水稻铬毒害和耐性的机理研究

土壤铬污染已对作物可持续性生产和人类健康构成了严重威胁，培育耐铬毒害和铬低积累作物品种是目前充分利用铬污染土壤和保证粮食生产安全的有效途径，阐明作物铬的吸收与积累特性以及揭示铬毒害的机理则是开展耐铬和铬低积累品种选育的基础。本项目拟在前期工作的基础上，以铬吸收积累和耐性有显著差异的水稻品种（基因型）为材料，利用同步辐射、蛋白组学等技术，重点研究水稻对铬的吸收和转运特性、水稻体内铬的分布特征和化学形态变化规律以及铬胁迫下水稻蛋白质组的响应，以期阐明水稻对铬吸收积累和毒害耐性的基因型差异机理，从而为培育低铬积累水稻品种的培育和安全生产提供理论依据和技术指导。

本研究以铬耐性与积累差异显著的水稻基因型 (秀水113和单K5)为材料，利用同步辐射、蛋白质组学等技术研究了水稻对铬的吸收模式、分布特征及其蛋白质组对铬胁迫的响应。取得的主要研究结果有：（1）水稻根系对三价铬（氯化铬）和六价铬（重铬酸钾）的吸收均符合Michaelis-Menten 动力学模型，但两者的吸收机制有所不同，水稻根系对 三价铬的亲和力和吸收能力均大于六价铬；（2）水稻根系中的铬离子绝大部分累积在表皮细胞中；茎和叶中的铬则主要分布于表皮和维管束组织；（3）水稻蛋白质组对铬胁迫响应具有明显的处理剂量效应和基因型差异，乙二醛酶I （GLO-I）、热激蛋白 (Hsp90)、S-腺苷甲硫氨酸合成酶（SAMS）、NADP-异柠檬酸脱氢酶（ICDH）、谷氨酰胺合成酶（GS）等耐性相关蛋白上调响应铬胁迫；（4）首次发现细胞壁合成相关蛋白蛋白质糖基化多肽（RGP）响应重金属胁迫。