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铵态氮调节普通小麦镉积累的生理和分子途径

时间: 2021-06-15 点击次数:


小麦是世界人口的主要粮食作物之一,其籽粒积累镉的能力相比其它作物更强,因此降低小麦籽粒镉积累是保障粮食安全的重要措施。氮肥是缓解作物镉积累的一种经济、省时和高效的手段。课题组前期研究也证实铵态氮影响四倍体小麦苗期的镉吸收、转运和积累(Cheng et al., 2018, 2020);但尚不明确施用铵态氮对普通小麦籽粒镉积累的影响。

项目组通过评估45个普通小麦品种的籽粒镉含量,筛选出低镉积累小麦品种云麦51YM51)和高镉积累小麦品种周麦18ZM18)。在对照和施用铵态氮条件下,对灌浆过程(灌浆初期和成熟期)小麦的形态生理指标、各组织镉的含量、积累量、转运和再分配以及转录水平进行了分析。研究发现铵态氮抑制了YM51中镉从下部茎秆、下部叶片、第一节点和倒一节向籽粒的再分配,从而降低了籽粒的镉积累量,但不改变籽粒镉含量;铵态氮促进了ZM18根系对镉的持续吸收和镉向籽粒的直接转运,从而增加了籽粒的镉积累量和镉含量。转录组分析表明铵态氮差异调节了YSLZIPHMANRAMP等金属转运体编码基因的表达从而调节了普通小麦中镉的吸收、转运、再分配等过程。这些结果表明大田施加铵态氮不能用于降低普通小麦的籽粒镉含量,同时也为氮素调控金属转运体编码基因的功能分析奠定了基础。

研究结果发表于中科院一区Top期刊《Environmental Pollution(2021, 286: 117575IF=6.793https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117575)。四川农业大学小麦研究所的博士研究生程怡然为论文第一作者,周永红教授团队的王益教授为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、四川省科技厅应用基础研究项目和四川农业大学双支计划的资助。

铵态氮调节普通小麦镉吸收、转运、分配和积累的途径


参考文献:

Cheng Y, Yang T, Xiang W, Li S, Fan X, Sha L, Kang H, Wu D, Zhang H, Zeng J, Zhou Y, Wang Y. Ammonium-nitrogen addition at the seedling stage does not reduce grain cadmium concentration in two common wheat (Triticum aestivum L.) cultivars. Environmental Pollution, 2021, 286: 117575.

Cheng Y, Bao Y, Chen X, Yao Q, Wang C, Chai S, Zeng J, Fan X, Kang H, Sha L, Zhang H, Zhou Y, Wang Y. Different nitrogen forms differentially affect Cd uptake and accumulation in dwarf Polish wheat (Triticum polonicum L.) seedlings. Journal of Hazardous Materials, 2020, 400: 123209.

Cheng Y, Wang C, Chai S, Shuai W, Sha L, Zhang H, Kang H, Fan X, Zeng J, Zhou Y, Wang Y. Ammonium N influences the uptakes, translocations, subcellular distributions and chemical forms of Cd and Zn to mediate the Cd/Zn interactions in dwarf Polish wheat (Triticum polonicum L.) seedlings. Chemosphere, 2018, 193: 1164-1171.


 

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