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镉(Cd)是动植物非必需的有毒重金属，是已知威胁最严重的农田污染物之一，水稻是我国主要粮食作物之一，我国有大部分人口以水稻为食，在受到Cd污染后，易在植物体内积累，进入食物链对人体造成严重的健康损害。
本研究分为成苗实验和幼苗实验两部分。幼苗经50μmol/L CdCl2预处理一周后，再经镁、硅、钙、氨基酸的不同组合(G1-G6)处理两周，测定了水稻幼苗的Cd的积累和转运、光合系统和氧化损伤水平，并分析了不同处理组合对水稻Cd毒害的缓解作用。
组合处理如下:
G1:H2O（对照组）
G2:水杨酸钠NaSA(5mmol/L)
G3:NaSA(5mmol/L)+MgCl2(2mmol/L)+谷氨酸Glu(2mmol/L)
G4:NaSA(5mmol/L)+Na2SiO3(2.5mmol/L)
G5:NaSA(5mmol/L)+MgCl2(2mmol/L)+Glu(2mmol/L)+CaCl2·2H2O(2.5mmol/L)
G6:NaSA(5mmol/L)+MgCl2(2mmol/L)+Glu(2mmol/L)+Na2SiO3(2.5mmol/L)
在成苗实验中，将抽穗期水稻成苗用200μmol/L CdCl2预处理一周后，再经镁、硅、钙、氨基酸的不同组合(G1-G6)处理两个月，测定了水稻成苗的生长状况、Cd的积累和转运、光合色素含量和矿质元素积累量，并分析了不同组合对水稻Cd毒害的缓解作用。
主要结果如下:
(1)在幼苗实验中，G2-G6降低了Cd胁迫下水稻幼苗地上部和根系Cd的积累，降低了地下向地上部的转运系数;增加了水稻叶片光合色素含量，提升了幼苗叶片的净光合速率和细胞间隙CO2浓度，增加了叶片的气孔导度和蒸腾速率，提高了最大光化学效率和实际光化学效率，降低了非光化学淬灭，进而促进维持了水稻幼苗光合系统的正常运转;显著降低了水稻地上部分和根系丙二醛的含量，减少了过氧化氢和超氧阴离子积累，各组合处理与对照相比降低约40％，减少了水稻幼苗的氧化损伤。其中，G6处理对水稻幼苗地上部Cd含量的降低最明显，与对照相比降低了60.22％，同时显著降低了地下向地上部的转运系数，与对照相比降低了43.58％;G6大幅度增加了Cd胁迫下水稻幼苗叶片叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)的含量，比对照提升了88.68％和98.91％;G6对水稻幼苗光和气体交换参数和叶绿素荧光参数的影响都达显著水平，与对照相比，净光合速率提高了96.51％、最大光化学效率提高了82.25％。
(2)在成苗实验中，G2-G6增加了水稻成苗稻米、稻壳、叶、茎和根的生物量，G6处理下稻米生物量比对照提升了48.57％，增产效果显著;G2-G6增加了水稻成苗的穗数和每穗粒数，G6的穗数比对照提高了51.03％，每穗粒数比对照提高了54.98％;G2-G6降低了Cd胁迫下水稻成苗稻米、稻壳、叶、茎和根Cd的积累量，减少了根系到地上部分和叶片到谷粒的转运系数，G6处理下稻米Cd含量比对照降低了86.61％，根系到地上部分的转运系数比对照降低了44.72％，叶片到谷粒的转运系数降低了75％;G2-G6提高了成苗叶片Chl a、Chlb、总叶绿素(Chl a+b)和类胡萝卜素(Car)的含量，G6处理下Chl a比对照提升了79.8％，Chlb含量比对照提高了64.91％，Chl a+b含量比对照提高了71.79％，Car含量比对照提高了86.06％，都达到显著水平;G2-G6提高了水稻对Ca、Mg、Cu、Fe、Mn和Zn的吸收量，促进了水稻所需矿质元素的积累。其中G6处理下稻米Cu含量比对照提高了71.7％，Fe含量比对照提高了69.53％，达显著水平。
(3)水杨酸可减轻膜脂过氧化，明显缓解Cd胁迫产生的对植物生长的抑制作用。谷氨酸和镁离子促进了叶绿素前体物质镁原卟啉合成，从而引发了叶绿体信号，促进了抗镉胁迫基因的表达，尤其是抗氧化基因和镉转运蛋白的表达，而进一步提高了水稻对Cd的抗性。Ca2+能与自由态Cd2+在生物膜表面竞争作用点位，从而降低其生物毒性，起到竞争性保护作用，从而缓解Cd的生物毒性。硅增加土壤pH值，硅酸根和活性镉结合形成稳定物质，使土壤有效镉占比减少，降低了Cd毒害。另一方面，水稻体内硅结合蛋白在根部的内皮层和纤维层细胞区域沉积，减少了Cd的质外体运输。我们的结果证实偏硅酸盐的降镉效果优于相同浓度的钙离子，其具体的细胞学机制有待更深入的研究。本研究中的谷氨酸、镁和硅酸处理组合将Cd含量超标水稻稻米Cd含量降低了86.61％，将Cd污染大米的Cd含量降至安全值以内。
本研究分为成苗实验和幼苗实验两部分。幼苗经50μmol/L CdCl2预处理一周后，再经镁、硅、钙、氨基酸的不同组合(G1-G6)处理两周，测定了水稻幼苗的Cd的积累和转运、光合系统和氧化损伤水平，并分析了不同处理组合对水稻Cd毒害的缓解作用。
组合处理如下:
G1:H2O（对照组）
G2:水杨酸钠NaSA(5mmol/L)
G3:NaSA(5mmol/L)+MgCl2(2mmol/L)+谷氨酸Glu(2mmol/L)
G4:NaSA(5mmol/L)+Na2SiO3(2.5mmol/L)
G5:NaSA(5mmol/L)+MgCl2(2mmol/L)+Glu(2mmol/L)+CaCl2·2H2O(2.5mmol/L)
G6:NaSA(5mmol/L)+MgCl2(2mmol/L)+Glu(2mmol/L)+Na2SiO3(2.5mmol/L)
在成苗实验中，将抽穗期水稻成苗用200μmol/L CdCl2预处理一周后，再经镁、硅、钙、氨基酸的不同组合(G1-G6)处理两个月，测定了水稻成苗的生长状况、Cd的积累和转运、光合色素含量和矿质元素积累量，并分析了不同组合对水稻Cd毒害的缓解作用。
主要结果如下:
(1)在幼苗实验中，G2-G6降低了Cd胁迫下水稻幼苗地上部和根系Cd的积累，降低了地下向地上部的转运系数;增加了水稻叶片光合色素含量，提升了幼苗叶片的净光合速率和细胞间隙CO2浓度，增加了叶片的气孔导度和蒸腾速率，提高了最大光化学效率和实际光化学效率，降低了非光化学淬灭，进而促进维持了水稻幼苗光合系统的正常运转;显著降低了水稻地上部分和根系丙二醛的含量，减少了过氧化氢和超氧阴离子积累，各组合处理与对照相比降低约40％，减少了水稻幼苗的氧化损伤。其中，G6处理对水稻幼苗地上部Cd含量的降低最明显，与对照相比降低了60.22％，同时显著降低了地下向地上部的转运系数，与对照相比降低了43.58％;G6大幅度增加了Cd胁迫下水稻幼苗叶片叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)的含量，比对照提升了88.68％和98.91％;G6对水稻幼苗光和气体交换参数和叶绿素荧光参数的影响都达显著水平，与对照相比，净光合速率提高了96.51％、最大光化学效率提高了82.25％。
(2)在成苗实验中，G2-G6增加了水稻成苗稻米、稻壳、叶、茎和根的生物量，G6处理下稻米生物量比对照提升了48.57％，增产效果显著;G2-G6增加了水稻成苗的穗数和每穗粒数，G6的穗数比对照提高了51.03％，每穗粒数比对照提高了54.98％;G2-G6降低了Cd胁迫下水稻成苗稻米、稻壳、叶、茎和根Cd的积累量，减少了根系到地上部分和叶片到谷粒的转运系数，G6处理下稻米Cd含量比对照降低了86.61％，根系到地上部分的转运系数比对照降低了44.72％，叶片到谷粒的转运系数降低了75％;G2-G6提高了成苗叶片Chl a、Chlb、总叶绿素(Chl a+b)和类胡萝卜素(Car)的含量，G6处理下Chl a比对照提升了79.8％，Chlb含量比对照提高了64.91％，Chl a+b含量比对照提高了71.79％，Car含量比对照提高了86.06％，都达到显著水平;G2-G6提高了水稻对Ca、Mg、Cu、Fe、Mn和Zn的吸收量，促进了水稻所需矿质元素的积累。其中G6处理下稻米Cu含量比对照提高了71.7％，Fe含量比对照提高了69.53％，达显著水平。
(3)水杨酸可减轻膜脂过氧化，明显缓解Cd胁迫产生的对植物生长的抑制作用。谷氨酸和镁离子促进了叶绿素前体物质镁原卟啉合成，从而引发了叶绿体信号，促进了抗镉胁迫基因的表达，尤其是抗氧化基因和镉转运蛋白的表达，而进一步提高了水稻对Cd的抗性。Ca2+能与自由态Cd2+在生物膜表面竞争作用点位，从而降低其生物毒性，起到竞争性保护作用，从而缓解Cd的生物毒性。硅增加土壤pH值，硅酸根和活性镉结合形成稳定物质，使土壤有效镉占比减少，降低了Cd毒害。另一方面，水稻体内硅结合蛋白在根部的内皮层和纤维层细胞区域沉积，减少了Cd的质外体运输。我们的结果证实偏硅酸盐的降镉效果优于相同浓度的钙离子，其具体的细胞学机制有待更深入的研究。本研究中的谷氨酸、镁和硅酸处理组合将Cd含量超标水稻稻米Cd含量降低了86.61％，将Cd污染大米的Cd含量降至安全值以内。