丰源新3号大白菜低积累镉的主要根际和分子机理

近年来，筛选和培育重金属低积累品种被认为是解决中-轻程度重金属污染土壤上农产品安全生产问题的最为有效的途径之一。申请人前期的研究结果表明，大白菜积累镉(Cd)存在显著的品种差异，并成功筛选到了Cd低积累大白菜品种丰源新3号，但对于其低积累Cd的机理尚不清楚。因此，本研究拟采用根际箱试验和水培试验，并尝试应用微X-射线吸收近边结构光谱(μ-XANES)和同步辐射微X-射线荧光光谱(SR-μ-XRF)以及抑制消减杂交(SSH-PCR)等技术手段，从大白菜根系分泌低分子质量有机酸(LMWOA)的主要组成和根际生理生化特征；Cd在大白菜根部的微区分布和赋存形态特征；Cd胁迫下基因差异表达等方面较为系统地研究丰源新3号低积累Cd的主要机理。本研究结果对于今后大白菜在Cd污染土壤的安全生产具有一定指导意义，同时也可为其它作物Cd低积累品种的筛选和培育提供一定的参考价值。

本项目采用水培实验和根际箱实验，较为深入地探讨了丰源新3号（低积累品种），福星80（正常积累品种）和北京小杂56（高积累品种）积累Cd品种差异的主要根际机理。研究结果发现：1）不同的Cd处理下，3种大白菜根际均可检测出草酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸和乙酸，且基本表现为草酸 > 苹果酸 > 酒石酸 > 柠檬酸 > 乙酸，从而说明3种大白菜分泌的有机酸的种类并无显著性差异。大白菜积累Cd品种差异的原因可能与低分子量有机酸的组成无关，而可能与根系分泌低分子量有机酸的总量有关。2）在水培和根际箱实验的不同Cd处理浓度中，3种白菜地上部和地下部中Cd的化学形态存在着明显差异。Cd在北京小杂56地上部中主要以果胶酸盐类，与蛋白质形成的结合态、水溶性有机酸盐或磷酸盐类等形态存在。提高Cd处理浓度，地上部以水溶性有机酸盐、一代磷酸盐及草酸盐形态存在的Cd含量比例增加，而以果胶盐类，与蛋白质形成结合态存在的Cd含量比例减少。Cd在丰源新3号中均以果胶酸盐，或与蛋白质结合态为主要形态存在，从而缓解了Cd的危害。其次以水溶性有机酸盐或磷酸盐类等形态存在，而以草酸盐或无机盐形态赋存的量较少。3）Cd在大白菜叶片亚细胞组分间呈不均匀分布，并且不同大白菜品种间差异显著。丰源新3号和福星80两种大白菜体内的Cd主要积累在细胞质（超过70%）中，其次为细胞壁中，叶绿体和线粒体中含量较低；而对于北京小杂56体内的Cd主要积累在细胞壁中（60-70%），其次为细胞质中，而叶绿体和线粒体同样含量较低。随着Cd处理浓度的增加，大白菜细胞质中的Cd总体呈现下降的趋势，而细胞壁中的Cd总体呈现上升到趋势，这可能与大白菜对Cd的解毒和耐性机制有关。主要学术成果为发表学术论文(专著)5篇，其中SCI收录论文1篇，EI收录论文1篇。指导研究生3名，其中1名已毕业。