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水稻是我国重要的粮食作物,在酸性土壤中,水稻营养器官具有较强的镉(Cd)富集能力,并可将Cd转运到稻米中,因此降低稻米Cd含量、提高稻米品质对保障我国的粮食安全具有重要意义。本试验研究了水稻营养器官的Cd阻控机理以及叶面喷施柠檬酸(CA)的降Cd效应及机理,以期为水稻降Cd叶面肥的研发提供理论依据。主要结果如下:1.水稻营养器官通过改变Cd的化学形态来抑制Cd向籽粒的转运。在Cd污染程度不同的稻田中,水稻根系和穗节中的Cd含量以及难溶态Cd含量远高于其它器官;水稻的营养器官可以将75%以上的Cd转化为不溶态Cd(氯化钠提取态Cd和残余Cd)。穗下节和穗轴中可溶态Cd的积累总伴随着钙(Ca)的减少和锰(Mn)的增加,可溶态Cd从0.05到0.1 mg·kg-1的少量增加即可导致根和穗轴Ca:Mn比值的急剧下降;同时增加Ca:Mn比可能是水稻利用离子平衡机制减轻Cd毒害的一种特殊途径。2.水稻扬花期喷施柠檬酸能显著降低成熟期稻米Cd含量。在高Cd(2.04 mg·kg-1)污染农田中,水稻扬花期叶面喷施1 mM柠檬酸和5 mM柠檬酸均可显著降低稻米Cd含量,后者效果更好,5 mM柠檬酸可以使籽粒和穗轴中Cd含量分别降低52%和37%。营养器官中的Cd含量与柠檬酸含量呈负相关关系。5 mM柠檬酸可显著降低水稻营养器官中可溶态Cd含量,抑制Cd从叶片向节的转运。5 mM柠檬酸显著增加了籽粒、穗节和根系中Mn含量,并显著增加穗轴、穗节、旗叶和根系中Mn:Cd比值。3.水稻扬花期喷施柠檬酸能显著提高NRAMP家族基因的表达水平、促进氨基酸的合成、抑制Cd向籽粒的转运。采用Cd含量为0.1-2.4 mg·kg-1的污染土壤进行盆栽试验,扬花期叶面喷施5 mM柠檬酸可显著增加籽粒和穗节原生质体中的Mn含量,同时,显著降低籽粒、穗轴和穗节中的Cd含量,从而显著增加华占(HZ)和P7籽粒和穗节中的Mn:Cd比值。Cd胁迫显著抑制华占发育籽粒Os Nramp1,2,3,5基因的表达,且OsNramp5显著高于OsNramp1,2,3的表达量。叶面喷施柠檬酸可以有效提高发育籽粒OsNramp2,3,5的表达量。稻米中部分氨基酸含量与Cd含量显著负相关。叶面喷施柠檬酸可以缓解Cd对HZ和P7籽粒合成Glu、Met和Val产生的抑制作用。结果表明,叶面喷施柠檬酸可以通过提高OsNramp2,3,5的表达以及促进籽粒氨基酸的合成对Cd和Mn在水稻中的运输产生反向调节作用。4.在根际环境中提高柠檬酸浓度可显著抑制根系对Cd的吸收及向地上部的转运。水培试验表明,不同Mn条件下,0.65 mM柠檬酸可使水稻幼苗地上部和根系Cd含量显著降低35.7%-50.4%和9%-13.6%;可显著降低水稻幼苗地上部和根系可溶态Cd含量及其分配比例,进而显著抑制Cd的转运;增加水稻幼苗地上部和根系Mn:Cd的比值。柠檬酸可缓解高浓度Mn对水稻根系吸收Zn的抑制作用。当Mn浓度为80μM时,柠檬酸会降低水稻幼苗地上部和根系Mg和Fe的含量。高浓度Mn和Mn+0.65 mM柠檬酸处理均可以增加水稻幼苗地上部和根系谷胱甘肽和半胱氨酸的含量。