NMT作为生命科学底层核心技术,是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年,NMT已扎根中国15年。2020年,中国NMT销往瑞士苏黎世大学,正式打开欧洲市场.
感谢本文一作,西南科技大学韩颖副教授供稿
基本信息
主题:NMT发现高Cu低Fe可减少水稻吸Cd但高Cu增加了籽粒Cd浓度
期刊:Science of the Total Environment
影响因子:6.551
研究使用平台:NMT重金属创新平台
标题:Iron and copper micronutrients influences cadmium accumulation in rice grains by altering its transport and allocation
作者:西南科技大学董发勤、韩颖、凌勤
检测离子/分子指标
Cd2+
检测样品
水稻根分生区、伸长区、成熟区
稻田镉(Cd)污染严重威胁了我国部分地区人们的身体健康。本文针对川西南低铁(Fe)、高铜(Cu)的碱性Cd污染稻田土,探讨了通过改变培养介质中Fe和Cu的浓度来修复Cd污染碱性水稻土的潜力。本文评估了这两种微量营养元素(Cu和Fe)对水稻Cd吸收和转运的影响。研究发现添加Cu显著提高了水稻生物量和产量,减少了根系Cd的内流和Cd的向上迁移,从而降低了根系、茎秆和叶片中Cd的浓度,但过量的Cu促进了籽粒中相对较高的Cd分配,尤其是在缺Fe条件下,这可能是因为Cu显著提高了叶片中生物可利用Cd的比例。相比之下,Fe并没有缓解Cd对水稻生长和产量的毒害作用,但显著减少了Cd向籽粒的转移,进而降低了水稻籽粒的Cd累积,这与叶片中生物可利用Cd的比例急剧下降密切相关。该研究认为,Cd在水稻籽粒的累积是可以通过改变生长介质中Fe和Cu的浓度来实现的,适当减少Cu,增加Fe可以降低Cd在水稻籽粒中的积累。
离子/分子流实验处理
1. +Fe+Cd: 20 μmol L-1 EDTANa2Fe(II)+10 μmol L-1 CdCl2
2. -Fe+Cd: 10 μmol L-1 CdCl2
3. +Fe+Cd+Cu: 20 μmol L-1 EDTANa2Fe(II)+10 μmol L-1 CdCl2+10μmol L-1 CuSO4
4. -Fe+Cd+Cu: 10 μmol L-1 CdCl2+10 μmol L-1 CuSO4
处理20 d,80 d(收获籽粒)
为了更好地了解Cu和Fe诱导根系Cd积累的变化,本研究检测了这些金属在不同根区(分生区、伸长区和成熟区)上诱导净Cd流速的变化。相对于Fe和Cd处理(+Fe+Cd和-Fe+Cd),添加Cu显著降低了水稻根系3个微区的平均净Cd流速(图1)。
值得注意的是,在-Fe+Cd+Cu处理下,Cu的添加导致Cd从根部外排。Fe也抑制了Cd的吸收(尽管程度比Cu小),因为Cd2+在+Fe+Cd处理下的内流速率明显小于在-Fe+Cd处理下的内流速率。在分生区、伸长区和成熟区,-Fe+Cd处理的Cd内流速率分别是+Fe+Cd处理的1.57倍、1.46倍和1.16倍(图1)。
Cd2+内流速率在伸长区最高,其次为分生区、成熟区。唯一的例外是-Fe+Cd+Cu处理下,Cd在分生区的外排速率高于伸长区和成熟区(图1)。
图1. 水稻生长20 d后不同根微区平均Cd2+流速
图2. 水稻根部成熟区Cd2+吸收检测图
其他实验结果
大部分的Cd存在于根表皮、中柱和皮层中。
添加Cu可以显著降低根中Cd的荧光强度;单独添加Fe对根中Cd荧光强度无明显影响。
大多数处理下,Cd主要储存在细胞可溶性部分,在根、茎和叶的细胞核和线粒体中储存较少(-Fe+Cd+Cu处理下Cd主要存在于质体和细胞壁中)。
在所有处理中,水溶性Cd在根和茎中的比例均占主导地位;但在叶片中,不同的Cd化学形态所占的比例不同。
-Fe+Cd和+Fe+Cd之间Cd形态的变化表明,Fe有助于降低Cd的生物可利用性。
Cu显著降低了根中的Cd浓度,但无论Fe的水平如何,Cu都增加了籽粒中的Cd浓度。
Cu显著减轻了Cd对水稻生物量和产量的毒性。相比之下,Fe只是在分蘖期略微降低了Cd对叶片生物量的抑制作用,而没有缓解Cd对根、茎生物量和籽粒产量的毒害作用。
本研究观察到,Cu能有效缓解Cd对水稻的胁迫,具体表现为增加生物量和成熟速率,特别是在缺Fe条件下。Cu对Cd的解毒作用可能是由于Cu降低了水稻根系中Cd的内流速率,同时Cu通过根系维管柱减弱了Cd从根系向地上部的转移,从而进一步减轻了Cd对水稻地上部的胁迫。然而,Cu显著增加了谷物中的Cd浓度,这种模式是由Cu添加下叶片中Cd的生物可用性增加所驱动的。
相比之下,Fe并没有明显缓解Cd对水稻生物量和籽粒产量的毒害作用,可能是因为单独Fe只是轻微减少了Cd在根系的内流,并没有减少Cd向维管柱的运输。然而,Fe显著降低了叶片中生物可利用Cd的比例,导致籽粒中Cd的积累量显著下降。
本研究结果表明,对低Fe、高Cu背景的Cd污染碱性水稻土进行修复,可以以提高Fe和降低Cu浓度为目标。进一步的研究应该评估本研究结果在其他物种中的普适性,以及这些模式是否可能在CO2浓度升高或热胁迫的气候变化条件下被改变。
测试液
0.1 mM CdCl2, pH 6.0
仪器采购信息
文章原文:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146118
2019版《NMT论文集》已出版
关键词:水稻;Cd流速;Cd转运;Cd;Fe
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