镉毒害对水稻生理生态效应的研究进展
水稻对重金属镉和铅的吸收和运转及栽培环境的影响研究
水稻对重金属镉和铅的吸收和运转及栽培环境的影响研究一、本文概述本文旨在深入研究水稻对重金属镉（Cd）和铅（Pb）的吸收和运转机制，以及栽培环境对这些过程的影响。
水稻作为全球最重要的粮食作物之一，其生长环境中的重金属污染问题日益引起人们的关注。
镉和铅是两种常见的重金属污染物，它们在水稻田中的积累和转运对水稻的生长、产量和品质产生显著影响，同时也对人类健康构成潜在威胁。
因此，探究水稻对这两种重金属的吸收、转运机制以及环境因子对这些过程的影响，对于保障水稻安全生产、降低重金属污染风险具有重要的理论和实践意义。
本文将从水稻对重金属镉和铅的吸收和转运机制入手，分析水稻根部对重金属的吸收、茎部对重金属的转运以及籽粒对重金属的积累等过程。
本文还将探讨土壤pH、土壤有机质、灌溉水质等栽培环境因素对水稻重金属吸收和转运的影响。
通过综合分析这些因素，本文旨在为减少水稻对重金属的吸收和积累提供理论依据，为水稻安全生产和重金属污染防治提供科学指导。
二、水稻对重金属镉和铅的吸收机制水稻作为一种重要的粮食作物，其对环境中重金属的吸收和转运机制一直是环境科学和农业科学研究的重要课题。
特别是镉（Cd）和铅（Pb）这两种常见的重金属，由于其在环境中的广泛存在和潜在的生态风险，对水稻生长和产量构成严重威胁。
因此，研究水稻对重金属镉和铅的吸收机制，对于理解重金属在水稻体内的分布、积累和转运规律，以及优化水稻种植技术和降低重金属污染风险具有重要的理论和实践意义。
重金属镉和铅在水稻体内的吸收主要发生在根部。
根系通过主动运输或被动扩散的方式，将土壤中的重金属离子吸收进入根细胞。
其中，主动运输通常涉及到特定的转运蛋白，这些转运蛋白能够识别并转运重金属离子。
被动扩散则是指重金属离子顺浓度梯度进入根细胞，这一过程通常不需要额外的能量供应。
吸收进入根细胞的重金属离子，一部分会被细胞内的螯合剂（如谷胱甘肽、植物螯合肽等）结合，形成稳定的络合物，从而降低其对细胞的毒性。
水稻耐镉胁迫的生理响应
水稻耐镉胁迫的生理响应在过去的几十年中，科学家们对水稻耐镉胁迫的机制进行了广泛的研究。
水稻基因组的研究表明，许多基因参与了水稻对镉的耐受性。
这些基因涉及到镉的吸收、运输、解毒和耐受性等多个方面。
水稻的遗传机制也对其耐镉胁迫的能力具有重要影响。
当水稻受到镉胁迫时，其体内会发生一系列生理响应。
其中，脯氨酸含量的增加是水稻耐镉胁迫的一个重要特征。
脯氨酸作为一种重要的渗透调节物质，可以帮助水稻适应镉引起的氧化应激。
镉胁迫也会导致丙二醛含量增加，而丙二醛是细胞膜损伤的一个重要指标。
还有研究表明，游离态钙离子在镉胁迫下也会发生变化，参与水稻耐镉胁迫的信号转导过程。
除了上述生理响应外，水稻在受到镉胁迫时，其细胞膜透性和光合作用也会受到影响。
在镉胁迫下，细胞膜透性增加，导致水分和营养物质流失，对水稻的生长产生不利影响。
镉还会影响光合作用过程中叶绿素的合成，导致光合作用效率下降。
为了提高水稻的耐镉性，可以采取一系列应对策略。
其中，优化耕作模式是一个重要的方面。
通过合理的轮作制度、施肥管理等措施，可以减少土壤中镉的积累，提高水稻的耐镉性。
加强土壤治理也是提高水稻耐镉性的关键措施。
例如，通过应用石灰、沸石等物质，可以降低土壤中镉的有效性，减少其对水稻的危害。
除了上述应对策略外，提高农作物的抵抗力也是一个有效的途径。
通过选育和推广耐镉性强、产量高的水稻品种，可以更好地适应镉胁迫环境，提高水稻的产量和品质。
对水稻进行基因编辑也是一项有前途的技术，可以通过编辑水稻基因组，提高其耐镉性和产量。
水稻耐镉胁迫的生理响应及其分子机制研究对于提高水稻产量具有重要意义。
通过深入了解水稻耐镉胁迫的机制，可以采取有针对性的应对策略，包括优化耕作模式、加强土壤治理、选育耐镉性强、产量高的水稻品种等措施，以减轻镉胁迫对水稻生长的不利影响，提高水稻产量和品质。
随着科技的不断发展，相信未来会有更多有关水稻耐镉胁迫的研究成果问世，为农业生产提供更多有效的技术支持。
镉对水稻幼苗累积微量元素的影响
富含 重金 属 的城 市 垃 圾 、 泥 和 化 肥 的不 合 理应 污 用， 农业 土壤 镉 污 染 程 度 日益 加 重 。全 世 界 每 年 由于人 为 因 素 向 ： 中释 放 的 镉 有 ３ ０ 左 境 ０００ｔ
右 ， 中 ８ ％ ～９ ％ 的镉 进 入 到 土 壤 中 。我 国 其 ２ ４ 受 镉污 染 的农 田面 积 已达 ２ ０ ｍ ， 有 逐 渐 ０００ｈ 且 加 重 的趋势 。 土 壤 中镉 易 ： 植 物 吸 收 并 转 运 到 茎 叶 部 于被
（ ｇｏｏ ｙＣ ｌｇ ， ｅａ ｎｖｒｔ ｃ ｎｅ ｎ ｅ ｎｌ ｙ Ｌ ｏａｇ４ １０ ， ｈｎ ） Ａ ｒｎｍ ｏ ｅｅ Ｈ ｎ ｎＵ ｉ ｓｙｏ ｉ ｃ ｄＴｃ ｏ ｇ ， ｕｙｎ ７ ０ ３ Ｃ ｉ ｌ ｅ ｉ ｆＳ ｅ ａ ｈ ｏ ａ
Ａｂｓｒ ｃ Ｔｈｅ ｅｆ ｃ ｆｃ ｄ ｕ ｏ ｈｅ ａ ｃ ｔａ ｔ ｆｅ ｔｏ ａ ｍｉ ｍ ｎ ｔ ｃ ｕｍｕ ａｉ ｎ ｏ ｉ ｃ，ｂ ｒ ｎ，ｍａ ｇ ｎ ｓ ｌｔｏ ｆｚｎ ｏｏ ｎ ａ ｅ ｅ，ｍｏｙ ｄ ｎ ｌ ｂ ｅ ｕｍ ，ｃ ｐ ｏ—
镉 是 目前环 境 中普遍 存在 的重要 污染 物 。近
些年 来 ， 由于 工业 “ 废 ” 三 的排 放 、 水 灌 溉 以及 污
胞核膜裂解 、 染色质凝 聚； 线粒体 内膜解体 ， 嵴消
失 ； 绿体基 粒 垛叠 减 少 ， 粒 分 布不 均 匀 ； 叶 基
细胞 核 核质 消失 ， 片细胞 变形 、 叶 溶解 ， 组织 松散 、
元素 累积的影响是水稻幼苗缓解镉毒 害的一种反应 。 关键 词 ： ； 镉 水稻幼苗 ； 微量元素 ； 累积
中图 分 类 号 ： １３７ Ｘ ３ ￥４ ． ； ５ 文献标识号 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ １ ４ ４ （ ０ １ １ — ０ ３ ０ １０ — ９ ２ ２ １ ） １ ０ ６ — ５
水稻重金属镉吸收和转运的分子遗传机制研究进展
水稻重金属镉吸收和转运的分子遗传机制研究进展丁仕林;刘朝雷;钱前;高振宇【摘要】镉是对人体健康具有高度毒害作用的重金属元素之一.人体摄入镉的主要来源是食用镉超标的稻米,因此研究水稻对镉吸收、转运、积累的遗传机制尤为重要.目前,虽然水稻镉积累的遗传通路尚未完全明晰,但已明确了一些重要基因在稻米镉积累过程中的调控作用.本文就镉胁迫对水稻的危害、水稻品种间镉积累量的变异、水稻镉积累相关QTL、水稻镉吸收转运相关基因的研究进展及其育种利用加以综述,探讨了未来研究的方向.【期刊名称】《中国水稻科学》【年(卷),期】2019(033)005【总页数】8页(P383-390)【关键词】水稻;镉;镉吸收;镉转运;分子遗传机制【作者】丁仕林;刘朝雷;钱前;高振宇【作者单位】中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室, 杭州 310006;中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室, 杭州 310006;中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室, 杭州 310006;中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室, 杭州310006【正文语种】中文【中图分类】Q945.78;S511.034镉是对植物和人类都具有高度毒性的重金属元素。
近年来，由于工业“三废”不合理排放、固体废弃物处理不善、污水灌溉、污泥农用以及施用含有重金属元素的肥料等原因，导致土壤中重金属镉含量剧增，镉污染问题日益严重[1]。
镉在人体内的半衰期为10~35年，主要通过食物链进入人体内[1]。
镉进入人体后主要在肾脏积累，并在体内不断富集。
即使低水平的慢性镉摄入，同样会对人体的骨骼和呼吸系统造成危害，引起一系列疾病。
因此，世界卫生组织已将镉划为一级致癌物质[2-4]。
水稻作为世界重要的粮食作物之一，是亚洲各国人民的主食。
水稻作为食物链的初级生产者，当生长于有毒重金属污染的土壤中时，过量的有毒重金属在其根、茎、叶以及籽粒中大量积累，不仅阻碍水稻的正常生长发育，而且严重影响稻米品质，进而危及人体健康[5-6]。
重金属污染对水稻生长的影响及其机制研究
重金属污染对水稻生长的影响及其机制研究近年来，随着工业化等人类活动的不断发展，自然环境也遭受了前所未有的破坏。
其中，重金属污染是环境问题中的一大难题。
重金属具有毒性较强且不容易降解的特点，进入土壤和水体后，容易被水稻这种灵敏之物吸收，从而影响水稻生长，甚至危害人类健康。
针对这种情况，科学家们开展了一系列的研究，通过分析重金属在水稻中的积累机制和影响生长机制，来减轻其对自然环境和人类健康的危害。
水稻是全球最大的粮食作物之一，更是中国等亚洲国家的重要粮食作物。
然而，由于人类的活动，水稻生长环境中含有的重金属元素也越来越多。
重金属的污染不仅会破坏水稻生长环境中的微生物群落，也会通过根部进入水稻体内，堆积在植物器官内，影响其生长发育、产量和品质。
重金属元素对水稻生长发育的影响重金属污染会直接影响水稻的生长发育。
比如，与频繁使用化学肥料相比，长期使用含有铅、镉等重金属元素的化肥，易使水稻体内铅、镉等元素积累过多，产生毒害作用，影响水稻根系、幼芽等特征，进而抑制水稻生长发育。
此外，重金属元素还会影响水稻叶片的光合作用和植株的抗性。
重金属元素在水稻中的积累机制重金属元素积累在水稻体内的机制是多样的。
首先，重金属元素与肥料、污泥等直接联系，被带入水稻生长环境中，其中包括栽培土壤、施肥、灌溉、排放等。
其次，重金属元素还会通过水体污染，被吸收到秸秆、稻壳和水稻植株中。
最后，土壤微生物造成的生物地球化学过程也是重金属元素在水稻体内积累的重要原因。
之所以这种过程会对重金属元素累积起作用，是因为微生物可以增强重金属元素与根系间的接触，并更容易地在水稻体内聚集。
重金属元素影响水稻生长的机制重金属元素影响水稻生长的机制是多样的。
首先，重金属元素可以抑制水稻根部吸收养分的能力，进而影响水稻的营养代谢，造成枯死现象。
其次，重金属元素的积累过程容易造成机体内的重金属元素与抗氧化系统的不良兼容。
在这种情况下，重金属元素可以激发水稻产生更多的自由基分子，从而影响其代谢、内部结构和细胞系统的正常生长。
我国科研员研究发现水稻应答镉胁迫关键基因
果与 “ 重组 ｔ Ｐ Ａ ” 联合使 用可有 效减少 溶栓 导致 的脑 出血并 发症 ， 而且 免疫调节性 Ｔ细胞输 入在 中风发作 ２ ４ ｈ之后依然 有明显的治疗作用 。目前 ， 临床上治疗急性脑 中风唯一有效 的方法是在发病 ４ ． ５ ｈ的“ 时间窗 ” 内， 使 用药 物“ 重组 ｔ Ｐ Ａ ” 进行溶栓治疗 ， 但 目前 我国仅 有小于 １ ％ 的病人得 惠于 此项
属胁迫相关 。研究发现 ： 水稻金属耐 受蛋 白 Ｏ ｓ Ｍ Ｐ Ｔ １的编码
疾 和镰 状细胞血症 ， 而血小板则可用来 探查心血 管病并 治疗 凝血 障碍 。研究成果发表在《 血液》 杂志上。
研究 团队首先让这些 ｉ Ｐ Ｓ细胞接 触生长 因子 ， 随后用一
种 专利技术诱 导它们分化成 了红血 细胞 和血小 板。功能 性
表在美 国《 科学公共 图书馆 ・ 遗传卷》 月刊上。
实验发现 ， 如果切 除 一个名 为 Ｆ Ａ Ｔ １的基 因 ， 小 鼠面部 肌 肉和局部肩部肌 肉就会发育不正常 ， 成 年后 肌 肉也会过早
萎缩 。该基 因被切除 的小 鼠还会 表现 出视 网膜血管 异常 和
内耳畸形 。这些症状与 人类患 面肩肱 型肌 营养不 良症 的症 状极为相似 。此外 ， 面肩胛 肱型肌营养不 良症 患者在胎儿 阶 段Ｆ Ａ Ｔ １基 因的表达程度就显著低 于正常 人 ， 出生后这种 基 因发 生变异 的几率也较 正常人高 。 ［ 干 细胞技术 ］
疗法 。 我国科学家利用生理和代谢成像技术 “ 精确定位” 脑胶质瘤
据２ ０ １ ３年 ６月 １ ５日《 科技 日报》 报道 ， 美国西奈 山医院
水稻重金属镉的吸收、转运和积累特性研究
水稻重金属镉的吸收、转运和积累特性研究一、本文概述随着工业化和城市化的快速发展，重金属污染问题日益严重，其中镉(Cd)作为一种常见的重金属污染物，对环境和生物安全构成了严重威胁。
水稻作为全球一半以上人口的主食来源，其对重金属镉的吸收、转运和积累特性研究具有重要意义。
本文旨在深入探讨水稻对重金属镉的吸收、转运和积累机制，以期为降低稻米中镉含量、保障粮食安全提供理论依据。
文章首先介绍了重金属镉的来源、分布及其对环境和生物的危害，特别是对水稻生长和稻米品质的影响。
随后，综述了国内外关于水稻对镉吸收、转运和积累的研究现状，包括水稻对镉的吸收机制、转运途径、积累部位以及影响因素等方面。
在此基础上，文章重点分析了水稻根系对镉的吸收过程、镉在水稻体内的转运途径和机制，以及镉在稻米中的积累规律和影响因素。
通过综合分析已有研究成果，文章提出了降低稻米中镉含量的可能途径和措施，包括改良水稻品种、优化种植环境、调整施肥方式等。
本文的研究对于深入了解水稻对重金属镉的吸收、转运和积累特性，揭示稻米中镉含量形成的机理，以及制定有效的稻米镉污染防控措施具有重要的理论和实践意义。
本文的研究也有助于推动水稻重金属污染防控技术的创新和发展，为保障粮食安全和生态环境安全提供有力支撑。
二、水稻对重金属镉的吸收特性水稻作为重要的粮食作物，其对重金属镉（Cd）的吸收特性一直是环境科学和农业科学研究的重要课题。
Cd是一种非必需且有毒的重金属元素，其在环境中的积累会对水稻生长产生负面影响，进而威胁到人类健康。
因此，研究水稻对Cd的吸收特性对于控制水稻中的Cd含量、保证稻米安全具有重要意义。
水稻对Cd的吸收主要通过根系进行，根系能够直接与土壤中的Cd接触并吸收。
Cd进入根系后，一方面可以通过木质部运输到地上部，另一方面也可以通过韧皮部进行再分配。
水稻对Cd的吸收受到多种因素的影响，包括土壤中的Cd浓度、土壤pH值、土壤质地、水稻品种以及水稻生长阶段等。
镉对植物的生长影响研究现状
镉对植物的生长影响研究现状摘要：土壤镉污染已成为目前较为严重的环境问题之一。
镉是植物生长发育的非必需微量元素，过量镉不仅会影响植物的生长，还可能在植物体内积累，经食物链进入人体后威胁人类的生命健康。
本文介绍了镉对植物生长发育及代谢的影响，并对相关研究领域的重点问题进行了展望。
关键词：镉；植物；影响1前言随着工业化进程的加快、采矿业的扩张、化肥的滥用以及污水灌溉，土壤重金属污染已成为一种普遍现象[1]。
据2014年发布的《全国土壤污染调查公报》显示，中国农用耕地点位超标率为19.4%，其中铜（Cu）、锌（Zn）、镉（Cd）的点位超标率分别为2.1%，4.8%和7.0%。
镉作为主要污染物之一，具有很高的生物可利用性和生物高毒性[2]，因此被广泛关注。
土壤中的镉不会发生化学降解或被微生物降解，一旦进入土壤就会在土壤中长期存在[3]。
污染土壤中的镉经植物根系吸收后在植物体内富集，进而影响植物的生长发育。
本文主要从四个方面介绍了镉对植物生长发育的影响。
2镉对植物生长的影响2.1对种子萌发的影响种子萌发是植物生命周期中最重要的活动之一。
研究表明镉会抑制豇豆种子对水的吸收，减少种子胚芽的水分供应[4]。
在镉的胁迫下，豌豆胚芽中将产生氧自由基，进而破坏细胞结构，导致胚芽中丙二醛（MDA）含量增加[5]。
2.2对植物生长发育的影响土壤中的镉会影响多种植物的生长。
例如：鹰嘴豆根瘤中的根瘤菌对镉非常敏感，在镉的作用下鹰嘴豆植株生长受到影响，产量降低[6]。
当施加低浓度镉溶液后，芥菜[7]、玉米[8]和小麦[9]植株的鲜重均出现降低情况。
2.3对养分吸收的影响在镉的胁迫作用下，植物对矿物质营养素的吸收将受阻[10]。
实验表明镉的存在强烈地抑制了豌豆对磷、钾、硫、钙、锌、锰、硼等元素的吸收[11]。
此外，镉与矿质元素的竞争作用抑制了杨树中的转运蛋白对矿质元素的吸收转运[12]。
2.4对植物酶的抑制在镉的胁迫作用下，植物的抗氧化代谢能力减弱[13]是因为土壤中的镉在达到一定浓度后会在植物体内富集，会干扰植物酶系统的活性。
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环境生物无机化学论文班级：环科一班姓名：黄 * *学号：20080340***指导老师：张 * *重金属镉污染对水稻生理生态效应的研究进展摘要:重金属镉是植物生长的非必需元素, 它具有很大的生物毒性, 与其它重金属相比, 更易被植物吸收积累。
在参考大量文献资料的基础上, 综述了镉( Cd)毒害引起水稻的部分生理生化特性, 以及镉在水稻体内的吸收、分布和转运积累动态, 并讨论了生产低镉或无镉污染的水稻途径。
关键词:镉污染; 水稻; 生理生化; 效应前言：工业“三废”的大量排放和不合理处置以及大量肥料的施用是导致土壤镉污染的主要原因, 镉因其在土壤中的高度移动性和对作物的高度毒害性, 被视为重金属中最具有危害性的一种污染元素。
水稻作为我国重要的农作物, 在整个国民经济和社会安定中起着重要作用。
镉污染不仅影响其生长发育, 导致产量下降, 更为重要的是重金属在水稻体内大量积累, 并沿着食物链进入人类, 最终危害人类身体健康。
因此其产量和品质直接影响着人类饮食水平的提高, 这就迫切要求我们对水稻中的镉有充分的了解。
1 镉对水稻生理生化特性及种子萌发的影响1.1 镉胁迫对水稻抗氧化类酶活性的影响在重金属镉的胁迫下, 水稻通常会产生高活性的氧自由基(ROS) , ROS 与细胞膜系统、脂类、蛋白质和核酸等生物大分子发生连锁式反应, 使细胞结构遭到强烈破坏。
由于镉对细胞结构的伤害, 破坏了胞内外酶及催化作用的原有区域, 还可能直接占据某些酶活性中心, 使酶活性受到影响。
植物体内的SOD、POD和CAT是活性氧自由基清除系统中的重要保护酶之一。
在外来胁迫初期, 植物体内的活性氧清除系统被激活, 其产生的作用超过了活性氧对植物的损伤作用, 表现为镉胁迫初期对种子萌发及植物幼苗苗长有一个低浓度下的刺激效应。
但是随着镉浓度的增加和胁迫时间的延长, 保护酶系统逐渐被抑制, 抗氧化酶系统内多种酶之间的活性比不平衡, 细胞内多种功能膜被破坏, 表现为生理代谢紊乱, 直至细胞凋亡。
1.2 镉离子胁迫对水稻光合作用和叶绿素的影响镉对光合作用和叶绿素也有不同程度的影响。
叶绿素是植物进行光合作用的主要色素之一。
有关研究发现镉胁迫下, 叶绿素( a, b) 减少, 类囊体中的叶肉细胞明显减少, 叶片氧呼出效率降低, 光合作用Ⅱ系统被钝化等。
当土壤中的Cd 浓度高到一定含量时, 水稻会出现受害症状,表现为叶片失绿, 出现褐色斑点与条纹, 严重影响光合作用。
重金属离子能与酶活性中心或蛋白质中的巯基结合, 能取代金属蛋白中的必需元素, 导致生物大分子构象改变、酶活性丧失, 抑制了原叶绿素酸酯还原酶活性而引起叶绿素含量的下降, 引起植株失绿。
同时，镉毒害使水稻吸收的元素减少, 阻碍叶绿素形成及其含量增加, 导致叶绿素含量下降,最终严重影响植物光合作用的正常进行。
1.3 镉离子胁迫对水稻种子萌发的影响种子萌发与幼苗生长是物质代谢与能量代谢十分活跃的过程, 伴有大分子降解为小分子、不溶性物质变为可溶性物质, 供种胚和幼苗生长之需。
镉离子能抑制蛋白酶和肽酶活性, 且随离子浓度的增加抑制强度增大。
而淀粉酶的活性降低必然影响可溶性糖含量, 脱氢酶影响脱氢反应和能量代谢, 硝酸还原酶影响植物对NO3-的利用, 使氨基酸和蛋白质含量降低, 最后导致供能不足, 影响萌发。
当镉离子浓度高达一定浓度时, 生长点坏死, 根本不萌发, 而且胚根比芽更敏感。
1.4 镉离子胁迫对水稻生长的影响由于Cd 进入土壤环境之后, 其生物有效性会受外界环境的影响发生变化, 而水稻在不同生育时期对Cd 暴露的反应可能并不相同。
在现实污染环境中, 镉的胁迫可能只在作物生长的某一阶段, 也可能是整个生育时期, 从而导致重金属对水稻生理生化的影响更加复杂。
目前, 已有许多研究报道了Cd2+对细胞结构产生明显伤害, 主要集中在叶绿体、细胞核、线粒体等细胞器以及对染色体的影响。
细胞构成了组织, 结构破坏造成植物体组织的损伤, 从而影响其生长。
有研究表明, 在全生育期Cd 胁迫环境下, 植株生长瘦弱, 叶片短小, 中下部叶片枯尖、黄化严重, 根短而粗。
表皮糙裂, 菌丝状根毛发达, 抽穗期推迟3～ 4 d。
植株贪青晚熟, 后期小分蘖多, 穗短粒少, 其中杂交水稻表现尤为突出。
2 镉在水稻中的吸收、分配和积累动态规律的研究镉通过根部吸收、叶片吸收和表皮渗透三种途径进入植物体内。
植物从环境中吸收镉之后, 经体内运输, 分布到根茎叶各器官。
不同作物对镉的吸收、分配和积累效应不同, 水稻属于易吸收镉植物, 但品种之间吸收镉的差异明显。
2.1 水稻品种对水稻镉吸收的影响在相同条件下, 不同的水稻品种及同一品种的不同器官, 由于外部形态及内部结构的不同, 吸收重金属的生理生化机制各异, 故其重金属元素的累积量差异较大。
水稻基因型间吸收、累积镉的能力存在明显差异, 不同基因型水稻植株和籽粒的含镉量可相差数倍。
由于气候影响, 早稻糙米中的镉浓度一般比晚稻糙米中的镉浓度要高得多, 这是由于早稻圆锥花序形成期后的气温很高, 水稻蒸腾速率很强, 镉与小分子有机质形成络合物随蒸腾流大量向上输送, 并累积在茎叶和籽实中; 而晚稻的圆锥花序形成期后的气温逐渐下降, 蒸腾率减少, 积累也相应减少。
从减产效应和稻米品质来看, 杂交水稻对环境Cd 污染比常规水稻更加敏感。
2.2 镉在水稻植株不同器官的分布规律研究表明, 对于同一品种来说, 水稻根、茎、叶、籽粒中镉的含量随土壤镉浓度的升高而上升,根、茎、叶、籽粒间的镉含量存在相关性。
镉在水稻体内的浓度分配顺序为茎>叶>谷壳>糙米; 总量分配顺序为叶>茎>糙米>谷壳, 地上部含镉量<根部含镉量<根膜含镉量, 根系、茎叶和糙米中镉的总量比约为80∶5∶1; 籽实各形态结构中胚乳>颖壳>皮层>胚。
镉在水稻器官中的分布也因生育时期而异。
相关研究表明，常规水稻在幼穗分化期, 茎叶中占27.3%, 根系中占72.7%; 到抽穗期, 茎叶中占20.6%, 根系中占79.4%; 到成熟期, 茎叶中占29.9%, 稻壳中占0.9%, 糙米中占0.9%, 根系中占68.3%。
根部重金属积累量在水稻秧苗期很低, 分蘖期最大, 随着时间的延续, 在根部积累的重金属越来越少; 茎部重金属积累量也是在水稻秧苗期很低, 分蘖期最大, 在拔节期降至最小, 随后积累又慢慢上升。
不同水稻品种根、茎、叶和籽粒间的Cd含量相关性很差, 与土壤重金属浓度的相关性亦随不同部位而异。
2.3 水稻中镉的转运积累机理Cd2+的转运过程可能包括: ( 1) 根际活化吸附; ( 2) 经质外体途径和共质体途径的短距离运输; ( 3) 经木质部及韧皮部装载的长距离运输;( 4) 叶表皮毛的浓集。
生活在渍水环境条件下的水稻根系具有泌氧能力, 在水稻根表及根质外体被氧化而形成铁锰氧化物胶膜, 此胶膜也会吸附土壤中的镉, 成为土壤中Cd 进入水稻体内的界面。
同时, 根系分泌物也能活化水稻根际的镉及根表铁氧化物胶膜上富集的镉, 促进水稻根系对镉的吸收。
这种根分泌物对镉的活化作用受介质中镉浓度的影响。
与根表分泌物结合和存在于胶膜的化合物被认为是被根系吸着部分, 并未进入根组织, 只有跨过质膜, 进入细胞质通道的部分才能真正被根系吸收。
Cd2+在植物根部经质外体途径和共质体途径进行横向(短距离)运输。
自植物幼苗根的内皮层上凯氏带形成后, Cd2+就不能再通过质外体途径直接到达木质部导管, 而必须经共质体途径进行跨质膜转运和木质部装载, 而后随蒸腾流向地上部运输和积累。
跨质膜和液泡膜的Cd2+运输促进Cd2+在植物体中的分配和隔离作用。
通过对木质部渗出液中Cd 和Zn化学形态的研究, 有专家认为, 这些金属从根部被运输到水稻地上部分, 是作为有机金属络合物形式在本质部中运动的。
经脂肪、蛋白质提取试验证实, Cd在稻麦籽实中以与蛋白质相结合的形态为主, 其结合的表观相对分子质量约为54.50×103, 其中与谷蛋白、球蛋白结合最多, 而脂溶态的量很少。
糙米中Cd 的含量受水稻植株吸收Cd 的总量和茎叶Cd 向籽粒转移效率的双重影响。
现有研究结果表明, 植物积累Cd2+的机理主要通过与细胞壁的结合、与有机化合物形成金属螯合物及区域化分布等途径, 从而进行解毒; 目前已经普遍认为重金属在植物体内的积累, 细胞水平上主要在液泡及质外体, 组织水平上主要在表皮细胞、亚表皮细胞及表皮毛中。
3 镉毒害水稻的防治途径基于以上水稻受镉毒害的生理效应和水稻镉吸收、分配和积累规律的分析, 很多研究认为, 采取农艺措施降低农作物对镉的吸收及选育低积累镉品种对减少人类食品中的镉含量效果较好。
3.1 降低土壤中镉有效性水稻植株对镉的吸收和积累量不是取决于土壤中全镉量, 而是决定于土壤中植物有效态镉的含量。
土壤pH、Eh、CEC、质地、有机质等都会影响土壤中Cd 的溶解度和移动性。
土壤pH值对镉有效性有着密切关系, 通常可以在Cd污染的土壤上施石灰或过磷酸钙等碱性物质来提高土壤的pH值,降低镉的毒害,但石灰用量增加到一定数量会影响水稻生长和产量,出现烧苗、缺苗、分蘖少现象。
土壤的Eh值在很大程度上影响着植物对一些微量重金属元素的吸收。
随着Eh 值的增大, 土壤中水溶性镉含量、水稻吸收镉的总量及地上部镉量随之增加。
通常可以控制土壤水分来调节Eh值, 达到降低镉污染的目的。
有机质是良好的还原剂, 可以促进土壤中的镉形成硫化镉, 不易被植物吸收。
通过施用有机肥(堆肥、厩肥、尤其是猪厩肥、植物秸秆等有机肥) ,增加土壤有机质, 有利于改良土壤胶体对重金属的吸附能力, 为土壤镉提供络合、螯合剂。
3.2 培育和选择抗镉或镉吸收低的水稻品种因为不同的水稻品种对镉的积累能力差异很大, 这为选择优良品种提供了巨大的空间。
所以,应首先选择种植对镉吸收低的或是能将镉固定在水稻根茎部的品种, 这样就可以避免镉沿食物链进入人类。
3.3 植物修复植物修复就是利用植物—微生物系统原位治理污染环境, 重金属的植物修复技术包括植物提取、根际过滤、植物稳定和植物挥发。
其中植物提取是最彻底、最有发展潜力的技术, 其基本思路是种植超积累植物于污染土壤中, 植物吸收重金属并将其转移到地上部。
收获植物, 焚烧后回收重金属, 降低土壤重金属含量, 从而实现治理目标。
例如栽种蕨类植物可用来去除土壤中的镉和锌; 另外有实验表明, 镉污染稻田种植苎麻5 a 后, 土壤中镉含量降低了27.56%。
4 结论综上所述, 镉直接影响到水稻的生产与人体健康问题。
因此, 在无镉或低镉的生产管理中, 不仅要重视防治技术上的问题, 更需要大家的高度关注, 强化环境管理, 严格控制或减少镉的污染,才能有效地控制和治理镉在土壤中的污染。