水稻对镉累积的遗传生态学特性研究

论文摘要

目前，我国已有大量农田受到有毒重金属的污染，这不仅影响作物生长和发育，降低产量与品质，并经作物吸收由食物链进入人体，对人类健康产生巨大威胁。因此，降低作物食用部分的有毒重金属含量具有重要的现实意义，尤其是水稻，它是我国也是全球最重要的粮食作物。水稻对一些有毒重金属的吸收、积累以及耐性存在显著的基因型差异，因此筛选和培育籽粒有毒重金属积累低且对重金属耐性较强的品种，不仅是可能的，也是在轻、中度重金属污染土壤上持续生产安全稻米的一条经济、有效的途径。同时，水稻对有毒重金属的吸收也受土壤重金属有效性的影响，而土壤重金属有效性与环境因子密切相关。但目前有关水稻有毒重金属积累的基因型与环境效应及其机理尚不清楚，从而限制了相关育种和栽培工作的开展。本研究在前期预备试验和研究工作基础上，以我国稻米重金属污染较为严重的Cd为研究对象，研究了水稻籽粒中Cd积累的基因型与环境互作效应，筛选到若干个籽粒Cd含量低的基因型，并探索了水稻Cd耐性和低积累基因型的筛选方法及其Cd胁迫对水稻生长与营养代谢的影响。主要研究结果如下： 1、水稻抗Cd胁迫的种质资源筛选 采用水培营养液加镉法，对七十二个水稻品种（系）进行不同抗性水稻种质资源的筛选。试验结果表明，供试的七十二个水稻基因型的耐镉胁迫能力存在极显著差异，依据0.2mg／LCd处理下的Cd耐性指数可将72个基因行聚成Cd敏感基因型、较敏感基因型、耐-Cd基因型、较耐基因型。其中以Lement、IR98-22、兰贝利、F6-143-1、F6-138-1、玉米粳5号、R669等耐性最强，Dular等对镉胁迫最敏感。研究结果还表明，水稻各器官Cd含量随Cd处理水平和生育进程而增加，且吸收的Cd主要积累在根系，Cd在水稻各部位中的分布规律为：根＞茎＞鞘＞叶＞稻米。在8mg／Kg Cd处理下，品种Dular稻米中Cd含量超标，而品种Lement稻米中未检出，进一步验证Cd胁迫下Lement的耐性比Dula高，这与前期的筛选结果一致。 2、水稻抗Cd胁迫的生理生化特性研究 以耐性不同的两个水稻品种（Lement，低累积型和Dular，高累积型）为材料，研究了镉胁迫对水稻植株生长和抗氧化酶系统的影响。采用水培试验，Cd处理设0、50

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 文献综述
• 1 我国农田和稻米镉污染现状
• 2 福建省水稻稻米Cd污染状况调查
• 3 稻田土壤镉污染的来源与特点
• 3.1 稻田土壤Cd污染的来源
• 3.1.1 大气沉降
• 3.1.2 污水灌溉
• 3.1.4 施用Cd含量较高的肥料、农药
• 3.1.5 金属矿山废水污染
• 3.2 稻田土壤Cd污染的特点
• 3.2.1 普遍性和潜伏性
• 3.2.2 隐蔽性、持久性和不可逆性
• 3.2.3 间接性
• 3.2.4 表聚性
• 3.2.5 伴生性和综合性
• 4 Cd在水稻体内的行为特征和水稻对Cd累积的特性
• 4.1 Cd在水稻体内的行为特征
• 4.1.1 水稻对镉的吸收和迁移
• 4.1.2 水稻对Cd的富集
• 4.1.3 Cd污染的毒害
• 4.1.4 水稻对Cd的解毒和抗性
• 4.2 水稻Cd累积的特性
• 4.2.1 水稻Cd累积的基因型差异
• 4.2.2 水稻Cd低累积基因的筛选与定位
• 5 研究存在的主要问题与进一步研究的意义
• 5.1 水稻对Cd的耐性机理
• 5.2 植物营养学和遗传学的接口问题
• 5.3 水稻稻米镉污染植物修复研究和技术开发
• 第二章 水稻抗Cd胁迫的种质资源筛选
• 1 材料与方法
• 1.1 供试材料与试验设计
• 1.2 测定方法
• 1.3 资料整理与统计分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 不同抗性水稻品种种质资源的筛选与评价
• 2.2 不同抗性水稻品种的聚类与评价
• 2.3 聚类结果的比较分析
• 2.3.1 Cd胁迫对幼苗生长参数影响的基因型差异
• 2.3.2 Cd胁迫对幼苗生长参数的耐性指数影响的基因型差异
• 2.3.3 水稻幼苗地上部和根Cd含量及其比率的基因型差异
• 3 小结
• 第三章 水稻抗Cd胁迫的生理生化特性研究
• 1 材料与方法
• 1.1 供试材料与试验设计
• 1.1.1 不同时期形态指标变化规律的研究
• 1.1.2 不同抗性水稻品种苗期的生理生化特性的研究
• 1.1.3 Cd在不同器官的运转与分布规律
• 1.2 测定方法
• 1.2.1 取样方法
• 1.2.2 形态指标的测定
• 2.2.3 细胞保护酶活性和MDA含量的测定
• 1.2.4 镉含量的测定
• 1.2.5 资料整理与统计分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 镉对水稻生长的影响
• 2.2 Cd在不同器官的运转与分布规律
• 2.2.1 幼苗期Cd在不同器官的运转与分布规律
• 2.2.2 成熟期Cd在不同器官的运转与分布规律
• 2.3 Cd胁迫对不同抗性水稻苗期细胞保护酶活性的影响
• 2.3.1 膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）含量
• 3.3.2 超氧化物歧化酶（SOD）活性
• 2.3.3 过氧化物酶（POD）活性
• 2.3.4 过氧化氢酶（CAT）活性
• 3 小结
• 第四章 不同季节条件下水稻稻米Cd累积的遗传生态特性研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 1.3 测定方法
• 1.4 统计方法
• 2 结果与分析
• 2.1 亲本和杂交组合稻米重金属元素含量的表型值分析
• 2.2 稻米镉元素含量的遗传方差分析
• 2.3 稻米镉元素含量性状的遗传率和选择响应分析
• 2.4 稻米镉元素含量性状的群体平均优势分析
• 3 小结
• 第五章 不同区域条件下水稻稻米Cd累积的遗传生态特性研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 1.3 测定方法
• 1.4 统计方法
• 2 结果与分析
• 2.1 水稻稻米Cd累积量的表型值分析
• 2.2 水稻稻米Cd累积量的AMMI模型分析
• 2.3 水稻稻米Cd累积量的基因型与环境变异分析
• 2.4 基于稻米Cd累积量的品种聚类分析
• 3 小结
• 第六章 讨论与展望
• 1 结论与讨论
• 1.1 镉胁迫对水稻生长发育的影响及其作用机理
• 1.2 水稻稻米镉累积的遗传特性
• 2 问题与展望
• 参考文献
• 附录A 表目录
• 附录B 图目录
• 附录C 缩略词
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文