硒镉交互作用对水稻硒和镉累积的影响机制

Cadmium (Cd) pollution in agricultural soils has been a serious environmental problem in our national agricultural production. Selenium (Se) is considered as a beneficial element for plant, and studies have demonstrated that Se plays an important role in mitigating heavy metal stress and alleviating heavy metal toxicity. However, the influence mechanisms of Se-Cd interaction in soil plant system on Se and Cd accumulation and translocation are not clear. In this study, start from the issue of “cadmium rice”, the influence mechanisms of Se-Cd interaction in soil rice system on Se and Cd accumulation will be revealed. This research is conducted via pot experiment to investigate the effects of Se-Cd interaction on Se and Cd uptake, translocation, allocation and subcellular distribution in rice, and on Se and Cd bioavailability in soil. The extractive technique of soil solution and sequential extraction technology are used to determine the dynamic of Cd in soil solutions and Cd forms in soil. The study may assist in developing reliable approaches to prevent Cd accumulation and to raise Se contents in rice, and provide a theoretical basis for comprehensive utilization of heavy metal polluted farmland.

农田土壤镉污染已成为我国农业生产上不可忽视的环境问题。硒是植物生长有益的元素，能够提高植物对重金属胁迫的抵御能力，减轻或缓解重金属的毒害。然而，有关土壤-植物系统中硒镉交互作用对硒和镉的吸收和转运的影响以及具体的机制尚不清楚。本项目从当前“镉米”问题为出发点，结合植物体内硒的生物学功能以及作物的富硒技术，研究土壤-水稻系统中硒镉交互作用对缓解水稻镉毒害以及提高硒累积的影响和机制。通过镉污染土壤的生物盆栽试验，分析水稻体内硒镉吸收，木质部和韧皮部汁液中硒和镉的含量以及镉在组织、化学形态的分配特征，从吸收、转运和分配三个方面，探讨硒镉交互作用对水稻硒镉累积的机制；并结合土壤溶液中重金属的动态监测和土壤重金属形态分析等技术，研究硒镉交互作用对土壤中硒和镉的有效性的影响。希望通过本项目的研究，能够为降低稻米中镉含量，提高稻米中硒含量，以及综合利用重金属污染农田提供理论依据。

农田土壤镉污染已成为我国农业生产上不可忽视的环境问题。硒是植物生长有益的元素，能够提高植物对重金属胁迫的抵御能力，减轻或缓解重金属的毒害。本项目从当前“镉米”问题为出发点，结合植物体内硒的生物学功能以及作物的富硒技术，研究土壤-水稻系统中硒镉交互作用对缓解水稻镉毒害的影响和机制。通过水培试验、盆栽试验和大田试验，分析水稻体内硒镉吸收，木质部中硒和镉含量以及镉在植物组织的亚细胞分配特征，从吸收、转运和分配三个方面，探讨硒镉互作对水稻硒镉累积的机制；并结合土壤溶液中重金属的动态监测和土壤重金属形态动态分析等技术，研究硒镉互作对土壤中硒和镉生物有效性的影响。试验结果显示，外源硒能够显著降低水稻根系细胞壁、细胞器和可溶组分中的镉含量，降低镉从根系向木质部的远输，减少镉从根系向地上部的转运。在镉胁迫下，硒显著提高了水稻幼苗根系和地上部中多种抗氧化酶的活性，增强水稻的抗氧化作用，降低镉对水稻的氧化胁迫。在淹水或非淹水培养条件下，亚硒酸盐处理显著影响水稻幼苗根系镉含量，但是对水稻地上部镉含量没有显著影响。在淹水培养条件下，亚硒酸盐处理显著降低了水稻根系镉含量；而非淹水培养条件，亚硒酸盐则显著提高了水稻根系中镉含量。全生育期水稻淹水盆栽试验结果显示，硒酸盐或亚硒酸盐均能显著降低成熟期水稻各部分镉含量，同时提高稻米中硒的含量。外源硒通过降低土壤溶液中总镉含量，提高土壤pH，促进土壤中镉由活性较高的交换态向活性较低的碳酸盐结合态以及铁锰氧化物结合态、残渣态转化，降低土壤中镉的生物有效性，最终降低镉在籽粒中累积。此外，大田试验结果显示，在水稻不同生育期喷施叶面硒肥，在降低稻米镉含量的同时也显著提高了稻米硒含量，叶面硒肥配合海泡石钝化处理能作为一种非常有效的水稻镉污染阻控和稻米富硒技术。上述研究成果为降低稻米中镉含量，提高稻米中硒含量，以及综合利用重金属污染农田提供理论依据和技术支撑。