不同pH對水稻幼苗鎘積累的影響

1、不同pH對水稻幼苗鎘積累的影響鎘元素已成為人類食物的潛在威脅,在水稻中極易被吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。鎘的吸收和運(yùn)輸高度依賴于植物生長環(huán)境中的pH值。pH值是影響Cd植物生物利用度的關(guān)鍵變量。該水培實(shí)驗設(shè)置了5個pH值(3.5、5.0、6.0、7.0和8.0)和三個Cd濃度(0、0.5和2.0MCdCl₂)來調(diào)查其對兩個品種(YK17和XZY幼苗Cd積累的影響。采用qRT-PCRK術(shù)對水稻植株的莖和根進(jìn)行檢測，了解不同金屬轉(zhuǎn)運(yùn)體在不同pH水平下對Cd吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響。本研究的主要結(jié)果如下：1.隨著PH值從0.0到2.0仙M的增加，鎘元素在水稻幼苗的根和地上部分的

2、積累速率也相應(yīng)的增加。兩個品種的耐受性指數(shù)(Ti)也表明，與低(0.5nM)Cd濃度相比，兩種栽培品種在高Cd(2.0nM)中的能力顯著降低。隨著培養(yǎng)基pH從3.5增加到6.0,根和莖中的Cd含量增加，但當(dāng)pH達(dá)至IJ7.0和8.0時,植物的Cd含量降低。除了在2.0仙MCd的XZY幼苗的卞g之外，其在pH7.0處發(fā)生最高的Cd積累，其余兩個品種的每個Cd水平下,pH6.0時Cd積累達(dá)到最高水平。在給定的Cd脅迫水平下，ZJZ17幼苗的積累傾向于比XZY*苗積累更少的Cd,包括根和地上部分，且兩種品種根系Cd含量和生物富集因子(BCF均高于地上部位的。2.當(dāng)營養(yǎng)液的pH值從3.5升高到6.0時

3、,Cd誘導(dǎo)兩個品種在根和地上部位的OsNRAMP1因的表達(dá)，當(dāng)pH進(jìn)一步上升到7.0和8.0時,Cd抑制兩個品種在根和地上部位的OsNRAMFa因的表達(dá)。但XZY幼苗的卞g中的OsNRAMP1因在2.0仙MCd下的相對表達(dá)量在pH7.0時的達(dá)到峰值。盡管XZY幼苗根部的OsHMA基因無論在0.5或2.0MCd脅迫下的相對表達(dá)量均隨pH值從3.5升高到7.0時逐漸增加。OsHMA2因在Cd脅迫下的相對表達(dá)模式與OsNRAMPl因相似。一般來說,在給定的pH/Cd環(huán)境下,水稻品種XZY中OsNRAMPlOsHMA2相對表達(dá)量都高于ZJZ17。3.鋅的含量在很大程度上不受培養(yǎng)基中鎘濃度的影響。在不同

4、鎘濃度下,地上部和根的鋅含量分別在pH6.0和7.0最高。然而,結(jié)果表明，外部Cd濃度特別是在2.0叱MCd的濃度中，F(xiàn)e的轉(zhuǎn)運(yùn)受到抑制。在0.5和2.0仙MCd脅迫下，兩品種地上部位鐵元素的積累呈V型趨勢，并且在pH值6.0時鐵含量最低。ZJZ17根部鐵含量在0.0或0.5仙MCdCl₂脅迫下的最高量在pH值7.0,而在2.0叱MCd脅迫下的峰值在pH值8.0;但XZY根部鐵含量在0.0或0.5MCdCl₂脅迫下的最高量在pH值6.0。4.水稻幼苗中這兩種元素積累和轉(zhuǎn)移的主要基因是OsZIP5和OsY

5、SL15OsZIP5在不同Cd的濃度脅迫下的相對表達(dá)量均在pH6.0時達(dá)到峰值。然而,OsYSL15S因0.5或2.0MCd脅迫下的轉(zhuǎn)錄水平在pH值6.0時最低。在根中,OsYSL15的轉(zhuǎn)錄模式與兩個品種根中鐵的攝取一致。5.培養(yǎng)基中Cd濃度及其pH值對兩個品種幼苗生長均有顯著影響。株高、根長度以及地上部分和根的干重與鮮重在不同pH水平下隨Cd濃度（0-2.011MCd）的增加而減少。與Cd不同，當(dāng)培養(yǎng)基pH值由3.5提高到6.0時，幼苗生長受到抑制，相反，當(dāng)pH值由7.0提高到8.0時，幼苗生長速度反而加快。各性X犬在pH6.0時表現(xiàn)最差。6不同濃度（0.5nM和2.0仙M）的Cd脅迫均能顯

6、著影響這兩個品種的葉綠素含量（SPAD）。當(dāng)pH值在不同濃度Cd脅迫下呈v型變化時，兩種水稻品種的葉綠素含量SPADSpH6.0時最低。7綜上所述，了解水稻對Cd的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制是培育低鎘水稻品種的關(guān)鍵，而揭示鎘對pH的響應(yīng)機(jī)制也是了解水稻Cd吸收轉(zhuǎn)和運(yùn)行機(jī)制的關(guān)鍵組成部分。通過鑒定三種Cd濃度和五種pH值處理對水稻幼苗的影響,證實(shí)了這兩種因素對兩個水稻品種的生長均有影響。隨著外源鎘濃度的增加,植物體內(nèi)鎘的積累量也隨之增加。OsNRAMPIOsHMA2因的上調(diào)導(dǎo)致水稻對Cd的積累在培養(yǎng)基時接近中性(pH6.0)至中性(pH7.0)時最高。結(jié)果表明，在Cd脅迫下,ZJZ17品種無論在低或高pH條件下均比品種XZY的生長效果最好。如果植物在營養(yǎng)部位積累的鎘量較低,那么轉(zhuǎn)移到水稻籽粒中的鎘也會比較少。由于其他因素對pH條件的影響，在不同pH水平的水培條件下栽培水稻直至成熟是相當(dāng)困難的。因此，石灰或硫磺施用技術(shù)可以更好地管理鎘污染土壤的pH值，從而在低或高