基因型与水分调控对蕹菜吸收土壤镉的影响及其机制研究

Nowadays, cadmium contaminated fields affects the quality of vegetables and yield, and subsequently in humans foods posing human health threat. Water spinach (Ipomoea aquatica Forsk.) is a common leafy vegetable, which is a wetland plant as well as a xerophytic plant, owing a strong ability in Cd accumulation and can be easily contaminated by Cd. At present, there is no kind of economic and effective repairing method suitable for Cd polluted fields. The existing results showed that genetic variation contributes to changes in Cd concentrations in water spinach and reduction conditions conducive to the formation of insoluble sulfides. These results suggest that low Cd genotype selection and field water management could used to reduce the accumulation of Cd in water spinach. However, for water spinach, the research on its mechanism is rarely reported. The aims of this study were therefore to investigate the impacts of genotypes in ecophysiological features of water spinach roots [e.g. karyotype analysis, root porosity and ROL, root morphology] and Cd uptake, transfer and distribution in plant, and alteration of growth environment by water management on the uptake and accumulation in water spinach and their correlations.

农田镉（Cd）污染影响着蔬菜的品质和产量，影响人类健康。蕹菜是我国一种常见的叶菜类蔬菜，旱作和水栽均可，富集Cd能力较强，易受Cd污染。目前尚未有一种经济高效的修复方法适用于Cd污染农田。现有结果显示，不同基因型蕹菜对Cd的积累有较大差异，淹水还原条件有利于形成难溶的硫化物。这暗示着可通过Cd低积累基因型的选用和农田水分管理来达到减少蕹菜对Cd积累的目的。但目前相关机理研究鲜有报道。本研究拟通过室内盆栽和田间实验比较不同蕹菜基因型对Cd的吸收、积累的差异，并从蕹菜的核型、湿地植物特征（渗氧能力）、根系形态特征、蕹菜对Cd的吸收、转运和分配的角度揭示这些差异形成的原因，研究基因特征和水分条件对蕹菜Cd积累的影响及所涉及的机理，评估基因型选择和水分条件的重要性。研究结果将为筛选Cd低积累蕹菜基因型及减少蕹菜Cd含量的田间管理措施提供理论依据和方法。

我国近1/5耕地土壤受到不同程度的重金属污染, 其中镉(Cadmium, Cd)超标率最高。农田镉（Cd）污染影响着蔬菜的品质和产量，影响人类健康。蕹菜是我国一种常见的叶菜类蔬菜，旱作和水栽均可，富集Cd能力较强，易受Cd污染。目前尚未有一种经济高效的修复方法适用于Cd污染农田。现有结果显示，不同基因型蕹菜对Cd的积累有较大差异，淹水还原条件有利于形成难溶的硫化物。这暗示着可通过Cd低积累基因型的选用和农田水分管理来达到减少蕹菜对Cd积累的目的。但目前相关机理研究鲜有报道。本研究拟通过室内盆栽和田间实验比较不同蕹菜基因型对Cd的吸收、积累的差异，并从蕹菜的核型、湿地植物特征（渗氧能力）、根系形态特征、蕹菜对Cd的吸收、转运和分配的角度揭示这些差异形成的原因，研究基因特征和水分条件对蕹菜Cd积累的影响及所涉及的机理，评估基因型选择和水分条件的重要性。研究结果将为筛选Cd低积累蕹菜基因型及减少蕹菜Cd含量的田间管理措施提供理论依据和方法。.结果显示，(1)蕹菜Cd吸收、积累存在品种间显著差异，淹水处理增加了土壤Cd的钝化、降低土壤中Cd的生物可利用性，减少蕹菜对Cd的吸收和积累，增加了蕹菜的生物量而且能使大部分蕹菜品种达到食品安全范围。(2)根系形态特征中单位面积根尖数的减少是低积累蕹菜品种减少Cd吸收的一种途径，而根吸收动力也是造成Cd蕹菜品种间Cd积累差异的主要原因。(3)Cd低积累蕹菜品种更多的将Cd以果胶酸盐、蛋白质结合或吸着态固定在细胞壁，以减少Cd朝地上部的转运。(4)蕹菜根系渗氧能力存在品种间显著差别，且这种差别在Cd胁迫下仍具有稳定性，而且渗氧能力强的品种更容易诱导铁膜在根表形成（尤其是根尖部分），以固定Cd，阻碍其向根内及地上部转移，从而形成了Cd低积累特性。(5)渗氧能力强的品种对根际影响较大，能更有效地降低根际土壤pH, 提高Eh，更有效地降低土壤Cd的移动性，以及更易在根表形成铁膜以固定Cd，从而减弱Cd向植物的迁移。