低Cd/Pb菜心品种根系细胞壁和木质部汁液特征研究

Soil contamination by heavy metals is a serious problem in China. It threatens the food safety and social sustainability.To remediate or appropriately use these contaminated lands in large surface and in median pollution grade, using low-accumulating crop cultivars is in low-cost and easy to be implimented.However, the physiological and biochemical mechanisms relative to the low-accumulation of heavy metals in low-accumulating cultivars are still to be elucidated.Based on our previous studies, this project will focus on the physiological and biochemical mechanisms relative to the low-accumulation of Cd/ Pb of Brassica parachinenesis cultivars,in particular on the characteristics and the metal fixation of root cell wall，the role played by amino-acids and phyto-chelatins (PCs) in detoxification and low up-flow translocation. These studies should be relevant, in basic science, to the understanding of the low accumulation mechanisms of crop cultivars; and in practice, to the selection or genetically modification of new cultivars. It could play un important role in resolving the problems of the crop contaminations by heavy metals.

我国土壤重金属污染问题严重，对农产品安全和社会经济可持续发展构成严重威胁。治理利用我国大面积存在的中轻度污染土壤，采用低累积重金属的作物品种具有成本低、易推广的优势，应用前景明显。然而这些品种低累积重金属的生理生化机制的研究仍然薄弱。本项目在已有研究的基础上，研究低累积Cd/Pb的菜心品种的生理生化特性，特别是根系细胞壁特点和固定机制，植物体内氨基酸、植物螯合素（PCs）等大分子有机物的解毒和减少重金属向上迁移的机制，对于了解作物的抗性生理，指导作物品种选育以及采用基因工程创新品种，具有重要的学术意义和实践指导价值，将对解决我国农产品重金属污染问题起重要作用。

我国土壤重金属污染问题严重，对农产品安全和社会经济可持续发展构成严重威胁。治理利用我国大面积存在的中轻度污染土壤，采用低累积重金属的作物品种具有成本低、易推广的优势，应用前景明显。然而这些品种低累积重金属的生理生化机制的研究仍然薄弱。.本项目同时采用柠檬酸铁流动营养液和EDTA-Fe流动营养液栽培，均获得YLCT菜心地上部Cd含量最低，为新的低Cd品种。采用非破坏性方法分离细胞壁，验证了低Cd品种在根系及其细胞壁中所占的比例高(68–77%),其根系细胞壁中Cd的绝对含量和在细胞壁中所占的比例也都显著高于高Cd品种－迟心4号。低Cd品种LB-701木质部汁液中的植物螯合素PCs含量显著高于迟心4号,且Cd能诱导LB-701在根中合成更多PCs。PC合成酶基因（BpPCS1）主要在根部表达，LB-701根中的BpPCS1表达量均比迟心4号高。采用HPLC-ICP-MS技术检测到Cd-EDTA，测定结果表明，低累积品种CL-80运输Cd-EDTA的能力最弱，最强的是高脚菜心，即低累积品种把Cd-EDTA截留在根部的能力比高累积品种强。研究了低Cd和高Cd菜心品种根系吸收Cd的动力学常数，发现2个高Cd菜心品种(迟心4号、高脚菜心)吸收稳定常数高，低Cd菜心品种（YL-701和YLCT）吸收稳定常数低，即低Cd菜心根系对Cd的亲和力较小。而根系细胞壁纤维素对Cd的吸附作用则相反，低Cd菜心品种吸附稳定常数高，有利于根系固定重金属。拉曼光谱成像分析也表明，低Cd菜心品种主根具有较多的纤维素。因此根系细胞壁纤维素吸附更多的Cd且在根中诱导更多PCs的合成，是LB-701菜心地上部Cd含量低、耐性强的重要原因。.这些研究结果对于了解作物的抗性生理生化机制，指导作物品种选育以及采用基因工程创新品种，具有重要的学术意义和实践指导价值，对解决我国农产品重金属污染问题可起积极作用。