呈现出由低到高的趋势；分析水稻As含量对不同种植环境的反应,多数品种对不同试验点环境表现的敏感性不一致,但有4个品种表现稳定,如明恢70都表现为迟钝型,明恢86表现为敏感型,明恢72和明恢81表现为中间型。分析粳稻品种浙优12号在15个栽培点中土壤As含量、穗茎节As含量、糙米As含量的相关性,结果表明:As含量高低顺序依次为土壤>糙米>穗茎节;土壤As含量与糙米As含量的相关性不显著,土壤As含量与穗茎节As含量存在不显著负相关,穗茎节As含量与糙米As含量之间呈极显著正相关。

目录

文摘

英文文摘

第一章 综述

1 农田重金属污染现状及来源

1.1 农田重金属污染现状

1.2 农田重金属的来源

2 重金属As、Cd、Pb对水稻生长的影响

2.1 As对水稻生长的影响

2.2 Cd对水稻生长的影响

2.3 Pb对水稻生长的影响

3 稻米重金属污染现状与潜在的危害

3.1 稻米重金属污染现状

3.2 重金属对人体的毒性

4 降低稻米重金属含量的迫切性

5 稻米重金属污染的防治方法及研究进展

5.1 不同品种水稻重金属含量差异

5.2 筛选和培育籽粒低重金属积累水稻品种

6 水稻体内重金属的分布特征

6.1 水稻不同器官重金属含量的差异

6.2 籽实不同结构中重金属含量的差异

6.3 水稻不同生长期重金属分布的变化

第二章 水稻镉、铅、砷低含量基因型的筛选研究

1 材料与方法

1.1 供试水稻材料与试验设计

1.2 样品采集与处理

1.3 测定方法

1.4 数据统计与分析

2 结果分析

2.1 供试水稻糙米中Cd、Pb和As含量的分布特征

2.2 供试水稻中Cd、Pb、As低含量基因型品种筛选

2.3 土壤环境对糙米中Cd、Pb、As含量的影响

3 讨论

3.1 样品Cd、Pb、As含量超标的分析

3.2 Cd、Pb、As低含量品种资源的筛选

第三章 重金属As、Cd、Pb在水稻地上部的吸收与转运特征

1 材料与方法

1.1 材料与试验设计

1.2 样品采集与处理

1.3 样品测定

1.4 数据统计与分析

2 结果与分析

2.1 水稻植株地上部重金属As含量的比较

2.2 水稻植株地上部重金属Pb含量的比较

2.3 水稻植株地上部重金属Cd含量的比较

2.4 不同处理对水稻地上部As、Cd、Pb含量的影响

3 讨论

3.1 水稻不同生长时期地上部各器官重金属含量的变化

3.2 水稻完熟期地上部各器官中As、Cd、Pb的含量

第四章 水稻糙米砷含量及其与土壤砷含量的关系

1 材料与方法

1.1 材料与试验设计

1.2 样品采集与处理

1.3 测定

1.4 数据统计与分析

2 结果与分析

2.1 21个水稻品种在3个试验点糙米砷含量的比较

2.2 不同水稻品种间糙米砷含量的比较

2.3 糙米砷含量对环境因子的反应

2.4 同一品种中糙米、穗茎节、土壤砷含量的关系

3 讨论

3.1 土壤砷含量与稻米砷含量及其影响因子的关系

3.2 不同品种水稻籽粒对砷的吸收和积累

3.3 水稻不同器官砷含量的差异

4 展望

参考文献

附录 A 论文使用的缩写说明

已发表的学术论文

致谢