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镉(Cd)在土壤中具有高毒性和易迁移的特点,水稻属于易富集Cd的作物,且对Cd的耐性和吸收累积特性等具有基因型差异,水稻Cd污染毒害已成为社会关注的焦点问题。钙(Ca)作为植物必需营养元素,参与植物细胞代谢的调节和信号转导等,能够有效缓解Cd对植物的毒害。研究Cd对不同基因型水稻的毒害作用以及Ca的调控作用,利用不同基因型水稻之间的耐Cd差异以及Cd与Ca的相互作用,可为缓解水稻Cd毒害提供理论依据。本研究以籽粒Cd低积累水稻品种(日本晴,粳稻)和籽粒Cd高积累水稻品种(9311,籼稻)为试验材料,采用水培试验,设置不同Cd处理浓度,研究Cd对水稻根系的毒害以及水稻根系的耐Cd作用,进而在Cd胁迫下,设置不同Ca处理浓度,研究Ca对水稻根系Cd毒害的调控机制。结果如下:(1)Cd对水稻根系的毒害效应以及水稻根系的抗氧化响应Cd处理对水稻根系造成了一定的毒害作用,其中日本晴根系受到的毒害作用弱于9311根系。水稻根系的生物量、总根长、根体积、根表面积和根尖数均随Cd处理浓度增加而下降,而水稻根系活性氧(ROS)含量、根系膜质过氧化水平以及根尖质膜损伤情况均随Cd处理浓度增加而增加。Cd处理激发了水稻根系的抗氧化胁迫作用。在Cd胁迫下,水稻根系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)以及过氧化氢酶(CAT)均表现出应激反应。随Cd处理浓度增加,日本晴根系SOD活性呈持续上升趋势,而9311则呈先上升后下降趋势,水稻根系POD、APX和GR活性均随Cd处理浓度增加而增加,而CAT活性随Cd处理浓度增加呈下降趋势。在Cd胁迫下,水稻根系还原型抗坏血酸/脱氢抗坏血酸(ASA/DHA)值随Cd处理浓度增加呈下降趋势,日本晴根系GSH/GSSG值随Cd处理浓度增加呈先增后减趋势,而9311呈持续下降趋势。水稻根系非蛋白质巯基(NPT)、脯氨酸(Pro)和可溶性蛋白含量均随Cd处理浓度的增加而增加。日本晴根系抗氧化酶活性,抗氧化物质含量均高于9311根系,表现出更强的抗氧化胁迫能力。(2)Ca对水稻根系Cd毒害效应以及抗氧化系统的影响添加Ca处理可以缓解Cd对水稻根系的毒害作用,而缺Ca处理则表现出相反的作用。在Cd胁迫下,水稻根系的生物量、总根长、根体积、根表面积和根尖数均随Ca处理浓度增加而增加,水稻根系ROS含量、根系膜质过氧化水平以及根尖质膜损伤情况均随Ca处理浓度增加而下降。在Cd胁迫下,添加Ca处理缓解了Cd的毒性,水稻根系抗氧化作用随之减弱,而缺Ca处理则恰好相反。在Cd胁迫下,水稻根系的SOD、POD、APX和GR活性均随Ca处理浓度的增加而下降,CAT活性随Ca处理浓度增加而增加。不同基因型水稻根系ASA/DHA值、GSH/GSSG值均随Ca处理浓度增加而增加,而NPT、Pro和可溶性蛋白含量均随Ca处理浓度增加而下降。(3)Cd胁迫下Ca对水稻根系吸收和转运Cd的影响添加Ca处理减少了水稻根系对Cd的吸收,但促进了Cd向地上部运输,同时根系液泡区隔作用减弱,而缺Ca则恰好相反。在Cd胁迫下,水稻根系Cd含量均随Ca处理浓度增加而减少,而地上部Cd含量均随Ca处理浓度增加而增加,水稻的Cd转移系数以及木质部汁液Cd含量均随Ca处理浓度增加而增加。在Cd胁迫下,日本晴根系CAL1相对表达量随Ca处理浓度增加呈逐渐上升趋势,OsHMA2相对表达量随Ca处理浓度增加无显著差异,9311根系CAL1和OsHMA2相对表达量随Ca处理浓度增加均表现出逐渐上升趋势,水稻根系OsHMA3和OsNramp5相对表达量随Ca处理浓度增加均表现出逐渐下降趋势。综上,在Cd胁迫下,水稻根系受到了一定的毒害作用,同时水稻根系表现出了一定的抗氧化胁迫作用。日本晴根系抗氧化胁迫能力强于9311根系,因此日本晴根系受到的毒害作用弱于9311根系。添加Ca可以减少水稻根系对Cd的吸收,因此根系受到的氧化毒害作用减弱,根系的抗氧化胁迫作用也随之减弱,而在缺Ca条件下则恰好相反。