喷施不同中微量元素对水稻糙米镉含量的调控效应及作用机制OA

【目的】叶面喷施含中、微量营养元素的生理阻隔剂是镉(Cd)污染农田水稻安全生产的常见措施,其作用效果因元素种类、种植条件不同而有显著差异。本研究对比分析叶面喷施常见中微量元素肥料对水稻糙米Cd含量的调控效应及作用机制,为叶面阻隔剂的筛选与配方优化提供科学依据。【方法】水稻盆栽试验和大田试验均开展2年,以在水稻抽穗期和灌浆期叶面喷施CaCl_(2)、MgSO_(4)、Na_(2)SiO_(3)、Na_(2)SeO_(3)、MnCl_(2)、FeSO_(4)、ZnSO_(4)和(NH_(4))_(2)MoO_(4)营养溶液作为处理,以喷施清水为对照。盆栽试验中,于灌浆期叶面喷施处理1周后采集倒一叶鲜样,用于测定亚细胞Cd含量及相关基因表达量;水稻成熟期采集地上部植株,按不同部位进行分样,测定生物量和Cd含量。大田试验于水稻成熟期采集糙米样品,测定Cd含量。【结果】与CK相比,喷施CaCl_(2)、MgSO_(4)、Na_(2)SeO_(3)、MnCl_(2)、(NH_(4))_(2)MoO_(4)对水稻糙米Cd含量均无显著影响,而喷施Na_(2)SiO_(3)、ZnSO_(4)和FeSO_(4)在连续2年的盆栽及大田试验中均显著降低了糙米Cd含量。叶面喷施Na_(2)SiO_(3)、ZnSO_(4)和FeSO_(4)处理水稻地上部Cd积累量无显著变化,但倒一叶Cd含量与积累量均显著高于对照,且Cd在倒一叶细胞器中的分配比例显著降低,在细胞壁(Na_(2)SiO_(3)、FeSO_(4)处理)和可溶组分(ZnSO_(4)处理)中的分配比例显著增加,同时倒一叶向节间Ⅰ(穗下节间)的Cd转运系数亦显著降低,降幅分别为63.3%、62.0%、71.6%。相较于其他功能叶,倒一叶对Cd转运的影响更为显著。Na_(2)SiO_(3)、ZnSO_(4)和FeSO_(4)处理下,叶片维管束装载相关基因OsZIP7和长距离运输相关基因OsHMA2的表达均显著下调,而Cd外排相关基因OsCAL1的表达显著上调,增强了Cd在倒一叶中的滞留,抑制Cd向穗器官的转运,从而降低糙米Cd含量。【结论】叶面喷施Na_(2)SiO_(3)、ZnSO_(4)、FeSO_(4)均可通过增强倒一叶对Cd的滞留能力,降低Cd由倒一叶向节间Ⅰ的转运效率,减少Cd向籽粒中的再分配。Na_(2)SiO_(3)、ZnSO_(4)和FeSO_(4)处理均改变了Cd在倒一叶亚细胞组分中的分布特征,Na_(2)SiO_(3)与FeSO_(4)增强了倒一叶细胞壁与可溶组分对Cd的固持能力;ZnSO_(4)则主要增强可溶组分对Cd的螯合固定。Na_(2)SiO_(3)、ZnSO_(4)和FeSO_(4)处理均显著下调Cd转运相关基因OsZIP7和OsHMA2的表达,上调OsCAL1的表达。叶面喷施CaCl_(2)、MgSO_(4)、Na_(2)SeO_(3)、MnCl_(2)、(NH_(4))_(2)MoO_(4)对水稻籽粒Cd含量无显著影响。