锰离子浓度及其转运通道对水稻幼苗镉吸收转运特性的影响

为探明锰(Mn)及其转运通道对水稻镉(Cd)吸收转运特性的影响,以水稻幼苗为材料进行水培试验,对幼苗根系和地上部Cd、Mn的积累特征及其与P-型ATP酶和非选择性阳离子通道(NSCCs)活性的关系进行研究。结果表明,0.8~1.6 mmol·L^(-1)Mn能显著降低水稻根系和地上部的Cd含量,并能提升水稻细胞壁中Cd的分配比率和降低胞液中Cd的分配比率。在含4.5μmol·L^(-1)Cd和1.6 mmol·L^(-1)Mn的营养液中,NSCCs对水稻根系和地上部Cd含量的贡献率分别为34.9%和17.0%,P-型ATP酶的贡献率分别为24.7%和7.6%;NSCCs对水稻根系和地上部Mn的贡献率分别为24.0%和10.3%,明显低于其对Cd的贡献率,而P-型ATP酶对根系和地上部Mn的贡献率分别为69.5%和20.3%,显著高于其对Cd的贡献率。综上认为,Cd主要通过离子通道进入水稻根系细胞,Mn主要通过载体蛋白进入水稻根系细胞。Mn可能通过竞争离子通道和载体蛋白来抑制水稻幼苗对Cd的吸收和转运。

锌对粳稻幼苗镉吸收转运特性的影响

采用水培实验,研究了镉胁迫下粳稻幼苗的生长发育特征及镉和锌的吸收转运特性。结果表明,施加1.2 mmol·L^(-1)及1.4mmol·L^(-1)锌能显著增加根尖数目和根系及地上部的生物量,并使根系中的镉积累量分别下降86.4%和97.5%,地上部镉积累量分别下降62.6%和73.3%。根系和地上部的镉主要分布在细胞壁(F1)和胞液(F3)中,细胞器(F2)中的镉含量很少,只占根系镉总量的5.4%和地上部镉总量的9.4%。锌降低了各亚细胞组分中镉的含量,提高了镉在F3中的分配比例。当锌使根系F3中的镉浓度降低到12.8 mg·kg^(-1)FW以下时,镉从根系F3中向地上部转运的比率显著增加,但转运量只有2.7μmol·L^(-1)Cd^(2+)(无锌添加)处理组的26.9%~46.1%。

水稻幼苗镉吸收动力学特性的遗传多样性分析

在人工气候室水培条件下,对19份水稻核心种质和5份水稻品种的幼苗耐镉特性和镉离子(Cd^(2+))吸收动力学特性进行了研究,试验结果表明,水稻幼苗的根系生物量和镉含量都存在广泛的遗传差异。在0~4.45μmol·L^(-1)的外界环境中,不同基因型水稻幼苗根系的Cd^(2+)吸收动力学特征都符合米氏方程,但特征值F_(max)和K_m在基因型间有明显差异。F_(max)最小为37.8nmol·g^(-1)(DW)·h^(-1),最大为87.5 nmol·g^(-1)(DW)·h^(-1)。当根系F_(max)值高于55.5 nmol·g^(-1)(DW)·h^(-1)时,地上部的Cd^(2+)积累动力学特征也符合米氏方程;但当根系F_(max)值小于50.8 nmol·g^(-1)(DW)·h^(-1)时,地上部的Cd^(2+)积累动力学特征却符合线性方程,此时截距a与K_m值有密切关系,K_m值为0.5~1.3μmol·L^(-1)时a为正,K_m值为2.9~3.9μmol·L^(-1)时a为负。在4.45μmol·L^(-1)的Cd胁迫环境下,根系和地上部的Cd积累量与米氏方程的F_(max)和线性方程的斜率b表现出显著的线性相关。Cd转运效率既与环境中的Cd^(2+)浓度有关,也与地上部的Cd积累特性有关。地上部Cd积累特性符合线性方程的水稻品种,其转运效率随着环境中Cd^(2+)浓度的增加而持续升高,而地上部Cd积累特性符合米氏方程的水稻品种,其转运效率往往随着环境中Cd^(2+)浓度的升高而降低。这些结果说明水稻根系和地上部对Cd^(2+)的吸收存在不同的阻控机制,Cd^(2+)吸收特性和转运效率在基因型间有丰富的遗传多样性。根系F_(max)小且地上部线性方程斜率b也小的基因型多为根系Cd积累量低和Cd转运率低的低积累种质资源。