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NMT發(fā)現(xiàn)高Cu低Fe可減少水稻吸Cd但高Cu增加了籽粒Cd濃度
NMT作為生命科學(xué)底層核心技術(shù)，是建立活體創(chuàng)新科研平臺(tái)的技術(shù)。2005年~2020年，NMT已扎根中國(guó)15年。2020年，中國(guó)NMT銷(xiāo)往瑞士蘇黎世大學(xué)，正式打開(kāi)歐洲市場(chǎng)。
感謝本文一作，西南科技大學(xué)韓穎副教授供稿
基本信息
主題：NMT發(fā)現(xiàn)高Cu低Fe可減少水稻吸Cd但高Cu增加了籽粒Cd濃度
期刊：Science of the Total Environment
影響因子：6.551
研究使用平臺(tái)：NMT重金屬創(chuàng)新平臺(tái)
標(biāo)題：Iron and copper micronutrients influences cadmium accumulation in rice grains by altering its transport and allocation
作者：西南科技大學(xué)董發(fā)勤、韓穎、凌勤
檢測(cè)離子/分子指標(biāo)
Cd2+
檢測(cè)樣品
水稻根分生區(qū)、伸長(zhǎng)區(qū)、成熟區(qū)
中文摘要（一作供稿）
稻田鎘（Cd）污染嚴(yán)重威脅了我國(guó)部分地區(qū)人們的身體健康。本文針對(duì)川西南低鐵（Fe）、高銅（Cu）的堿性Cd污染稻田土，探討了通過(guò)改變培養(yǎng)介質(zhì)中Fe和Cu的濃度來(lái)修復(fù)Cd污染堿性水稻土的潛力。本文評(píng)估了這兩種微量營(yíng)養(yǎng)元素（Cu和Fe）對(duì)水稻Cd吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響。研究發(fā)現(xiàn)添加Cu顯著提高了水稻生物量和產(chǎn)量，減少了根系Cd的內(nèi)流和Cd的向上遷移，從而降低了根系、莖稈和葉片中Cd的濃度，但過(guò)量的Cu促進(jìn)了籽粒中相對(duì)較高的Cd分配，尤其是在缺Fe條件下，這可能是因?yàn)镃u顯著提高了葉片中生物可利用Cd的比例。相比之下，F(xiàn)e并沒(méi)有緩解Cd對(duì)水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量的毒害作用，但顯著減少了Cd向籽粒的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而降低了水稻籽粒的Cd累積，這與葉片中生物可利用Cd的比例急劇下降密切相關(guān)。該研究認(rèn)為，Cd在水稻籽粒的累積是可以通過(guò)改變生長(zhǎng)介質(zhì)中Fe和Cu的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，適當(dāng)減少Cu，增加Fe可以降低Cd在水稻籽粒中的積累。
離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理
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
處理20 d，80 d（收獲籽粒）
離子/分子流實(shí)驗(yàn)結(jié)果
為了更好地了解Cu和Fe誘導(dǎo)根系Cd積累的變化，本研究檢測(cè)了這些金屬在不同根區(qū)（分生區(qū)、伸長(zhǎng)區(qū)和成熟區(qū)）上誘導(dǎo)凈Cd流速的變化。相對(duì)于Fe和Cd處理（+Fe+Cd和-Fe+Cd），添加Cu顯著降低了水稻根系3個(gè)微區(qū)的平均凈Cd流速（圖1）。
值得注意的是，在-Fe+Cd+Cu處理下，Cu的添加導(dǎo)致Cd從根部外排。Fe也抑制了Cd的吸收（盡管程度比Cu?。?，因?yàn)镃d2+在+Fe+Cd處理下的內(nèi)流速率明顯小于在-Fe+Cd處理下的內(nèi)流速率。在分生區(qū)、伸長(zhǎng)區(qū)和成熟區(qū)，-Fe+Cd處理的Cd內(nèi)流速率分別是+Fe+Cd處理的1.57倍、1.46倍和1.16倍（圖1）。
Cd2+內(nèi)流速率在伸長(zhǎng)區(qū)最高，其次為分生區(qū)、成熟區(qū)。例外是-Fe+Cd+Cu處理下，Cd在分生區(qū)的外排速率高于伸長(zhǎng)區(qū)和成熟區(qū)（圖1）。
圖1. 水稻生長(zhǎng)20 d后不同根微區(qū)平均Cd2+流速
圖2. 水稻根部成熟區(qū)Cd2+吸收檢測(cè)圖
其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果
大部分的Cd存在于根表皮、中柱和皮層中。
添加Cu可以顯著降低根中Cd的熒光強(qiáng)度；單獨(dú)添加Fe對(duì)根中Cd熒光強(qiáng)度無(wú)明顯影響。
大多數(shù)處理下，Cd主要儲(chǔ)存在細(xì)胞可溶性部分，在根、莖和葉的細(xì)胞核和線(xiàn)粒體中儲(chǔ)存較少（-Fe+Cd+Cu處理下Cd主要存在于質(zhì)體和細(xì)胞壁中）。
在所有處理中，水溶性Cd在根和莖中的比例均占主導(dǎo)地位；但在葉片中，不同的Cd化學(xué)形態(tài)所占的比例不同。
-Fe+Cd和+Fe+Cd之間Cd形態(tài)的變化表明，F(xiàn)e有助于降低Cd的生物可利用性。
Cu顯著降低了根中的Cd濃度，但無(wú)論Fe的水平如何，Cu都增加了籽粒中的Cd濃度。
Cu顯著減輕了Cd對(duì)水稻生物量和產(chǎn)量的毒性。相比之下，F(xiàn)e只是在分蘗期略微降低了Cd對(duì)葉片生物量的抑制作用，而沒(méi)有緩解Cd對(duì)根、莖生物量和籽粒產(chǎn)量的毒害作用。
本研究觀察到，Cu能有效緩解Cd對(duì)水稻的脅迫，具體表現(xiàn)為增加生物量和成熟速率，特別是在缺Fe條件下。Cu對(duì)Cd的解毒作用可能是由于Cu降低了水稻根系中Cd的內(nèi)流速率，同時(shí)Cu通過(guò)根系維管柱減弱了Cd從根系向地上部的轉(zhuǎn)移，從而進(jìn)一步減輕了Cd對(duì)水稻地上部的脅迫。然而，Cu顯著增加了谷物中的Cd濃度，這種模式是由Cu添加下葉片中Cd的生物可用性增加所驅(qū)動(dòng)的。
相比之下，F(xiàn)e并沒(méi)有明顯緩解Cd對(duì)水稻生物量和籽粒產(chǎn)量的毒害作用，可能是因?yàn)閱为?dú)Fe只是輕微減少了Cd在根系的內(nèi)流，并沒(méi)有減少Cd向維管柱的運(yùn)輸。然而，F(xiàn)e顯著降低了葉片中生物可利用Cd的比例，導(dǎo)致籽粒中Cd的積累量顯著下降。
本研究結(jié)果表明，對(duì)低Fe、高Cu背景的Cd污染堿性水稻土進(jìn)行修復(fù)，可以以提高Fe和降低Cu濃度為目標(biāo)。進(jìn)一步的研究應(yīng)該評(píng)估本研究結(jié)果在其他物種中的普適性，以及這些模式是否可能在CO2濃度升高或熱脅迫的氣候變化條件下被改變。
測(cè)試液
0.1 mM CdCl2, pH 6.0
儀器采購(gòu)信息
據(jù)中關(guān)村NMT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟了解，四川地區(qū)西南醫(yī)科大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所分別于2012年、2013年、2019年采購(gòu)了旭月公司的非損傷微測(cè)系統(tǒng)。
2019版《NMT論文集》已出版
關(guān)鍵詞：水稻；Cd流速；Cd轉(zhuǎn)運(yùn)；Cd；Fe