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nginx/1.4.1以籼稻(国稻6号)、粳稻(秀水09)两种类型水稻品种为材料，采用营养液培养，考察根际通气增氧对水稻苗期根系生长和氮代谢生理状况。结果表明，根际通气增氧后，水稻根系干物质积累量，根长、根体积、根系活力以及吸收面积较对照均有不同程度增加。水稻根系硝态氮(NO3—N)含量、谷氨酸合成酶(GS)活性、谷草转氨酶(GOT)活性、谷丙转氨酶(GPT)活性、游离氨基酸和可溶性糖含量均有所增加。不同基因型品种，在本试验条件下，通气增氧能显著提高粳稻秀水09苗期根系氮代谢生理活性，处理间差异达显著水平；杂交籼稻国稻6号增氧能增加苗期根系氮代谢生理活性，但和对照间差异未达显著水平，说明通气增氧对水稻根系氮代谢生理活性的影响和水稻基因型有关。
不同水稻品种对重金属镉的吸收积累存在显著的基因型差异，因而不少研究者都认为通过筛选镉低积累水稻品种，可以得到在镉中度或轻度污染的土地上生产籽粒镉含量不超标的水稻品种。大量研究表明水稻籽粒中镉含量不仅在品种间达显著差异，而且在水稻的品种类型间也达显著性差异，但是研究结果之间多有差异与矛盾之处，可能是由于试验条件的不同导致的，而环境因素对糙米镉含量的影响以及品种差异的稳定性尚需进一步探索。
本研究试图通过大田和土培盆栽试验来研究品种与环境效应对水稻糙米镉累积的相对贡献率，并探索水稻糙米镉累积品种差异的原因以及稳定性问题，从而研究筛选镉低累积水稻品种的可行性并找出其可行方法。大田试验是2007年在韶关市的大宝山试验地中选取了相隔不远(均在上坝村)但土壤镉含量有所差异的两块地(A地块土壤全镉含量为0.51 MG·KG-1，B地块土壤全镉含量为1.20MG.KG-1)进行品种试验。2008年进行的盆栽试验以上坝镉污染水稻土(土壤全镉含量为0.60 MG·KG-1)为材料，早稻采用全生育期淹水和水稻抽穗后排水处理，晚稻进行不同种植制度处理，单作晚稻连作晚稻(与种植早稻的土一样)。
试验结果表明，水稻品种间存在显著差异。自然环境因素(地块、季节)和人为环境因素(水分管理、种植制度)对糙米镉含量的影响效应都要大于品种效应。抽穗后排水处理的水稻对CD的吸收与籽粒积累十分强烈，就地消费人群的籽粒CD暴露风险水平达到数倍于临界摄入剂量水平。因此，在CD污染土壤中栽培必须考虑水分管理对水稻吸收CD的影响与籽粒CD的暴露风险。本试验中，单作早、晚稻间的稻米镉含量差异因品种而异。连作下，晚稻具有更大的镉风险。
在两种水分管理中，水稻品种间糙米镉含量的排名顺序基本一致，从而表明在低污染水平土壤上，水稻对CD的累积品种间存在一定的稳定性。试验研究发现培杂泰丰这一超级稻具有稳定的低镉吸收累积和低镉风险特性，对于这样的品种应进行重点研究。而水稻类别间镉含量没有显著差异，超级稻相对于杂交稻和常规稻，杂交稻相对于常规稻不存在更大的镉风险。因此根据水稻类型来筛选意义不大。
关键词：水稻；籽粒；镉；基因型；环境因素
湖南既是“有色金属之乡”，又是“鱼米之乡”。水稻是湖南的主要粮食作物，但是由于矿产开采和金属冶炼过程中的废水、废渣及降尘等未经处理直接排放，造成矿区和冶炼区周围的农田土壤受到不同程度的重金属污染，如砷毒田土壤中含砷量高于世界土壤的平均含砷量。稻田土壤中的砷，一方面，被水稻吸收和利用，导致水稻的产量和品质的降低；另一方面，通过秸秆、米糠和大米经食物链进入动物和人体内，直接或间接的危害人体健康。本研究通过对湖南省多个县市被广泛关注的矿区和冶炼区周围的稻田土壤和水稻样品，以及市场大米样品中砷和其它重金属污染状况做了一个初步的调查和评价，采用野外稻田实验和温室培养相结合方式，探讨水稻吸收土壤砷以及其它重金属，及其在水稻体内分布和转运，以及利用工业固体废弃物(粉煤灰、铁矿尾渣和锰矿尾渣)修复砷污染土壤的可能性。研究的主要结论如下：　　
1)矿区和冶炼区周围的稻田土壤中砷、铅、镉、铜和锌的含量都高于湖南背景值和国家土壤环境质量标准值，且呈对数正态分布。在所调查的区域中，衡阳常宁市水口山铅锌矿区和株洲清水塘冶炼区附近的水稻土受到砷、铅、镉、铜和锌的严重复合污染，具有很高的潜在风险程度；其它地区的水稻土分别受到砷、铅、镉、铜和锌不同程度的复合污染和潜在生态风险。单因子指数法和潜在风险评价表明，水稻土中镉的污染指数和潜在风险参数最高，其次是砷和铅。　　
2)湖南市场大米样品中砷、铅和镉的平均含量分别是0.20、0.20和0.28 MGKG-1，其中衡阳产的大米中砷、铅和镉的含量都很高，其次是湘潭生产的大米。矿区和冶炼区大米样品中砷、铅和镉的平均含量分别是0.24、0.21和0.65 MG KG-1，均比市场所购米样中AS、PB和CD的含量要高，衡阳常宁市水口山铅锌矿区的稻谷样品中砷、铅和镉含量是最高的，其次是株洲清水塘冶炼区和湘潭锰矿区的稻谷。砷、铅和镉在矿区和冶炼区稻谷中的分布是：米糠＞糙米＞精米。在湖南米样的健康风险评价中，镉是影响人体健康的主要因子，株洲和湘潭污染区的相对贡献率达到90％以上，其次是砷和铅。　　
3)野外稻田土壤中砷的平均含量是64.44 MG KG-1，砷污染导致水稻稻谷的产量显著下降。不同水稻基因型的根系中砷的含量是土壤中砷含量的3.1-6.0倍。34个不同水稻基因型中砷的分布具有显著性的差异(P＜0.05)，杂交中稻糙米样品中砷的含量(0.31-0.47 MG KG-1)低于杂交晚稻基因型糙米中砷的含量(0.35-0.52MG KG-1)和常规稻中砷的含量(0.39-0.50 MG KG-1)。不同水稻基因型的糙米中无机砷的浓度都＞0.15 MG KG-1，水稻稻秆和谷壳中AS含量范围分别是7.39-11.76 MGKG-1和1.40-2.10 MG KG-1。砷在土壤—水稻系统中的分布都是：根系＞土壤＞稻秆＞谷壳＞糙米＞精米。　　
4)在温室培养实验中，水稻土壤中砷、铅和镉的污染分数与稻谷产量呈显著负相关(P＜0.05)。除铅之外，稻谷中砷和镉的含量与其在土壤中的含量和土壤的基本性质有显著相关性(P＜0.05)。大约有35.7-88.1％的总砷，14.0-33.9％的总铅和11.2-33.1％的总镉富集在根表铁膜。砷、铅和镉在水稻植株中的分布是：根系＞＞稻秆＞谷壳＞糙米。CD在土壤—水稻(地上部分)，以及在水稻体内(稻秆-谷壳，谷壳-糙米)的转运系数最大，其次是砷或铅。大米中CD的含量超过食品卫生标准值。　　
5)向已受砷污染的土壤中添加粉煤灰、铁矿尾渣和锰矿尾渣后，土壤PH值有所上升，且有显著差异(P＜0.05)。与对照相比，锰矿尾渣的添加导致水稻产量有所降低，但是在2％锰矿尾渣处理下，谷壳和糙米中AS的含量是最小的，分别为0.13和0.06 MG KG-1。水稻中MN的含量与FE和AS是显著的负相关(P＜0.05)，而FE与AS却是显著正相关(P＜0.05)。锰矿尾渣修复砷污染的土壤效果较好，其次是铁矿尾渣和粉煤灰。　　
水稻是我国乃至亚洲的主要粮食作物之一。世界上90％的水稻产自亚洲，而在亚洲一些国家(如孟加拉国、中国(包括台湾)、泰国等)的稻米主要生产区，土壤和地下水已遭受到较为严重的砷污染。土壤中的砷可以通过秸秆和稻米经食物链进入人体，直接或间接危害着人体健康。近年来，针对水稻吸收及转运砷的问题国内外已有一些报道，然而，这些研究都忽略了一个重要环节—水稻特殊的根际环境效应。而水稻根表自然形成的铁氧化物膜(铁膜)作为根际不可分割的一部分，以及砷等污染物进入根系的门户，对砷的迁移、吸收和在组织中的累积有何作用及作用程度如何?目前国内外有关的研究尚少，这也正是本论文主要研究的问题。
本研究采用不同的培养系统研究了水稻根表形成的铁膜对砷吸收和转运的作用机制。
(1)根表铁、锰氧化物膜对水稻吸收和转运砷的影响
在诱导铁、锰膜12小时后，水稻根表出现了明显的红棕色铁膜，但锰膜形成的数量相对较少。当营养液中供应的砷为五价砷(AS(Ⅴ))时，铁膜上砷的富集量远高于对照和锰膜处理，并且也明显高于三价砷(AS(Ⅲ))处理。这说明铁膜对AS(Ⅴ)的亲和力高于对AS(Ⅲ)的亲和能力。供应AS(Ⅲ)时，大部分砷(55％)累积在水稻根中；供应AS(Ⅴ)时，大部分砷(60％)富集在根表铁膜中。对锰膜处理和对照而言，无论供应的砷为何种形态，大部分砷(62％-69％)均累积在根中。
(2)根表铁膜的数量与基因型对水稻吸收和转运砷的影响
对于三个基因型(两个亲本和一个后代)而言，形成铁膜的能力是不同的。根表沉积的铁膜数量和砷在膜上的富集浓度之间存在极显著的正相关关系。大约75-89％的砷与铁膜共同包裹在根表。地上部砷浓度存在显著的基因型差异，说明不同基因型水稻转运砷的能力是不同的。
(3)磷饥饿及其诱导产生的铁膜对水稻吸收和转运砷的作用
磷饥饿(缺磷)24小时后，水稻的根表出现了明显的红棕色物质的沉积，扫描电镜的能谱分析结果显示，根表的红棕色物质是铁的氧化物。磷饥饿时，富集在根表的砷浓度明显高于磷营养正常的水稻植株，然而转移到茎叶的砷浓度变化正好与之相反。这说明缺磷诱导铁膜的形成使磷—砷二元的相互作用关系转变为磷—铁膜—砷三元的相互作用关系，并且降低了砷由根系向地上部的转运。
(4)砷在土壤—铁氧化物膜—水稻体系中的累积与迁移规律
采用土壤—玻璃珠联合培养的方式，选择六个氧化能力不同的水稻基因型，以经历整个生育期的水稻及根表自然形成的铁膜为研究对象，研究了砷在土壤—铁膜—水稻(根系到籽粒)系统中的累积和迁移规律。主要结果如下：氧化能力不同的水稻基因型根表沉积的铁膜的数量存在明显差异。砷在铁膜—根系—秸秆—颖壳—籽粒中的分布呈依次递减的趋势。对于籽粒中砷的形态进行了分析，基因型之间存在明显的形态差异。无机砷的排列顺序为：科优1360(KY-1360)＞94D-64＞圭630(GUI630)＞远诱一号(YY-1)＞94D-54和94D-22；有机砷的分配趋势则为：YY-1＞94D-54＞94D-22＞GUI630＞KY-。
总之，铁膜是水稻根系表面客观存在的一种自然现象。该氧化物膜对五价砷有很强的富集能力，在根际微环境中是五价砷吸收的缓冲区。
铁是维持植物正常生命活动的重要微量元素。虽然土壤中富含铁素，但是由于铁的可利用性非常低，因此植物缺铁现象相当普遍。同时，由于植物是人类与其他动物铁营养的主要来源，研究并阐明植物中铁的吸收、转运、代谢、储存等机制，对于提高全球粮食产量和改善人类营养意义重大。
磷是影响植物铁的吸收利用及其有效性的一个重要因素，铁磷元素之间存在的生理拮抗互作是植物营养研究领域备受关注的热点。为探明磷对于水稻铁的吸收利用的影响及铁磷互作的分子机制，本研究对苗期水稻植株进行不同铁磷营养的供给处理(+fe+p，-fe+p，+fe-p， -fe-p)，分析了在不同磷铁供给水平下水稻幼苗的生理表现和基因表达的变化。研究发现，虽然水稻植株中的总铁含量在两种缺铁处理中(-fe+p，-fe-p)都显著的降低，但是水稻植株只在-fe+p处理条件下表现为显著缺铁症状。进一步对四种处理条件下的植株水溶性铁含量的分析结果显示相对于-fe+p处理条件，-fe-p条件下水稻植株中有效铁含量显著提高，表明缺磷能够显著提高植株中铁的有效性。这一结论在两种+fe条件下同样适用，即+fe+p条件下铁的有效性显著的低于+fe-p条件。以上结果更明确了植物铁磷拮抗互作的普遍性。
利用affymetrix水稻全基因组芯片对上述四种不同铁磷水平处理的水稻根及地上部分的基因表达的转录本分析得到如下结果。首先，基因表达的主成分分析与基因差异表达数都表明，相对于单种元素的缺乏(缺铁或缺磷)，铁磷双缺与正常培养条件的基因表达谱相似度较高，说明铁磷间存在的拮抗互作关系。其次，与+fe+p条件相比，-fe+p条件下产生了总共7，628个显著性(p<0.05)差异表达基因，而这些基因中仅有约15%在-fe-p条件下仍存在显著性差异。说明缺磷能够很大程度上回复缺铁响应基因的差异性诱导表达。此外，通过上述基因差异表达分析，发现了许多参与铁的吸收与转运，缺铁响应基因的表达调控基因以及代谢途径相关基因等缺铁响应基因，其中不仅包含了一些已知的缺铁响应基因(例如 ir02， osirt1，osaas1，osysl15等)，还发掘了许多未有报道的新的缺铁响应基因，例如opt转运体家族基因osopt1与osopt2， bhlh家族转录因子osirbhlh1与osirbhlh2等。对这些新发现的缺铁响应基因功能的研究将大大提高我们对植物缺铁响应过程的了解，也将为这些基因在分子育种中的应用提供理论基础。
在上述新发现的缺铁相应基因中，我们选取一个在水稻根及地上部分都显著受缺铁上调表达的bhlh转录因子osirbhlh2进行了功能的初步研究。通过各种缺素处理下基因表达分析表明该基因在水稻根及地上部分受缺铁特异响应，该基因与sgfp的融合表达亚细胞定位结果表明osirbhlh2蛋白定位于细胞核内，可能为转录因子。对osirbhlh2超表达转基因水稻的缺铁响应表型及基因表达的分析表明，osirbhlh2对水稻缺铁响应基因的表达有负调控效应，过量表达osirbhlh2造成转基因水稻在低铁条件下不能有效的诱导缺铁响应机制，从而表现出对缺铁超敏感的现象。
对植物缺铁响应机制及铁的动态平衡的研究的一个重要目标是应用于培育富铁作物来解决目前全球性缺铁流行的问题，本研究利用基因工程技术与铁生物有效性评价的细胞模型筛选并发现了一种新的能够促进铁吸收的成分物质一尼克酰胺(nicotianamine，na)。水稻种子中特异超表达na合成酶基因osnas1后获得的na高积累的转基因水稻，在人结肠癌细胞系(human colonadenocarcinoma cell line，caco-2)细胞模型评价体系中，其籽粒的铁吸收效价显著高于原始品种。用化学合成的na添加到米粉中，同样能够显著地提高米粉中铁的有效性，na与抗坏血酸(aa)添加至fes04与fecl3中的对比实验表明，na对铁有效性的促进作用高于从。综上所述，我们发现了一种新型的植物来源的铁吸收促进剂na，为生物强化解决全球性缺铁问题提供了一种切实有效的策略。关键词：水稻，fe，p，水溶性铁含量，基因芯片分析，缺铁响应基因，转录因子，bhlh家族转录因子，osirbhlh2，尼克酰胺(na)，caco-2细胞模型，生物有效性铁，生物强化
镉(cd)是农田土壤中主要的污染物质。随着工业的发展，cd污染日趋严重，对农业生产和人类健康构成严重的威胁。本研究以水稻不同品种为材料，研究cd对水稻产量和品质的影响及其生理机制，探讨通过灌溉和施肥等农艺措施减轻cd对水稻危害的技术途径，为水稻优质安全生产提供理论依据和实践指导。主要结果如下：
1、cd对水稻产量和品质的影响
当土壤cd浓度为60或90 mg kg-1时，扬稻6号和扬粳9538的产量与对照(土壤未加cd处理)无显著差异。这两品种在cd浓度为120或1 80 mg kg-1以及武运粳7号在cd浓度为60或120 mg kg-1条件下产量均较对照显著降低。在cd胁迫下产量降低的原因主要在于穗数或每穗颖花数的减少，cd对结实率和千粒重无显著影响。cd对稻米加工品质、外观品质、蒸煮品质以及蛋白质含量无显著影响。随土壤cd浓度的增加，稻米醇溶蛋白含量增加，清蛋白和球蛋白含量则降低。当土壤cd浓度为60和90 mg kg-1时，稻米淀粉谱的最高粘度、热浆粘度、最终粘度、崩解值和消减值与对照无显著差异；当土壤cd浓度为120和180 mg kg-1时，稻米淀粉谱的最高粘度和崩解值显著降低，热浆粘度、最终粘度和消减值显著增加。在相同土壤cd浓度下，同一器官的cd浓度在品种间无显著差异，但扬稻6号cd累积量高于扬粳9538。表明cd对水稻产量的影响以及cd在稻株的累积量在品种间存在差异，高浓度cd可降低稻米的营养品质和食味性。
2、水稻对cd胁迫的生理响应
cd胁迫增加了根系和叶片自由基含量；诱导超氧化物歧化酶(sod)、过氧化氢酶(cat)和过氧化物酶(pod)同工酶小分子量的特异表达；增加了水稻根系分泌物含量；降低了水稻dna和蛋白质含量；水稻可溶性蛋白质一维电泳和二维电泳分析结果表明，cd胁迫后水稻可溶性蛋白质表达发生改变。cd诱导了水稻幼苗根系10个蛋白质点和叶片8个蛋白质点的表达，抑制了根系4个蛋白质点和叶片8个蛋白质点的表达。
3、水稻耐cd性不同品种一些农艺与生理性状
cd处理后，耐cd基因型(汕优63和扬粳9538)籽粒产量较ck(土壤中未加cd)降低了6.2％～8.9％，cd敏感基因型(扬稻6号和武运粳7号)产量较对照降低38.3％～47.1％。cd处理后每盆穗数和每穗颖花数减少是减产的主要原因，结实率和千粒重在cd处理与ck间无显著差异。cd处理显著抑制了cd敏感基因型的分蘖发生，导致整个生育期干物质积累的显著下降。cd处理对物质运转率和收获指数无显著影响。在cd胁迫下，分蘖至拔节期cd敏感基因型的根系活力、叶片光合速率、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性明显低于耐cd基因型，叶片超氧自由基和过氧化氢含量、乙烯释放速率及根系伤流液中1-氨基环丙烷1-羧酸浓度则显著高于耐cd基因型。抽穗以后cd对上述生理指标以及整个生育时期叶片脱落酸含量无显著影响。说明cd对水稻生长发育的影响主要在生育前期(分蘖至拔节期)，此期分蘖发生多、根系活力和叶片抗氧化保护系统能力强及乙烯合成少是耐cd基因型水稻的主要农艺和生理特征。
4、结实期灌溉方式对水稻品质和不同器官cd浓度与分配的影响
在土壤cd污染条件下，与水层灌溉(ww)相比，结实期轻干一湿交替灌溉(md)可以增加产量和改善稻米的加工与外观品质，结实期重干-湿交替灌溉(sd)则降低产量和品质。md和sd均可增加cd在根的浓度和分配比例，降低cd在茎叶的浓度和分配比例；md对籽粒和精米中的cd浓度无明显影响，但可显著降低cd在籽粒中的分配比例，sd则增加了籽粒和精米的cd浓度。在md条件下，根系活力增强和叶片气孔导度降低(即蒸腾强度小)是根系cd浓度大、茎叶cd浓度小以及籽粒cd分配比例低的重要原因；而在sd条件下，根系和籽粒cd浓度大、茎叶cd浓度小与气孔导度显著降低和茎叶cd表观输出率大幅度增加有密切关系。
5、全生育期干湿交替灌溉对水稻产量和品质及cd积累的影响
与保持水层(ww)相比，全生育期轻干湿交替灌溉(md)提高了根系氧化力和光合速率，使产量增加了8.6-10％，改善了加工品质和外观品质，全生育期重干湿交替灌溉(sd)的结果则相反。md和sd均降低了叶片蒸腾速率，sd尤为明显。md和sd显著增加了根系中cd的浓度，降低了稻草中cd的浓度。md使籽粒中cd浓度降低了8.6-9.7％，精米中cd浓度降低了27-31％。sd则显著增加了籽粒中cd浓度，但降低了cd在精米中浓度。说明全生育期轻干湿交替灌溉可以增加产量和减少cd在水稻可食部分的含量。
6、氮肥对水稻品质和不同器官cd浓度与分配的影响
在相同施氮量情况下，cd处理显著降低了产量。在相同土壤cd浓度下，产量随施氮量(0～600 kg ha-1)的增加而提高。施氮量和cd处理对稻米的出糙率、精米率和整精米率无显著影响。在相同施氮量情况下，cd处理使胶稠度增加，直链淀粉含量降低。cd对稻米垩白率、垩白度和蛋白质含量无显著影响。随施氮量的增加，颖壳、糠层和精米中cd浓度均随之增加，但精米cd浓度在on(不施氮)与mn(300 kg ha-1)之间无显著差异。cd在颖壳和糠层中的分配比例也随施氮量的增加而显著提高，但cd在精米中的分配比例则随施氮量的增加而显著降低。表明在cd污染的稻田适当施用氮肥并不会明显增加cd在精米中的浓度，并可降低cd在精米中的分配比例。
微量营养元素失衡已成为影响人类健康的最重要因素之一，给个人和国家及
整个社会医疗体系带来沉重的负担。硒、锌是动植物和人体中不可缺少的微量元
素，开展富硒或富锌水稻的遗传育种，被认为是克服当前微量营养元素SE、ZN失
衡的最经济和有效途径之一，对防治疾病、增进健康和延缓衰老具有重要的意义，
因此急需要加强对控制籽粒高SE、ZN含量基因的鉴定和研究。籽粒硒、锌含量的
QTL定位和遗传分析对研究富硒、锌水稻的遗传育种具有重要的意义。
本研究以水稻亲本奉新红米和明恢100杂交的145个株系的F2群体为试验材
料，利用92个SSR标记对水稻籽粒硒、锌含量进行了QTL定位分析，其研究结果
①籽粒SE含量在F2群体中呈现多峰偏态连续分布，说明是籽粒硒含量是由
少数主效基因控制的数量性状；群体籽粒锌含量呈现接近正态的单峰连续分布，
说明锌含量是由多基因控制的数量性状。
②利用复合区间作图法，构建了一张含有92个SSR标记的遗传连锁图谱，
覆盖水稻基因组约总长2187.5CM，标记间平均距离23.7CM,占水稻基因组的49.2％。
③共检测到6个水稻籽粒硒的QTLS，位于第2、3、5、6、7染色体上，对
表型变异的贡献率在4.10％～12.74％之间，其中位于第3染色体的分子标记RM7
和RM251之间的QSE3对表型变异的贡献率最大，为12.74％，其增效等基因来自
亲本奉新红米，表现为显性效应。6个QTLS的联合贡献率为42.19％，具有基因累
④共检测到水稻锌含量相关的QTL 3个，分布于第3、6、11染色体上，对
表型变异的贡献率分别为4.97％、12.75％、7.74％，3个QTLS的联合贡献率为
25.46％。其中位于第3染色体的分子标记RM186和RM168之间的QZN3对表型变异
的贡献率最大，其增效等基因来自亲本明恢100，表现为部分显性。
关键词：功能水稻，硒，锌，QTL定位，遗传。
东南亚和我国部分地区地下水和稻田砷污染严重。进入水稻的砷可通过大米以及大米制品的食用进入人体，对人体产生健康风险。本文主要研究砷的同系物磷对水稻砷毒性、吸收、代谢以及形态配比的影响；同时通过基因转导的手段将控制砷代谢过程的关键基因砷酸盐还原酶基因(OSACR2.1)和亚砷酸甲基转移酶基因(ARSM)超量表达到水稻体内，调控砷的代谢，改变水稻籽粒砷含量和形态配比。最终，通过水稻籽粒砷含量和形态配比的改变降低大米食用产生的人体健康风险。
研究结果表明：缺磷胁迫的水稻对五价砷毒性十分敏感，添加50 μM砷酸钠4小时后表现急性砷中毒症状，而加磷水稻在24小时的处理过程内未表现砷中毒症状。水稻砷暴露过程中，外部磷含量的增加可明显降低砷的吸收积累量，减轻水稻砷中毒症状。
缺磷胁迫诱导水稻根系砷酸盐还原酶基因OSACR2.1表达量和砷酸盐还原酶活性的增加，同时缺磷诱导过氧化氢含量增加，营养液中外加过氧化氢可诱导OSACR2.1表达量增加。砷形态分析表明，苗期水稻体内砷主要以五价砷和三价砷的形式存在，未检测到甲基砷。缺磷胁迫后加砷处理的水稻根系内和根系释放液中五价砷比例较高，而加磷水稻加砷处理后根系内和释放液中三价砷占绝对优势。由此可见，磷可改变水稻体内砷的代谢和形态配比。
利用农杆菌介导的方法分别将水稻体内克隆的OSACR2.1和红假单胞菌中克隆的ARSM基因成功转入日本晴的愈伤组织，并且利用NORTHERN杂交技术筛选得到了转录水平分别超量表达两个基因的阳性苗。对两种阳性植株的籽粒进行砷形态分析，结果表明：超量表达ARSM基因的水稻糙米和谷壳中的总砷含量明显降低，籽粒中砷形态配比变化不大，仅三价砷的百分比略微降低，DMA的百分含量略微增加。超量表达砷酸盐还原酶基因OSACR2.1的水稻谷壳中总砷含量显著降低，糙米中总砷含量变化不大。OSACR2.1基因的超量表达改变了糙米中砷的形态配比，DMA和三价砷百分含量明显增加，五价砷的绝对含量和百分比显著降低。由此可见，ARSM和OSACR2.1基因的超量表达可通过不同方式降低水稻籽粒的砷毒性。
两种转基因水稻T1代幼苗砷抗性试验表明：超量表达ARSM的水稻幼苗对三价砷的抗性增强，添加20 μM亚砷酸钠48小时后，野生型(WT)表现明显砷中毒症状，但ARSM基因超量表达的水稻幼苗未表现任何砷中毒症状。ARSM基因超量表达的水稻地下部砷含量为WT的2倍，而地上部砷含量低于WT，转运系数(地上部砷含量/地下部砷含量)由野生型中的0.093降低至0，047，这说明尽管超量表达ARSM基因吸收的总砷量较野生型高，但砷大部分保留在根系中，向地上部转运少，因此地上部未表现砷中毒症状，三价砷抗性增强。超量表达OSACR2.1或ARSM基因均对水稻五价砷的抗性影响不大，但当五价砷浓度较高时(100 μM)，超量表达OSACR2.1基因增加水稻地下部三价砷含量和百分比，降低地上部三价砷含量，利于水稻砷解毒。
关键词：水稻，磷，砷，砷酸盐还原酶，亚砷酸甲基转移酶，基因超量表达，REAL-TIME PCR，NORTHERN杂交技术
控制砷(AS)通过土壤—植物系统向人体的迁移和积累，从而降低AS对人类健康的危害具有重要的现实意义。本论文主要研究P对高等植物AS的吸收代谢的影响，并筛选出一些AS的低积累的作物品种或基因型。主要结论为：尽管AS(V)是通过P(V)吸收通道吸收的，但是在植物中，这个吸收体系对P(V)有更高的选择性。植物和酵母具有不同的AS解毒途径，在酵母中AS(V)还原成AS(Ⅲ)，并泵出细胞外是主要的解毒途径；而在植物中尚未发现AS(Ⅲ)的泵出途径，植物主要通过对P(V)的选择性吸收和限制AS向地上部转运来解毒。至少部分AS和P在从地下部向地上部转运的过程中共转运，P充足的植物比P饥饿的植物向地上部转运更多的AS。在土壤—植物系统中，存在两种类型的P(V)和AS(V)的交互作用，发生在两个不同的位点，一个是土壤颗粒表面的吸附—解吸过程，另一个是根细胞膜上竞争同一个位点的竞争过程(由植物种类和品种决定)。因此，AS(V)和P(V)的相互作用对植物吸收积累AS的影响决定于土壤—植物系统中这两个过程的动态平衡。发现了AS的耐性与超敏感的水稻基因型，这两个水稻基因型中的AS(V)耐性机理与绒毛草和拟南芥ARS1中发现的“典型的”耐性机理不同，但是这两个水稻基因型的差异敏感性对AS污染湿地的水稻育种有许多重要的应用。
镉是有毒重金属，且是已知的危害最严重的农田污染类型之一。土壤镉污染不仅影响作物生长发育，降低产量和品质，而且通过植物吸收累积，残留在植物的可食用部分，最终通过食物链进入人体，对人类健康产生巨大威胁。水稻是我国也是全球最重要的粮食作物，水稻对镉的吸收、积累以及耐性存在显著的基因型差异。但有关籼、粳、糯水稻耐镉性、镉积累与分配的差异仍缺乏研究。番茄起源于热带、亚热带地区，对低温胁迫敏感，目前，对番茄逆境生理方面的研究，大多停留在低温胁迫对番茄生理生化指标的影响，有关镉胁迫对番茄幼苗生长及生理影响的研究仍少见报道。种子萌发和幼苗生长既是植物生活周期的起点，也是植物感知外界环境的最初生命阶段。本研究采用沙培、水培试验，研究了不同浓度镉对不同类型水稻和番茄幼苗生长和某些生理特性的影响，探讨不同浓度镉处理对水稻、番茄幼苗的毒害程度及其受镉伤害的生理机制。
在自然环境中，陆生植物被各种各样潜在的威胁所包围，例如干旱、高盐、低温等非生物胁迫和食草昆虫、致病真菌和细菌等生物胁迫。覆盖在陆生植物表面的含蜡表皮构成其防御的第一道屏障。除此之外，表皮还在防止器官融合和介导花粉.雌蕊互作等方面起作用。
植物表皮蜡质是极长链脂肪酸(VERY LONG CHAIN FATTY ACIDS，VLCFAS)及其衍生物的混合物。β-酮酰-COA合成酶(β-KETOACYL-COA SYNTHASE，KCS)催化的长链酰基-COA和丙二酰-COA的缩合反应是VLCFA延伸的限速步骤。近十年来，对拟南芥突变体的分子遗传学分析使我们对KCS有了较多的了解。然而，对单子叶植物中的KCS知之甚少。本论文的主要工作即是从单子叶模式植物水稻中分离第一个KCS基因并对其进行表达模式和基因功能的研究。
KCS基因WSL1的分离源于T-DNA插入突变体WSL1的发现。突变体WSL1表现出植株矮化、叶片常有卷曲、根系短且稀疏、花序短且结实率低等一系列异常表型。进一步的微观形态观察还发现突变体的卷曲叶片发生融合，而且突变体地上器官表面的蜡质晶体有明显减少。由于表皮结构的缺陷，突变体对干旱胁迫非常敏感。遗传互补实验使突变体恢复了野生型表型，证实WSL1基因的功能缺失是导致突变体表型的直接原因。
GC-MS方法定性、定量分析了突变体WSL1表皮蜡质的组成成分。与野生型相比较，突变体叶片和叶鞘蜡酯的量明显减少。根据突变体蜡质中VLCFA前体的链长分布情况，推测WSL1基因参与C20-C24的VLCFA合成。进一步分析发现突变体表皮结构的缺陷与角质无关。
应用RT-PCR和GUS组织化学染色的方法分析了WSL1基因的表达模式，结果显示WSL1基因在水稻植株的不同器官、组织中都有表达。WSL1基因的遍在表达特性表明该基因还在蜡质合成途径以外的VLCFA延伸中起作用。因此，我们又对突变体WSL1根部木栓质进行了成分分析。初步结果显示，WSL1基因确实与木栓质的合成有关。
关键词：水稻，WAX CRYSTAL-SPARSE LEAF1(WSL1)基因，β-酮酰-COA合成酶，表皮蜡质，木栓质，GC-MS分析
有机化合物大都以土壤或水体环境作为其最终的归宿地,且大部分有机化合物易与土壤或水体环境中的沉积物形成结合残留而长期残留于环境中.环境中的结合残留有可能再次释放出来对环境造成一定的危害,且易于通过食物链影响人体的健康.甲磺隆曾是我国"九五"期间广泛应用于麦田的一种磺酰脲类除草剂.我们前期的研究结果表明,甲磺隆较易与土壤有机质等组分结合形成结合残留,残留量一般达引入量的11.4％-55.7％.由于甲磺隆结合残留主要分布于土壤中松结态有机质中,所以我们认为,甲磺隆结合残留在环境中再次释放的可能性极大,很可能存在一定的生态风险.此外,小麦-水稻轮作是我国华南及华东地区较常见的轮作方式,应用于麦田中的甲磺隆极易形成结合残留对后茬水稻产生药害.然而,目前国内外有关这方面的系统报道较少.为此,我们通过室内微型模拟培养试验,并采用分子生物学等手段,对甲磺隆结合残留的环境效应进行了较为系统的评价,并通过室外盆栽试验进行了水稻对土壤中甲磺隆结合残留响应基因型差异及机理的研究,试图为栽种对甲磺隆耐性较强的水稻品种,来减轻除草剂所造成的农业损失提供一定的理论依据.
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