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Sci Total Environ西南科大：​NMT发现高Cu低Fe可减少水稻吸Cd但高Cu增加了籽粒Cd浓度

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

微信图文链接

植物根部Cd2+、Cu2+吸收/转运/分布测样服务

 

NMT作为生命科学底层核心技术，是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年，NMT已扎根中国15年。2020年，中国NMT销往瑞士苏黎世大学，正式打开欧洲市场。

 

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感谢本文一作，西南科技大学韩颖副教授供稿

 

基本信息

主题：NMT发现高Cu低Fe可减少水稻吸Cd但高Cu增加了籽粒Cd浓度

期刊：Science of the Total Environment

影响因子：6.551

研究使用平台：NMT重金属创新平台

标题：Iron and copper micronutrients influences cadmium accumulation in rice grains by altering its transport and allocation

作者：西南科技大学董发勤、韩颖、凌勤

 

检测离子/分子指标

Cd2+

 

检测样品

水稻根分生区、伸长区、成熟区

 

 

中文摘要（一作供稿）

       稻田镉（Cd）污染严重威胁了我国部分地区人们的身体健康。本文针对川西南低铁（Fe）、高铜（Cu）的碱性Cd污染稻田土，探讨了通过改变培养介质中Fe和Cu的浓度来修复Cd污染碱性水稻土的潜力。本文评估了这两种微量营养元素（Cu和Fe）对水稻Cd吸收和转运的影响。研究发现添加Cu显著提高了水稻生物量和产量，减少了根系Cd的内流和Cd的向上迁移，从而降低了根系、茎秆和叶片中Cd的浓度，但过量的Cu促进了籽粒中相对较高的Cd分配，尤其是在缺Fe条件下，这可能是因为Cu显著提高了叶片中生物可利用Cd的比例。相比之下，Fe并没有缓解Cd对水稻生长和产量的毒害作用，但显著减少了Cd向籽粒的转移，进而降低了水稻籽粒的Cd累积，这与叶片中生物可利用Cd的比例急剧下降密切相关。该研究认为，Cd在水稻籽粒的累积是可以通过改变生长介质中Fe和Cu的浓度来实现的，适当减少Cu，增加Fe可以降低Cd在水稻籽粒中的积累。

 

 

离子/分子流实验处理

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

处理20 d，80 d（收获籽粒）

 

 
离子/分子流实验结果
       为了更好地了解Cu和Fe诱导根系Cd积累的变化，本研究检测了这些金属在不同根区（分生区、伸长区和成熟区）上诱导净Cd流速的变化。相对于Fe和Cd处理（+Fe+Cd和-Fe+Cd），添加Cu显著降低了水稻根系3个微区的平均净Cd流速（图1）。

       值得注意的是，在-Fe+Cd+Cu处理下，Cu的添加导致Cd从根部外排。Fe也抑制了Cd的吸收（尽管程度比Cu小），因为Cd2+在+Fe+Cd处理下的内流速率明显小于在-Fe+Cd处理下的内流速率。在分生区、伸长区和成熟区，-Fe+Cd处理的Cd内流速率分别是+Fe+Cd处理的1.57倍、1.46倍和1.16倍（图1）。

       Cd2+内流速率在伸长区最高，其次为分生区、成熟区。唯一的例外是-Fe+Cd+Cu处理下，Cd在分生区的外排速率高于伸长区和成熟区（图1）。

 

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 图1. 水稻生长20 d后不同根微区平均Cd2+流速
 

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 图2. 水稻根部成熟区Cd2+吸收检测图
 
 

其它实验结果

  • 大部分的Cd存在于根表皮、中柱和皮层中。

  • 添加Cu可以显著降低根中Cd的荧光强度；单独添加Fe对根中Cd荧光强度无明显影响。

  • 大多数处理下，Cd主要储存在细胞可溶性部分，在根、茎和叶的细胞核和线粒体中储存较少（-Fe+Cd+Cu处理下Cd主要存在于质体和细胞壁中）。

  • 在所有处理中，水溶性Cd在根和茎中的比例均占主导地位；但在叶片中，不同的Cd化学形态所占的比例不同。

  • -Fe+Cd和+Fe+Cd之间Cd形态的变化表明，Fe有助于降低Cd的生物可利用性。

  • Cu显著降低了根中的Cd浓度，但无论Fe的水平如何，Cu都增加了籽粒中的Cd浓度。

  • Cu显著减轻了Cd对水稻生物量和产量的毒性。相比之下，Fe只是在分蘖期略微降低了Cd对叶片生物量的抑制作用，而没有缓解Cd对根、茎生物量和籽粒产量的毒害作用。

 

结论
       本研究观察到，Cu能有效缓解Cd对水稻的胁迫，具体表现为增加生物量和成熟速率，特别是在缺Fe条件下。Cu对Cd的解毒作用可能是由于Cu降低了水稻根系中Cd的内流速率，同时Cu通过根系维管柱减弱了Cd从根系向地上部的转移，从而进一步减轻了Cd对水稻地上部的胁迫。然而，Cu显著增加了谷物中的Cd浓度，这种模式是由Cu添加下叶片中Cd的生物可用性增加所驱动的。

       相比之下，Fe并没有明显缓解Cd对水稻生物量和籽粒产量的毒害作用，可能是因为单独Fe只是轻微减少了Cd在根系的内流，并没有减少Cd向维管柱的运输。然而，Fe显著降低了叶片中生物可利用Cd的比例，导致籽粒中Cd的积累量显著下降。

       本研究结果表明，对低Fe、高Cu背景的Cd污染碱性水稻土进行修复，可以以提高Fe和降低Cu浓度为目标。进一步的研究应该评估本研究结果在其他物种中的普适性，以及这些模式是否可能在CO2浓度升高或热胁迫的气候变化条件下被改变。

 

 

测试液

0.1 mM CdCl2, pH 6.0

 

仪器采购信息

  • 据中关村NMT产业联盟了解，四川地区西南医科大学、中国科学院成都生物研究所、四川农业大学小麦研究所分别于2012年、2013年、2019年采购了旭月公司的非损伤微测系统。

 

文章原文：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146118

 

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