丛枝菌根真菌对旱稻吸收Cd的影响及作用机理研究

Cadmium (Cd) contamination is a widespread environmental problem that has been receiving increasing concern. Substantial Cd contamination of soil has now been found in many areas around the world, and has adversely affected the health of millions of people that relies on rice as a staple food source. Therefore, there is an urgency to reduce Cd uptake by rice. The present project will investigate the effects of different upland rice cultivars on Cd uptake and accumulation, and select the upland rice with lower Cd concentration in grain. Moreover, this project will further research the influence of different species of AMF on Cd uptake and accumulation in upland rice, and reveal the mechanisms from both internal factors (such as root colonization, nutrients uptake, antioxidant enzyme activities, antioxidant, and root exudates) and external factors(including Cd behavior, pH and Eh value, enzyme activities and microorganisms in soil). It will provide important insight into AMF/rice growing in Cd contaminated soils and scientific basis for the safe quality of upland rice.

我国土壤镉（Cd）污染严重，危害稻米质量安全与人体健康。本项目以旱稻为研究对象，研究旱稻不同品种对Cd吸收累积差异特征，筛选获得Cd低累积的旱稻品种，并探讨不同品种丛枝菌根真菌（AMF）对Cd低累积旱稻品种各组织（谷粒、茎叶、根部）吸收累积Cd的影响规律，筛选出谷粒Cd含量减少的AMF-旱稻组合，并从内因（菌根侵染率、植物营养元素吸收、植物抗氧化保护酶类活性、植物抗氧化剂含量、根系分泌物等）和外因（Cd的环境行为、根际土壤理化性质、土壤酶活性和土壤微生物群落等）两方面，揭示不同品种AMF影响旱稻吸收累积Cd的作用机理，为高效利用Cd污染土壤生产安全稻米提供科学依据和实用技术。

我国土壤镉（Cd）污染严重，危害稻米质量安全与人体健康。探索降低稻米Cd含量的途径对于有效利用Cd污染土壤和保障农产品安全具有重要的理论意义和实践意义。本项目以旱稻为研究对象，通过盆栽试验接种丛枝菌根真菌（AMF），筛选获得降低谷粒Cd含量的AMF-旱稻（FM-旱优3号和RI-旱优3号）组合。Cd吸收动力学机制试验表明AMF显著降低旱稻地上部和地下部Cd的吸收速率。盆栽试验结果显示AMF侵染率随着旱稻生长时期而变化，在拔节期其侵染率最高，随后在开花期和成熟期逐渐下降。在低Cd污染（2 mg kg-1）土壤中，FM和RI对谷粒产量没有显著影响，但在高Cd污染（10 mg kg-1）土壤中，FM和RI显著提高谷粒产量。在Cd污染（2、10mg kg-1）土壤中，FM和RI均显著减少谷粒Cd含量，增加根部木质化程度，降低旱稻体内抗氧化酶—过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，提高根际土壤脲酶及蔗糖酶活性，且其通过提高旱稻茎部氯化钠提取态Cd比例和减少乙醇提取态Cd比例缓解Cd毒性。而且，开花期和成熟期的茎部乙醇提取态和水提取态Cd浓度与谷粒Cd浓度呈显著性正相关，而成熟期茎部氯化钠提取态Cd所占百分比与谷粒Cd浓度呈显著性负相关。结果表明开花期和成熟期是AMF减少旱稻吸收累积Cd的关键时期。本项目系统揭示AMF影响旱稻吸收累积Cd的作用机理，为高效利用Cd污染土壤生产安全稻米提供科学依据和实用技术。项目已完成了预期研究内容和研究目标，以第一作者或通讯作者发表研究论文3篇，其中SCI论文2篇，中文核心期刊1篇，另有2篇论文已投稿到SCI刊物在审稿中。