摘要: 镉(Cd)是最具生物毒性的重金属元素之一，近年来，由于采矿、冶炼、工业排放、农药和化肥的大量使用导致农作物受土壤镉污染日益严重。通过田间试验和盆栽试验，筛选低Cd积累品种和高富集Cd的玉米品种，且对不同耐Cd型玉米品种Cd吸收、积累和分配规律... 展开 镉(Cd)是最具生物毒性的重金属元素之一，近年来，由于采矿、冶炼、工业排放、农药和化肥的大量使用导致农作物受土壤镉污染日益严重。通过田间试验和盆栽试验，筛选低Cd积累品种和高富集Cd的玉米品种，且对不同耐Cd型玉米品种Cd吸收、积累和分配规律进行研究，以及玉米（Zea mays L.）重金属Cd转运基因HMA2的克隆及定量表达分析，为降低玉米Cd污染对人体的危害提供了依据。主要研究结果如下: (1)大田试验研究表明，玉米在轻度Cd污染条件下，20个玉米品种生物量、Cd含量量和富集转运系数差异显著(P＜0.05)，差异表现为根＞茎叶＞籽粒，茎叶Cd含量超标率达30％（GB13078-2001，≤0.5 mg·kg-1），籽粒Cd含量超标率达10％（GB2762-2012，≤0.1 mg·kg-1），且除品种新中玉801外，其它品种富集系数和转运系数均小于1。最终，筛选出一个低富集Cd品种正大999，适宜在湖南中、低度Cd污染环境下推广种植，及一个高富集Cd品种新中玉801，适宜做植物修复方面研究。 (2) Cd胁迫下，不同耐Cd型玉米品种Cd含量和生长发育指标存在差异，随着Cd处理浓度的上升，玉米中Cd含量增加，叶面积指数降低，导致产量下降。在低于2 mg·kg-1处理时，促进了正大999生物量、叶绿素增长，高于2 mg·kg-1处理时，抑制了其生长发育;高于5 mg·kg-1处理浓度时，两个玉米品种Cd含量和生长发育等指标变化加快，开始出现直观的抑制生长发育现象;高于20 mg·kg-1处理浓度时，新中玉801出现无穗的情况，而正大999在100 mg·kg-1处理时仍能完成整个生殖生长过程，表明表明正大999耐Cd能力远高于新中玉801。 (3) Cd胁迫下，两个玉米品种不同组织器官MDA含量、SOD活性、POD活性随Cd处理浓度上升而升高，加重了对玉米植株的毒害，在低于Cd5处理时，正大999SOD活性和POD活性高于新中玉801，在高于Cd5处理时，新中玉801抗氧化酶活性MDA含量上升明显加快，表明Cd迫害下玉米品种正大999抗氧化能力优于新中玉801。 (4) Cd胁迫试验下，玉米植株中Cd主要分布在细胞壁和可溶性组分中，占比达80％-90％，细胞器占10％左右，正大999可溶性组分和细胞器组分Cd含量占比低于新中玉801，茎叶中Cd元素可溶性组分和细胞器组分总占比要高于根系。表明:受Cd胁迫下，将更多的Cd存储于细胞壁和可溶性组分，降低了Cd对细胞器的毒害，达到一定的自身解毒效果。随着Cd浓度的增加细胞壁Cd含量占比降低，可溶性组分和细胞器组分Cd含量占比升高，增加了Cd的流动性和Cd对细胞器的迫害，且地上部分受Cd迫害比地下部分严重，新中玉801受Cd毒害高于正大999。 (5)以高Cd转运玉米品种湘永单3号和低Cd转运玉米品种科航6号为供试材料。研究发现，Zm HMA2基因在玉米根和叶片中都存在表达，在根中Zm HMA2基因表达在24 h达到最大值，在叶中Zm HMA2基因表达在12h达到最大值，使玉米中根系Cd的积累＞叶中Cd的积累，表明，Zm HMA2基因可能参与了玉米Cd的积累调控，由于玉米中HMA2基因表达的不同，使不同玉米品种及不同组织之间Cd积累转运的差异。 收起