低镉辣椒品种的筛选及其吸收转运镉的生理生化机理研究

农田土壤镉污染严重影响农产品质量，并可通过食物链危害人类健康。农作物吸收积累镉的能力存在显著的品种间差异，选用可食部位低量积累镉的农作物品种进行农业生产是保障农产品安全的重要途径，而深入开展农作物品种间积累镉差异机理的研究是培育低镉品种的首要基础。本项目以我国第二大蔬菜-辣椒为研究对象，在进行大规模筛选获得低镉和高镉积累典型品种的基础上，研究典型品种间木质部和韧皮部运输镉能力的差异，根系形态结构和根际土壤特征的差异以及不同器官中镉的化学结合形态和亚细胞分布的差异，旨在从镉的吸收和转运方面阐明低镉辣椒品种果实低量积累镉的生理生化机理。本项目的成功实施可以为发展低镉农作物品种的育种技术奠定理论基础，对于揭示低镉农作物品种低量积累镉的规律有重要意义，有利于在保障正常农业生产的同时有效预防土壤镉对农产品的污染。

本项目以辣椒为研究对象，目的是从30个辣椒品种中筛选出典型的高Cd和低Cd品种，并阐明低Cd品种果实低量积累Cd的机理。研究发现辣椒品种间果实Cd含量存在显著差异，并成功筛选到2个高Cd和2个低Cd品种。辣椒果实Cd含量与Cd从根向地上部的转运有关而与根系吸收Cd的能力无关。低Cd品种根中液泡扣留Cd的能力较高Cd品种强。而且，低Cd品种茎和叶中的无机态Cd、水溶性Cd以及与果胶酸盐-蛋白相结合的Cd的浓度较高Cd品种低，从而减少了茎叶中Cd的重新移动。Cd胁迫下，低Cd辣椒品种的根尖数较少，根长较短，根表面积较小，这可能有助于减少Cd从根向茎叶转运。此外，高Cd与低Cd品种间根际土壤可交换态Cd含量并无显著差异，且根系分泌的低分子量有机酸的总量也无显著差异。Cd在植物体内的转运分析显示，高Cd品种能更快地将Cd从根通过木质部向地上部转运。随着辣椒果实的生长发育，根系继续吸收Cd并输送至地上部；然而，没有发现茎叶中有净Cd的重新移动且果实Cd含量显著下降。此外，果实Cd的积累与生物量的积累显著正相关。因此，辣椒品种间果实Cd含量差异的形成可能与韧皮部中Cd的运输有关，主要是根系吸收的Cd输送至茎部后发生Cd从木质部至韧皮部的转移，然后再运至果实。