导　　师： 杨中艺

学科专业： G1012

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 中山大学

摘　　要： 随着工农业的迅速发展，农田重金属污染现象日益严重。在我国由于粮食生产的需要，大面积的受污染农田仍用于农业生产。为了减少污染物通过农产品进入食物链，本研究以污染对策品种(POLLUTION-SAFE CULTIVAR，简称PSC，即在受一定程度污染的农田土壤中种植农作物，其可食部位重金属含量符合安全消费标准的品种)为研究对象，以我国第一大粮食作物水稻为研究材料，盆栽试验验证了水稻CD-PSC的存在及PSC策略的可行性。结合水培试验重点探讨了CD在典型品种体内的化学结合形态、CD的亚细胞分布及分子分布。并进一步分析了CD在籽实中的分布及对籽实营养品质的影响。主要结果如下： 1．通过两次盆栽试验研究了轻度(1.75-1.85 MG KG<'-1>)和重度(75.69-77.55 MGKG<'-1>)CD胁迫下43个水稻品种(包括20个常规稻和23个杂交稻)不同器官对CD吸收积累的品种间差异。结果表明，在两种CD胁迫下，43个水稻品种不同器官的CD含量有显著差异。低CD胁迫下，两次试验中有30个品种属于CD-PSCS，并且两次试验的籽实CD含量存在显著的正相关，说明了CD在籽实中的积累是基因依赖性的，在一定污染水平的土壤上筛选PSC是可行的。高CD胁迫下没有筛选到PSC，表明PSC的存在是以土壤污染物含量为条件的。在两种CD胁迫下供试水稻品种平均的稻草和籽实生物量差异不显著，因此水稻的生长和生产对于CD的毒害作用有一定的耐性。这一特性将可能掩盖土壤的受污染程度，使生产者难以发现土壤中存在的问题，从而增加水稻受CD污染的风险。因此，筛选PSC并且建立PSC育种体系对于减少人类暴露于食物源污染物的风险是重要而且可行的。 2．通过两次盆栽试验筛选出CD-PSC品种广源占NO.3、培杂丰NO.2、矮秀占和非CD-PSC品种珍桂矮，水培试验(CD=0，CD=1 MG L<'-1>，CD=5 MG L<'-1>)研究了CD在这4个品种体内的化学结合形态、亚细胞分布和分子分布。结果表明，随营养液中CD浓度的增加，各化学形态和各亚细胞部分的CD浓度随之升高。各化学形态中，氯化钠和醋酸提取态占最大比例，盐酸或乙醇提取态比例最小。CD胁迫下根中CD结合形态与无CD胁迫时发生了变化。醋酸提取态所占比例大幅度升高，而乙醇提取态的比例下降，是水稻对CD胁迫的一种解毒对策。与其它3个CD-PSC品种相比，活性及移动性较强的乙醇提取态和水提取态CD的比例，无论在根或叶均是非CD-PSC品种珍桂矮比例最高，表明了其体内的CD处于容易移动的状态，可能是导致其籽实中CD积累量比较高的原因之一。同时也说明了不同品种组织中CD含量的差异可能与CD在细胞内的结合形态差异有关。 不同浓度CD胁迫下4个品种细胞内的CD主要分布于细胞壁或可溶部分。随CD浓度的升高，根和叶可溶部分中CD的比例都呈增加趋势，细胞壁中CD分布下降，而细胞器则较恒定。4个品种相比较，非CD-PSC品种珍桂矮根系和叶片中各亚细胞组分的CD含量基本上都高于其它3个品种。在CD胁迫下，珍桂矮可溶部分中的高CD比例、细胞壁的低CD比例增加了CD在其体内的转运，导致了其籽实的高CD积累，也说明了不同水稻品种积累CD特性与CD在细胞内分布的差异有关。 葡聚糖SEPHADEXG-75对CD-PSC品种广源占NO.3和非CD-PSC品种珍桂矮根和叶片可溶部分进行凝胶层析，并对洗脱液进行CD含量的测定。结果显示，两个品种在对照和CD处理下，280NM处扫描都出现了3个明显的紫外吸收峰。第一个峰(PEAK A)紧接着VO之后出现，代表了一些高分子量物质。第二个峰(PEAK B)出现在大约120-150ML之间，是一些分子量在10-20KDA的蛋白质。第三个峰(PEAK C)出现在VI附近，分子量在3 KDA左右，可能是包括肽类在内的小分子物质。与对照相比，在CD胁迫下两个品种叶中蛋白质的出峰时间相同，根中PEAK B的出峰时间则有所推迟。两品种相比较，在对照和CD处理下CD-PSC品种广源占NO.3根中PEAK B的出峰时间迟于非CD-PSC品种。这种差别可能与两个品种积累CD的能力以及两品种可溶性组分的组成有关。CD胁迫下水稻根、叶各洗脱组分中CD的分布情况与蛋白质的出峰情况基本一致。CD大部分分布在PEAK C的流分中，而这一部分是分子量为3KDA左右的物质，推测包括PCS。根中珍桂矮PEAK C部分结合的CD浓度高于广源占NO.3，CD处于较易移动的状态，因此其地上部分各流分结合的CD浓度均高于广源占NO.3。CD结合体在不同有机体中是很复杂的，对于水稻体内CD结合体的研究还需要进一步的分离、提纯和鉴定。 3．以第一次盆栽试验收获的籽实为对象，测定了其粗蛋白和直链淀粉含量。结果表明，轻度CD胁迫下籽实蛋白质含量的范围在5.88％-8.45％之间，重度CD胁迫下蛋白质含量则在5.58％-7.39％之间。与轻度CD胁迫相比，重度CD胁迫下籽实的蛋白质含量有所下降，下降幅度从1％-23％不等，表现出了品种间的差异。8个品种籽实直链淀粉的含量在重度CD胁迫下显著下降，平均值由轻度CD胁迫下的18.79％下降到了16.29％，8个水稻品种下降幅度在LO％-20％之间，品种之间存在差异。两种CD胁迫下籽实蛋白和直链淀粉含量与CD含量并没有显著的相关性，有可能选到低CD而品质较好的品种。 用不同提取剂对5个水稻品种籽实中的CD进行溶出性研究，结果显示虽然几个水稻品种中提取的比例不尽相同，但各提取剂的提取顺序大致为F<，EDTA>>F<,NACI>、FAAC、F<,NAOH>>FW>FE。属于CD—PSC品种的籽实O．1MOL EDTA的提取比例平均值显著低于非CD—PSC品种，可能是由于非CD-PSC品种籽实结合CD的能力比CD-PSC品种要强。而2．5％NACL和O．2％NAOH提取比例则是CD-PSC品种高于非CD—PSC品种，说明CD-PSC品种籽实中与蛋白质结合的CD比例高于非CD-PSC品种。对籽实中主要蛋白质提取的结果表明，5个品种的水稻籽实中球蛋白和谷蛋白中结合的CD较多，醇溶性谷蛋白结合的CD最少。5个品种间相比较，属于CD—PSC品种的籽实NACL提取的球蛋白比例平均值高于非CD-PSC品种，这些结果与CD在籽实中不同形态的溶剂提取结果基本吻合。 培杂丰NO.2、珍桂矮、粤杂889的籽实提取液经SEPHADEX G75柱进行凝胶层析，对洗脱液进行紫外吸收扫描并对重度CD胁迫下的各流分进行CD浓度测定，其结果显示洗脱液都分离到了3个明显的紫外吸收峰。Ⅰ峰出现在V<,O>之后，是分子量≥80KDA的大分子物质，Ⅲ峰出现在VT附近，是一些分子量≤3KDA小分子物质，Ⅱ峰3个品种间则略有差异，分子量大约为1Z1—19KDAZ，应该是由水稻品种间的差异引起的。重度CD胁迫下非CD-PSC品种珍桂矮的一个蛋白质小峰消失，可能与其重度CD胁迫籽实内的高CD积累有关。CD峰出现的位置与紫外吸收峰基本吻合，也有三个比较明显的峰。但是3个水稻品种比较，CD在3个峰中的分部有所不同。重度胁迫下低CD积累品种培杂丰NO.2 Ⅰ峰的CD浓度最高，而高CD积累品种珍桂矮和粤杂889则是Ⅲ峰结合的最多，Ⅱ峰的CD都是处于中间。因为条件的限制，本研究未对各紫外吸收峰的蛋白质组成进行鉴定，对于不同水稻品种籽实中CD结合体的分离、鉴定还有待于进一步的研究。

关 键 词： 水稻 重金属镉胁迫 品种间差异 亚细胞分布 营养品质

分 类 号： [S435.111.2 Q948.116]

领　　域： [农业科学] [农业科学] [生物学]