油菜镉低积累基因型筛选及其低积累镉的生理生化机理研究

我国农业土壤镉污染形势日趋严峻，而镉又极易在蔬菜体内累积，严重影响蔬菜的食品卫生品质。本项目拟采用土壤盆栽实验和污染小区实验相结合的方法，依据筛选重金属低积累作物品种的4个标准，从广泛栽培的油菜种质资源中筛选并确认典型的镉低积累油菜品种；从根系形态学特征、生理指标、吸收动力学特征以及有机酸分泌入手，对比分析油菜在根系镉吸收能力以及根际环境调控上的基因型差异，进而揭示低积累油菜品种低量累积镉的生理生化机理；探索采用天然粘土矿物及其改性材料，利用化学钝化修复措施来进一步降低镉低积累油菜品种对重金属的累积，强化其安全生产性能。本项目的研究对降低蔬菜镉污染风险，确保蔬菜安全生产具有重要的理论意义，为阐明作物低量累积重金属机理的研究提供思路。

我国农业土壤镉污染形势日趋严峻，而镉又极易在蔬菜体内累积，严重影响蔬菜的食品卫生品质。本项目采用土壤盆栽试验和污染小区实验相结合的方法，依据筛选重金属低积累作物品种的标准，从全国50个广泛栽培的油菜品种中筛选并确认4个典型的镉低积累油菜品种，并通过多元逐步回归分析确定了影响Cd低积累油菜品种累积Cd的关键土壤因素。在低积累油菜低量累积镉的机理研究方面，首先通过根系扫描仪分析以及根系活力、阳离子交换量等指标的测定，对比研究了不同水平Cd污染下不同品种在根系形态学特征以及生理指标上的响应，发现总根长、根尖数以及根系阳离子交换量和油菜根系镉吸收有密切关系；其次通过在短期内的吸收动力学实验，阐明了不同Cd累积能力的品种在吸收和转运Cd能力上的差异，发现由根部向地上部的转运是造成油菜Cd累积能力差异的关键因素，同时通过吸收动力学分析，发现高积累品种根部Cd吸收能力也显著强于低积累品种；最后通过原位收集法和高效液相色谱分析，研究了不同镉处理下两个品种根系分泌有机酸的变化特征，发现不同品种在根系分泌有机酸种类上没有差异，而分泌有机酸总量和部分有机酸的含量则存在显著差异，而且有机酸总量及部分有机酸含量和根系Cd吸收密切相关。通过以上研究，初步揭示了Cd低积累油菜品种低量累积Cd的生理机制，即较低的根系有机酸分泌量、较小的总根长和根尖数、较低的根系阳离子交换量是低积累品种根部Cd低吸收的生理基础，而较低的根系Cd吸收和较低的向地上部转运则构成了油菜地上部镉低积累的生理基础。在油菜镉低积累品种安全生产调控措施研究方面，首先研究不同粘土矿物及其复配材料钝化土壤Cd污染以及降低油菜Cd吸收的效果，通过分析不同钝化处理下油菜生物量与体内Cd含量的变化，以及土壤有效态Cd含量、pH值和化学形态的变化，确定适宜油菜安全生产的钝化修复措施，包括粘土矿物种类、用量以及用法，并初步揭示了钝化材料降低油菜Cd吸收的作用机理；在此基础上，在天津东丽区Cd污染菜地，以筛选的Cd低积累和高积累品种作为供试作物，以海泡石、膨润土以及鸡粪作为供试材料，研究了大田条件下钝化措施强化油菜Cd低积累能力的效果，验证了钝化措施用于调控Cd低积累油菜安全生产的可行性。通过本项目的研究工作，项目组成员发表SCI/EI论文4篇，核心期刊论文6篇，申请发明专利3项，获得发明专利授权2项，获得天津市科技进步二等奖1项。