随着人口增加和现代工业的发展,农田土壤中的镉污染越来越严重,对人体健康和农业生产都造成了不利影响。根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》,对于安全利用类土壤,采取筛选出重金属低积累类型的食用作物等措施,不仅对提高食品安全具有重要意义,并且对合理利用紧张的土壤资源具有实质性意义;而对于严格管控类土壤类型中推广种植对重金属耐性及富集能力强的经济作物,不仅能带来巨大的经济效益,还能对重金属污染的土壤起到修复的作用。研究水稻不同品种对土壤中重金属镉(Cd)的吸收、运输和积累的差异及其机理,选取低镉积累的水稻品种培育为食品安全提供源头保障。蓖麻是一种能源作物,有着较高的耐镉性和吸收富集能力,研究蓖麻不同品种对镉的吸收与分配,对于筛选出镉的高积累型蓖麻品种,对严格管控的农田的修复及利用具有重要意义。本论文研究内容如下:1.本试验在同一土壤类型条件下,利用土培盆栽试验对12个品种水稻分别在土壤高Cd和低Cd的实验条件下记录糙米的干重,测定其糙米和稻壳中的Cd含量,观察它们在不同浓度镉污染土壤条件下的富集能力差异,以筛选出对镉耐性强且富集量低的品种。试验得出高镉(5mg/kg)处理下的糙米干重要低于低镉(2mg/kg)处理下的糙米干重,在土壤高低镉条件下不同品种水稻糙米干重有很大的差异,尤其是徐稻5号,差异最显著(p<0.01);在镉含量相同的土壤中,不同品种水稻糙米对镉的富集能力有着很大的差异(p<0.05),在土壤低镉水平下,IR72富集系数最大为0.215,而珍珠矮最小为0.058,在土壤高镉水平下,IR64富集系数最大为0.407,而两优6326最小为0.081,土壤镉含量越高,富集系数一般较高。糙米和稻壳对镉的积累量与土壤中的镉浓度具有正相关关系。随着土壤中镉浓度的增加,不同水稻糙米中的镉浓度也随之升高。在土壤低镉条件下低积累镉水稻品种为Y两优2号;土壤高镉下的低积累镉水稻品种为两优6326。2.通过室内营养液盆栽实验选取3个水稻品种分别在0μM和10μM镉处理的实验条件下,测试其叶片与根部、木质部液中的镉含量以及木质部液中非蛋白巯基(NPT)、谷胱甘肽(GSH)、植物螯合肽(PCs)的含量,探索不同品种水稻体内的分配运输机制和耐性机理。结果表明,加镉过后水稻叶片与根部的辐含量有着很大差异(p<0.01),3个水稻品种叶片部分的镉含量要远远低于其根部的镉含量,这表明在Cd胁迫下,水稻根部的富集能力明显要高于水稻叶片的富集能力;Cd在丰华占和徐稻5号两种水稻品种木质部中的浓度相对较高运输能力相对其他品种较强,而在Y两优2号木质部中的浓度较低,其运输能力也相对较弱;在10μM的Cd胁迫浓度下,水稻木质部液中非蛋白巯基、植物螯合肽的含量都有所增加,其中Y两优2号增加的最明显,丰华占次之,增加的最少的为徐稻5号,说明水稻在Cd诱导下生成更多的NPT与GSH以抵御镉对自身的伤害。3.挑选8个不同蓖麻品种在室内水培条件下进行施镉(5mg/L),收集叶片和根部,分析其镉含量,筛选出镉的高富集型蓖麻品种。结果表明,蓖麻根部的镉浓度明显高于叶片的镉浓度,根部镉的平均浓度约为叶部的310倍。稼祥22号(JX-22)为高富集型品种,淄博9号(ZB-9)为低富集型品种。4.选用2个常见不同蓖麻品种,通过水培实验研究重金属Cd在这两个蓖麻品种(JX-22和ZB-9)中的运输机制以及螯合作用和亚细胞分布情况。研究结果表明,这两个蓖麻品种对Cd的耐受指数都很高,这表明两个品种对Cd都有很高的耐受性。Cd在蓖麻木质部和韧皮部的运输分配过程中,JX-22的转运能力更强,ZB-9次之。JX-22地上部的Cd含量是ZB-9的7.67倍。镉的亚细胞区隔化表明,相对于热敏感蛋白来说,JX-22叶片中镉更多是聚集在生物解毒部分。JX-22叶片中非蛋白巯基和谷胱甘肽的含量明显高于ZB-9。这些结果表明,JX-22镉富集能力明显高于ZB-9,并且内部良好的生理机制为其耐镉性提供更大的支撑,因此,JX-22更适用于修复镉污染农田。