水稻积累及耐受镉和砷的分子机制与育种实践

近些年来,我国农田镉、砷污染日益严重,导致稻米镉、砷超标事件时有发生。稻米是全球约一半人口的主粮,也是人体从食物中摄入镉和砷的主要来源,土壤中的镉和砷被水稻吸收后,通过食物链的富集作用在人体内积累,进而危害人体健康。因此,减少镉、砷在稻米中的积累成为保障我国粮食质量安全和促进水稻产业发展亟待解决的重要问题。研究水稻对镉和砷的累积机制,在此基础上培育镉、砷低积累水稻品种,是解决稻米镉和砷超标最经济的方法,对实现污染农田的稻米安全生产具有重要意义。本研究主要综述了农田镉和砷的存在形态及生物有效性,阐述了水稻吸收、转运镉和砷的分子机制,以及镉、砷耐受机制,概述了镉、砷低积累水稻育种进展,并对未来的发展方向进行了展望,旨在为减少水稻籽粒镉、砷含量的研究提供一些参考。

铜胁迫对粉葛幼苗生长及生理指标的影响

近年来,由铜导致的土壤污染逐渐加重,严重影响了药用植物的品质。本实验通过水培法,研究施用不同浓度的铜离子对粉葛幼苗生长及生理指标的影响,旨在为粉葛的安全种植提供一定科学依据。研究结果表明铜胁迫处理对粉葛幼苗的生长具有低促高抑的作用,在铜离子浓度为0 mg·L^(-1)、0.01 mg·L^(-1)、0.03 mg·L^(-1)时,叶片舒展,叶色发绿,生长良好,但当浓度为0.06 mg·L^(-1)和0.1 mg·L^(-1)时出现叶缘发黄、甚至凋落死亡。随着铜离子浓度增大,叶片的叶长增长率和叶宽增长率均呈先增后降趋势,在0.03 mg·L^(-1)时达到最大。在生理指标方面,低浓度铜离子(0.01 mg·L^(-1)、0.03 mg·L^(-1))处理时,SPAD值和可溶性蛋白含量均呈现升高趋势,高浓度铜离子(0.06 mg·L^(-1)、0.1 mg·L^(-1))处理时,两者均呈现降低趋势,且在高浓度下随着铜胁迫处理的时间延长,SPAD值持续下降。粉葛幼苗中丙二醛含量、相对电导率和可溶性糖的含量均随着铜离子浓度的升高而逐渐增大。

高温对OsNRAMP5基因突变杂交稻及其父本结实率的影响

在前期已获得华占背景的OsNRAMP5基因突变材料P7及其与隆科638S背景的OsNRAMP5基因突变材料低镉1S配制的镉低积累杂交稻组合DG801的基础上,通过在衡阳和株洲两地进行分期播种试验,研究了高温对OsNRAMP5基因突变杂交稻及其父本结实率的影响。结果表明,孕穗期和开花期同时遇高温(日最高温度≥35℃),父本P7的结实率显著低于对照,而组合DG801与对照无显著性差异,说明OsNRAMP5基因突变材料对高温的耐受性可能与遗传背景相关,杂种优势的利用可能是提高OsNRAMP5基因突变材料对高温耐受性的有效途径。研究结果对通过突变OsNRAMP5基因培育镉低积累水稻及其生产应用提供了参考。

不同锰浓度环境下OsNRAMP5突变对水稻耐热性和主要经济性状的影响

OsNRAMP5是水稻吸收镉、锰的主效转运蛋白。OsNRAMP5突变造成水稻镉含量大幅度降低,使其成为镉低积累水稻分子育种中最重要的靶标基因,而其突变造成的锰含量大幅度降低是否会影响水稻农艺性状和环境适应性一直备受关注且存在争议。以籼稻华占、粳稻中花11这2种不同遗传背景下同一突变位点的osnramp5突变株系为材料,采用不同锰浓度水培和大田试验比较分析了它们的耐热性和主要经济性状。结果表明,苗期在正常浓度锰供应条件下,2种遗传背景的osnramp5突变株系耐热性并未明显下降,但在环境锰不足的条件下,2种遗传背景osnramp5突变株系的耐热性均大幅度下降。在土壤锰含量为312 mg/kg的正常锰浓度大田条件下,籼稻华占的osnramp5突变株系产量和稻米品质较野生型均无显著差异,但粳稻中花11的osnramp5突变株系的千粒重和胶稠度降低;开花期高温使2种遗传背景的osnramp5突变株系的每穗总粒数、结实率和千粒重均显著下降,且造成粳稻中花11的osnramp5突变株系的垩白粒率和垩白度上升。在土壤锰含量为102mg/kg的低锰浓度大田条件下,2种遗传背景的osnramp5突变株系的有效穗、每穗总粒数、结实率和千粒重均显著下降,垩白粒率和垩白度上升。说明籼稻的osnramp5突变株系在富含锰的镉污染地区有很大的应用潜力,但在种植时应避开抽穗期高温和低锰田块,而粳稻的osnramp5突变株系在南方稻区的环境适应性较差。