【摘 要】
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Cd是生物体非必需元素,通过抑制光合作用、破坏细胞叶绿体、线粒体、内质网等结构来影响植物的正常生长发育,也直接或间接进入人体,危害人体健康。施加铁肥、氮肥、磷肥、锌肥或者钾钙肥可有效降低植物对Cd的吸收和积累。Fe是生物体的必需微量元素,参与植物的光合作用、呼吸作用和叶绿素生物合成等过程。不同阴离子铁肥能不同效应地降低水稻、拟南芥的Cd含量,但在小麦中研究较少。本研究以Cd高耐受材料矮秆波兰小麦(
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Cd是生物体非必需元素,通过抑制光合作用、破坏细胞叶绿体、线粒体、内质网等结构来影响植物的正常生长发育,也直接或间接进入人体,危害人体健康。施加铁肥、氮肥、磷肥、锌肥或者钾钙肥可有效降低植物对Cd的吸收和积累。Fe是生物体的必需微量元素,参与植物的光合作用、呼吸作用和叶绿素生物合成等过程。不同阴离子铁肥能不同效应地降低水稻、拟南芥的Cd含量,但在小麦中研究较少。本研究以Cd高耐受材料矮秆波兰小麦(Triticum polonicum L.,AABB,2n=4x=28)为材料,揭示不同阴离子铁肥FeCl3和Fe2(SO4)3对Cd吸收和积累的影响。通过分析矮秆波兰小麦形态、生理指标、组织重金属元素含量、亚细胞金属元素分布、组织Cd化学形态、根糖分含量和根部金属转运体基因的差异表达,从生理和分子响应共同揭示FeCl3和Fe2(SO4)3对调节矮秆波兰小麦苗期Cd吸收和积累的影响,主要结果如下:(1)与缺Fe相比,添加铁肥显著降低了根和叶中Cd的吸收和积累,促进Cd的转运;显著提高了根和叶中Fe的吸收、积累,抑制Fe的转运。Cl-和SO42-对植株降低Cd含量的效应不同。添加相同浓度Fe3+的铁肥时,50μM FeCl3比25μM Fe2(SO4)3更显著降低了根和叶中的Cd含量,同时促进了Cd的转运;100μM Fe2(SO4)3比200μM FeCl3更显著降低了根和叶中的Cd含量。与Fe2(SO4)3相比,添加FeCl3显著促进Cd从根到叶的转运。(2)根和叶中的Cd和Fe含量与根形态指标、植株生物量无显著性相关。(3)与缺Fe相比,添加铁肥显著降低了根和叶FS和FCW中的Cd含量以及提高了根和叶FCW中的Fe含量。根中Cd和Fe含量呈显著负相关,Cd从根到叶的转运能力与根FS和FCW中的Cd浓度显著负相关,与根FS和FCW中的Fe浓度显著正相关。根和根细胞三个组分中的Cd浓度与根细胞中的海藻糖和蔗糖浓度显著负相关,而根和根细胞三个组分中的Fe浓度与根细胞中果糖浓度显著正相关。这些结果表明根中Cd浓度的降低可能是由于Cd和Fe对根细胞壁上与糖分的金属绑定位点竞争所致。添加50μM Fe3+的铁肥时,与Fe2(SO4)3相比,FeCl3降低了根FE、FW、FNaCl和叶FE、FW、FNaCl和FHAC的Cd含量。当添加200μM Fe3+的铁肥时,与Fe2(SO4)3相比,FeCl3降低了根FE和FW中的Cd含量,但提高根FNaCl和叶FE、FNaCl、FHAC、FHCl的Cd含量;降低了叶FW中的Cd含量。Cl-和SO42-改变了Cd在植株体内的迁移方式从而调节其转运和积累。(4)在Cd胁迫下,添加Fe2(SO4)3和FeCl3不同程度地改变了一些编码金属转运蛋白的基因表达,从而影响Cd的吸收和积累。Fe调节的编码金属转运蛋白基因家族包括ABC家族、ZIP家族、HMA家族、YSL家族和MATE重金属排出蛋白家族等。
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