低镉积累水稻品种镉低积累的生物学机制
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。
镉处理对水稻镉安全材料的镉积累及转移特性的影响
收稿日期：圆园16原08原12 作者简介：张 曼（1990—），女，山东沾化人，硕士研究生，从事土壤污染防控与安全生产方面的研究。E-mail：zhangman_sicau@ * 通信作者：张锡洲 E-mail：zhangxzhou@ 基金项目：四川省科技支撑计划（2014NZ0008）；四川省教育厅项目（14ZB0017） 孕则燥躁藻糟贼 泽怎责责燥则贼藻凿：T澡藻 晕葬贼蚤燥灶葬造 杂糟蚤藻灶糟藻 葬灶凿 栽藻糟澡灶燥造燥早赠 酝葬躁燥则 孕则燥躁藻糟贼 燥枣 贼澡藻 酝蚤灶蚤泽贼则赠 燥枣 杂糟蚤藻灶糟藻 葬灶凿 栽藻糟澡灶燥造燥早赠 燥枣 杂蚤糟澡怎葬灶 孕则燥增蚤灶糟藻， 悦澡蚤灶葬
（圆园员源晕在园园园愿）；T澡藻 杂糟蚤藻灶贼蚤枣蚤糟 砸藻泽藻葬则糟澡 云怎灶凿葬贼蚤燥灶 燥枣 贼澡藻 耘凿怎糟葬贼蚤燥灶 阅藻责葬则贼皂藻灶贼 燥枣 杂蚤糟澡怎葬灶 孕则燥增蚤灶糟藻，悦澡蚤灶葬（员源在月园园员苑）
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农业环境科学学报 第 36 卷第 2 期
three functional leaves of D62B were 72.10% and 78.00% of those of Luhui17 with the treatment of 4 mg·kg-1 Cd and 8 mg·kg-1 Cd. These
镉处理对水稻镉安全材料的镉积累及 转移特性的影响
张 曼 1，张锡洲 1*，李廷轩 1，余海英 1，张 路 1，黄 富 2，张 翼 3
（1.四川农业大学资源学院，成都 611130；2.四川农业大学农学院，成都 611130；3.甘孜州农业畜牧局，四川 康定 626000）
摘 要：采用土培试验，以前期筛选出的水稻 Cd 安全材料 D62B 为试验材料，普通材料 Luhui17 为对照材料，研究水稻 Cd 安全材 料对 Cd 的转移特性以及不同叶位对 Cd 的积累差异。结果表明：在不同 Cd 处理浓度下，D62B 生长受到了一定程度的抑制，且各器 官生物量均随 Cd 处理浓度的增加而显著降低。在分蘖期、抽穗期和成熟期，当 Cd 处理浓度为 8 mg·kg-1 时，D62B 生物量分别较 1 mg·kg-1 Cd 处理降低了 43.74%、45.72%和 40.24%。D62B 地上部各器官 Cd 含量在不同生育期均显著低于 Luhui17，且成熟期穗部 Cd 含量仅为 Luhui17 的 44.52%~54.59%；D62B 根系对 Cd 的滞留率在不同生育期均大于 Luhui17，茎叶-穗的转移系数显著低于 Luhui17。抽穗期，D62B 上部 3 片功能叶（简称 3 片功能叶）的 Cd 含量在不同 Cd 处理下均显著低于普通材料 Luhui17，其积累量则 在 4 mg·kg-1 和 8 mg·kg-1 Cd 处理浓度下显著低于 Luhui17，分别为 Luhui17 的 72.10%和 78.00%，且倒 2 叶 Cd 积累量差异最大。据 此认为，D62B 根系对 Cd 较强的固持作用以及抽穗期 3 片功能叶低 Cd 积累量是其籽粒 Cd 含量较低的主要因素之一，这为后期水 稻 Cd 低积累品种的培育及推广应用提供理论依据。 关键词：水稻；Cd 安全材料；积累；转移 中图分类号：S511 文献标志码：A 文章编号：1672-2043（2017）02-0223-07 doi:10.11654/jaes.2016-1047
隆回县镉低积累水稻品种筛选试验
7--生物技术•遗传育种 引用格式：刘渊栋，刘杰，黄郴华. 隆回县镉低积累水稻品种筛选试验[J]. 湖南农业科学，2024（3）：7-9. DOI:10.16498/ki.hnnykx.2024.003.002镉（Cd ）是一种生物毒性极强的重金属元素[1-2]。
水稻是易富集镉的作物，种植在镉污染土壤中会导致大米镉超标。
长期食用镉超标大米可导致镉中毒，会对人体免疫系统、运动系统、泌尿系统，特别是骨 骼和肾脏等器官产生毒害作用，导致高血压、蛋白尿、葡萄糖尿和骨骼软化等病症，并有可能致癌[3-4]。
水稻主产区的重金属污染问题突出且复杂，稻米中重金属含量与土壤中重金属含量并不存在完全对应关系，单纯降低土壤重金属含量并不能保证稻米能够安全食用[5-6]。
有研究指出[7-8]，种植镉低积累水稻品种可将水稻籽粒的镉浓度控制在允许范围之内，因此选育镉低积累品种是解决镉米威胁的重要且经济的方法。
隆回县位于湘中偏西南，属中亚热带季风湿润气候，气候温和，四季分明，雨量集中，前湿后干，适合种植水稻。
水稻是隆回县主要粮食作物，常年种植面积在6万hm 2以上。
为了找到适合隆回县种植的镉低积累水稻新品种，解决隆回县域镉轻度污染耕地稻米镉超标问题，项目组开展了镉低积累水稻新品种试验示范，拟从莲两优1号、青莲丝苗和韶香100这3个镉低积累水稻品种中，筛选出适宜隆回县域镉轻度污染耕地种植的品种，解决当地水稻产区稻米镉超标问题。
1 材料与方法1.1 试验地和试验材料试验地位于邵阳市隆回县高平镇石脚村2组，试验田块地势平坦，交通便利，沙壤土，排灌方便， 隆回县镉低积累水稻品种筛选试验 刘渊栋，刘杰，黄郴华 （隆回县农业技术推广中心，湖南 隆回 422200）摘要： 为了找到适合隆回县镉轻度污染区种植的水稻品种，以当地籼稻品种隆晶优蒂占（CK）为对照，比较研究了3个镉低积累水稻新品种青莲丝苗、韶香100、莲两优1号在隆回县种植的生育进程、产量构成、稻米镉含量及病虫害抗性等多方面的表现，并进行了科学评价。
镉对水稻产量的影响及其在不同器官积累的差异(精)
2.3a
1.6b
0.03b
2.4b
0.15a
13.5a
注：对照植株未检测到Cd，因此在表中未列出CK。
表4
Cd在谷粒不同部位的浓度和分配
品种
浓度 颖壳
90 0.32b 0.50a 0.26b 0.35a
浓度 / (mg kg-1) 糠层
3.91a 4.35a 1.28b 1.97a
积累量分配 / (％ ) 精米
扬稻6号
90 180 CK
扬粳9538
90
180
23.0a
124.7a
92.0a
23.4b
64.8b
注：具有不同字母的表示差异显著在0.05水平上，差异是在同一品种内比较， 下表同。
表2
时期
不同Cd浓度处理对水稻干物质积累量的影响(g· pot-1)
品种 扬稻6 号 浓度 CK 90 180 CK 扬粳 9538 90 180 CK 扬稻6 号 90 180 CK 扬粳 9538 90 180 根 15.0c 17.3b 20.5a 16.4a 13.0b 10.1c 13.6b 15.9ab 17.8a 10.6a 10.9a 9.9a 茎鞘 65.1a 59.6b 56.2b 47.1b 49.9ab 57.0a 68.4a 64.1a 65.5a 55.8b 57.6b 60.2a 叶 21.7a 21.0a 18.5a 18.0a 16.7a 17.2a 16.5c 18.9b 21.4a 21.1a 22.2a 24.0a 穗 15.2a 13.5ab 10.7b 10.3a 9.1a 9.8a 75.4a 74.8a 65.8b 65.4a 65.7a 60.4b 总重 117.0a 111.5ab 105.9b 91.8b 88.7b 94.1a 173.9a 173.3a 170.5a 152.9a 156.4a 154.5a
水稻镉积累的遗传调控及低镉水稻育种的研究进展与展望
DOI:10.16605/ki.1007-7847.2021.08.0188水稻镉积累的遗传调控及低镉水稻育种的研究进展与展望收稿日期:2021-08-07;修回日期:2021-09-16基金项目:国家自然科学基金资助项目（32071930）;湖南省自然科学基金资助项目（2021JJ30445）;长沙市自然科学基金项目（kq2014076）作者简介:*通信作者:李东屏(1966—),男,湖南常德人,湖南师范大学教授,博士生导师,主要从事植物矿质营养生理与分子生物学研究,E-mail:*************.cn 。
李东屏1*,郝小花2,陈良碧1,田连福1(1.湖南师范大学生命科学学院作物不育资源创新与利用湖南省重点实验室,中国湖南长沙410081;2.湖南文理学院生命与环境科学学院,中国湖南常德415000)摘要:稻田重金属镉污染导致生产的稻米有不同程度的镉积累,长期食用镉污染的稻米危害人体健康甚至致病。
因此,研究水稻镉积累的遗传调控机制,培育低镉积累水稻品种,具有重要的理论意义和应用价值。
水稻吸收、转运和积累镉的特性存在遗传多样性。
近年来,有关水稻吸收和转运镉的遗传调控机制研究取得较大进展,人们鉴定出了多个相关的QTLs 、转运体及调控因子,发现了OsNRAMP 5基因在水稻吸镉中的关键作用及在低镉育种中的应用潜力;同时,在开发低镉分子标记基础上的分子聚合育种、低镉水稻种质资源培育方面也取得一定成效。
本文综述了水稻吸收、转运和积累镉的遗传调控及低镉育种的研究进展,并对水稻低镉分子聚合育种的前景进行了展望。
关键词:水稻;镉;基因;分子育种中图分类号:S330文献标识码:A文章编号:1007-7847(2021)05-0432-10Genetic Regulation of Cadmium Accumulation and Low-cadmiumRice Breeding:Progress and ProspectLI Dong-ping 1*,HAO Xiao-hua 2,CHEN Liang-bi 1,TIAN Lian-fu 1(1.Hunan Province Key Laboratory of Crop Sterile Germplasm Resource Innovation and Application ,College of Life Sciences ,Hunan Normal University ,Changsha 410081,Hunan ,China ;2.College of Life and Environmental Sciences ,Hunan Universityof Arts and Science ,Changde 415000,Hunan ,China )Abstract:Cadmium (Cd)pollution in paddy fields leads to Cd accumulation in grains of rice.Long-term con-sumption of Cd contaminated rice is harmful to human health.Therefore,it is of great theoretical signifi-cance and application value to study genetic mechanisms of Cd accumulation in rice and to cultivate low-Cdrice varieties.The characteristics of Cd absorption,transport and accumulation in rice have genetic diversity,though affected by environmental factors.In recent years,great progress has been made in research on the genetic regulation mechanisms of Cd absorption and transport in rice.Many Cd-linked QTLs,transporters and regulatory factors have been identified,and the key role of OsNRAMP 5in Cd absorption and its appli-cation potential in low-Cd rice breeding have been determined.With the development of low Cd molecular markers,novel low-Cd rice germplasm resources have been cultivated.In this paper,genetic mechanisms of Cd accumulation,the progress of low-Cd rice breeding,and the prospect of low Cd molecular pyramiding breeding of rice were reviewed.Key words:Oryza sativa L.;cadmium;genes;molecular breeding（Life Science Research ，2021，25（5）：432~441）·植物抗逆·第25卷第5期植物科学研究前沿专刊Vol.25No.52021年10月Frontiers in Plant Science Oct.2021. All Rights Reserved.第5期李东屏等：水稻镉积累的遗传调控及低镉水稻育种的研究进展与展望镉(cadmium,Cd)是一种重金属元素,自然条件下土壤本底Cd含量很低。
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]。
稻米中镉的分布规律及降镉方法研究进展
稻米中镉的分布规律及降镉方法研究进展作者：刘旸易翠平来源：《粮食科技与经济》2018年第01期[摘要]水稻是一种镉蓄积作物，在镉污染土壤中，镉由水稻根部吸收并有少量向水稻地上部分转移从而进入到人们食用的稻米籽实中。
在稻米籽实的各结构中，镉浓度的排序为米糠>胚>胚乳>稻壳，但在镉的总含量上胚乳占据绝大优势。
稻米籽粒中镉主要是和大米蛋白结合，含量10%左右的大米蛋白积蓄了60%以上的镉。
目前常用的镉米降镉方法大致可分为碾米精加工、溶剂浸提、组分分离、微生物发酵四大类，其中碾米精加工方法简单，但降镉效果有限，只适用于镉含量超标较低的大米；溶剂浸提法降镉效果好但需满足一定工艺条件且对大米品质有影响；组分分离法降镉效果好，但后续产品利用的只有大米淀粉；微生物发酵法降镉效果优良，但处理过后的镉米只适用于发酵产品的开发。
四种降镉方法各有特点，能有效起到镉米降镉作用，同时也都待改良完善。
[关键词]稻米；镉；降镉方法中图分类号：P618.81 文献标识码：A DOI：10.16465/431252ts.201801252007年，潘根兴教授通过调研，发现市面上有10%的大米存在着镉超标问题，镉大米事件开始引起了科研工作者的关注，如何加工利用这类大米，使其达到国家标准也成为研究热点。
本文将对近年来有关稻米中镉的分布规律和降镉方法的相关研究进展进行总结，以此为镉大米的研究及加工利用提供参考。
1稻米中镉的富集及分布1.1稻米对镉的吸收能力与分布规律众多研究表明，不同农作物之间对不同重金属的吸收能力存在差异，稻米是对镉富集能力突出的农作物。
李铭红等对不同农作物对重金属镉的吸收能力做了研究，得出不同农作物对镉富集系数的排序为水稻>大豆>大麦>玉米>小麦。
美国重金属研究专家ChaneyRL也指出水稻属于镉强积累的农作物，水稻是对镉吸收最强的大宗谷类作物。
此外，稻米对于不同的重金属的富集能力也尽不相同，稻米对土壤中镉的吸收能力较明显的高于铜、锌、汞、砷、铅等重金属。
新技术有望让水稻实现高锰低镉
新技术有望让水稻实现高锰低镉一、本文概述本文主要探讨了一种新技术在水稻种植领域的潜在应用，该技术有望让水稻实现高锰低镉的生长。
水稻作为全球最重要的粮食作物之一，其产量和质量对于粮食安全具有重要意义。
然而，传统的水稻种植方式可能导致土壤中镉等重金属的积累，从而影响水稻的品质和安全性。
针对这一问题，科研人员研发出了新型水稻种植技术，通过调控土壤中的锰和镉元素，实现水稻高锰低镉的生长。
本文将对这一新技术进行详细介绍，并分析其在水稻种植领域的应用前景和影响。
二、镉污染对水稻的影响镉是一种有毒的重金属元素，其污染对水稻的生长和产量产生严重影响。
镉能够抑制水稻的生长，降低植株的高度，使叶片出现黄化、枯萎等症状。
镉污染还会影响水稻的光合作用，降低叶绿素的含量，从而影响水稻的光能利用率，导致产量下降。
更为严重的是，镉能在水稻体内积累，并通过食物链进入人体，对人体健康造成危害。
长期食用镉超标的大米，可能导致肾脏、骨骼等器官受损，甚至引发癌症等严重疾病。
因此，镉污染对水稻的影响不容忽视。
目前，科研人员正在积极研发新技术，以降低水稻中的镉含量，保障食品安全和人体健康。
这些新技术包括利用基因工程手段改良水稻品种，提高其对镉的耐受性和排除能力；以及通过土壤修复、水分管理等农业措施，减少土壤中镉的含量，从而降低水稻对镉的吸收。
未来，随着这些新技术的不断推广和应用，有望让水稻实现高锰低镉，为保障粮食安全和人民健康作出积极贡献。
三、高锰低镉水稻的意义高锰低镉水稻的研发和应用具有深远的意义，它不仅关乎农业生产的可持续发展，还直接影响着人们的健康和生活质量。
从农业角度来看，这种新型水稻的培育成功，代表了农业科技在解决环境问题和提高农产品质量方面的重大进步。
通过调整水稻的遗传特性，我们可以更有效地利用土壤中的营养元素，减少重金属污染，同时提高稻谷的营养价值，这是对传统农业生产方式的一次重要革新。
从人类健康的角度来看，高锰低镉水稻的推广将极大地降低人们通过食物链摄入镉等有害重金属的风险。
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低镉积累水稻品种镉低积累的生物学机制
低镉积累水稻品种的镉低积累的生物学机制主要涉及以下几个方面：
1.镉的吸收和转运：低镉积累品种的水稻根系对镉的吸收较弱，转运至茎叶等地上部分的镉含量也相对较低。
因此，降低镉的吸收和转运是低镉积累品种的重要特征之一。
2.镉的结合和储存：低镉积累品种的水稻体内存在较多的镉结合蛋白和储存蛋白，这些蛋白质可以与镉离子结合，形成不易释放的复合物，从而降低镉离子的生物毒性和在体内的积累。
3.镉的排泄：低镉积累品种的水稻可以将吸收的镉通过排泄的方式排出体外，从而降低体内的镉积累。
这主要涉及到镉的运输和排泄蛋白的作用。
4.抗氧化系统的调节：镉在体内会引起氧化应激反应，导致氧化损伤。
低镉积累品种的水稻抗氧化系统可以更好地应对这种氧化应激，从而降低镉对细胞的损伤。
综上所述，低镉积累水稻品种的镉低积累的生物学机制是多方面的，包括降低镉的吸收和转运、增加镉的结合和储存、促进镉的排泄以及调节抗氧化系统的反应等。
这些机制的协同作用，使得低镉积累品种的水稻能够在高镉环境中生长，并保持较低的镉积累水平。