Cd胁迫下不同水稻品种组织细胞中Cd的转运分配研究

采用土培试验,以越冬稻、R1088(籽粒Cd低积累)和IR34582、太粳558(籽粒Cd高积累)4个水稻品种为试验材料,研究不同水稻品种在Cd0(不加Cd)、Cd5(5 mg·kg~(-1))和Cd25(25 mg·kg~(-1))胁迫下对Cd的吸收、转运及其分配特征,以期为培育镉低积累水稻品种提供科学依据。结果表明,(1)Cd胁迫下,Cd低积累水稻品种根Cd含量显著高于Cd高积累水稻品种,而地上部Cd含量却显著低于Cd高积累水稻品种;同时,其TF_(根-茎)和TF_(茎-叶鞆)也显著低于Cd高积累水稻品种。(2)Cd在各组织亚细胞中的含量表现为细胞壁可溶部分细胞膜细胞器。Cd胁迫下,Cd低积累水稻品种根系细胞壁(F1)、细胞器(F2)、细胞膜(F3)和可溶部分(F4)Cd含量均显著高于Cd高积累水稻品种,而茎、叶鞘和叶中F1、F2、F3和F4Cd含量却显著低于Cd高积累水稻品种。(3)不同水稻品种各组织间转移系数与根系Cd亚细胞分布比例相关性分析表明,Cd5处理中,TF_(根-茎)分别与F1和F4分配比例呈极显著负相关和显著正相关,相关系数分别为-0.93 1(P0.01)和0.702(P0.05);Cd25处理中,TF_(根-茎)与F1和F4分配比例呈极显著负相关和极显著正相关,相关系数分别为-0.908和0.786(P0.01)。综上所述,Cd胁迫下水稻各组织Cd含量显著增加,且Cd含量和TF_(根-茎)在Cd高低积累水稻品种间存在显著差异,根系细胞壁和可溶部分在Cd从根部向上转运的过程中起着重要作用。     

不同水稻品种对镉的吸收转运及其非蛋白巯基含量的变化

镉(Cd)被列为环境污染物中最危险的5种物质之一。镉极易被作物吸收并通过食物链在人体内积累导致人体健康受到威胁.镉污染地区稻米镉积累是亟待解决的重要农业问题。分析镉污染土壤上种植的不同水稻品种对镉的耐受性具有重要意义。采用盆栽试验方法,研究了种植于镉污染土壤(Cd全量2.36 mg·kg~(-1))上的不同水稻(Oryza sativa)品种(两种粳稻和两种籼稻)镉积累情况及根、茎、叶中非蛋白巯基物质含量。研究结果表明,在镉污染土壤条件下,4种水稻籽粒镉含量明显高于国家二级标准(水稻籽粒镉含量0.2 mg·kg~(-1)),且表现为根部茎叶籽粒。籼稻籽粒镉含量大于粳稻籽粒镉含量;4种水稻的镉转移系数不同,不同水稻品种对镉的吸收和运转具有显著差异,籽粒镉含量高的水稻品种镉的转移系数高于籽粒镉含量低的水稻品种。水稻非蛋白巯基(NPT)含量不仅与Cd胁迫程度密切相关,也在一定程度上制约着Cd从根部向地上部的转运,从而对水稻籽粒Cd含量产生影响。粳稻籽粒镉含量高的秀水09根茎中NPT含量较徐稻5号高,但秀水09叶中NPT含量低于徐稻5号,籼稻籽粒镉含量高的丰两优1号根茎中NPT含量也较高,但叶中NPT含量低于两优6206。粳稻与籼稻籽粒镉含量高的水稻品种根茎叶中GSH含量高于籽粒含量低的水稻品种;粳稻籽粒镉含量高的秀水09根中PC含量明显高于籽粒含量低的徐稻5号,籼稻籽粒镉含量不同的两种水稻根中PC含量无明显差异。研究表明,不同水稻品种在镉胁迫下的解毒过程不同,巯基物质含量对水稻镉污染较敏感。     

Cd胁迫下杂交水稻对Cd的吸收及其动态变化

镉（Cd）是非必需的有毒元素,是农业环境和农产品的重要污染物,易被水稻吸收并在籽粒中积累。不同水稻品种拥有不同的独特基因,导致水稻籽粒吸收积累Cd的能力存在一定的差异。因此,开展不同水稻品种耐Cd特性及其不同生育期的吸收转运效率研究具有重要意义。本文采用水培试验,研究了两个水稻（Oryza sativa L.）品种：D83A/R527（低吸收累积Cd）和辐优838（高吸收累积Cd）在不同质量浓度Cd胁迫下籽粒Cd质量分数及不同生育时期水稻根、茎、叶内Cd的吸收积累量及其动态变化特点。结果表明,两种水稻品种在Cd胁迫下籽粒Cd积累量差异显著,辐优838在1.0 mg·L^-1 Cd质量浓度胁迫下籽粒Cd质量分数就已超过国家食品卫生标准;在1.0~3.0 mg·L^-1 Cd质量浓度胁迫下,D83A/R527籽粒内Cd质量分数仅为辐优838的50~60%。随着Cd处理浓度增加和生育时期推进,两种水稻各部位Cd吸收量均表现为逐渐增加,其增加幅度总体表现为：辐优838〉D83A/R527;不同部位中,根的积累效应最强,叶片吸收积累能力最低,辐优838茎、叶吸收积累效率分别是D83A/R527的1.5~2.0倍左右。在1.0~3.0mg·L^-1 Cd胁迫下,水稻Cd积累差异较为显著的时期为灌浆期,辐优838的根系向茎、叶的转移效率大于D83A/R527,且D83A/R527主要表现为由根系向茎Cd转移效率较高,叶片Cd积累相对较少。灌浆期是水稻籽粒干物质积累的重要时期,也是吸收累积Cd的重要时期,这为筛选低吸收积累水稻品种和调控Cd在水稻籽粒中的吸收累积奠定了重要理论基础。     

外加镉对水稻镉吸收、亚细胞分布及非蛋白巯基含量的影响

研究不同水稻(Oryza sativa)品种外加Cd处理下镉吸收特征、PCs(主要是非蛋白巯基)的解毒机制及从微观水平探寻亚细胞镉的分布状况,对了解不同水稻基因型的耐Cd机理有重要意义。通过盆栽实验研究了不同外加Cd处理对水稻体内Cd的吸收累积、亚细胞分布及非蛋白巯基含量的影响。结果表明,外加Cd胁迫显著诱导根合成NPT-SH,外加Cd及品种差异对水稻体内Cd的吸收具有不同程度的影响,两品种相比,不加Cd处理下,品种J196地上部Cd含量/根系Cd含量的比值高于中浙优1号;当外加Cd浓度达到5 mg·kg-1时,品种A根系向地上部转移的Cd远高于品种C,分为25.7%和7.4%;但在外加Cd处理达到25 mg·kg-1时,两品种间无显著差异。根中NPT-SH的诱导量与水稻根系内Cd的含量变化一致。外加Cd处理下,品种J196根系内NPT-SH含量均高于中浙优1号,从细胞水平上表明中浙优1号可能具有从根系向茎叶的高镉转运能力。同时以差速离心法探究Cd在两杂交水稻品种不同器官的亚细胞分布为根系细胞的Cd大部分存在于细胞壁中,占52.6%~83.2%,少部分存在于细胞可溶部分(细胞质),其镉含量分布的百分率为3.0%~10.1%,且根系细胞壁中J196的分布率高于中浙优1号;表明J196的根系细胞壁的具有较强的固Cd能力;和对照相比,外加Cd促使中浙优1号根系细胞内可溶物向地上部移动,且高Cd处理下,Cd在中浙优1号细胞内溶物的分配率大于J196,从而在亚细胞水平上推测了品种中浙优1号为高转运品种的可能机制。     

玉米（Zea mays）对镉积累与转运的品种差异研究

通过田间实验,研究了25个玉米（Zea mays）品种在Cd质量分数为50 mg·kg-1胁迫条件下,Cd对不同玉米品种生长的影响,以及不同玉米品种对Cd积累和转运的品种差异,以期筛选出Cd低积累玉米品种。结果表明：25个玉米品种的生物量和产量对Cd胁迫的响应,以及不同品种根、茎叶和籽粒对Cd的吸收、累积及转运能力存在显著差异（P＜0.05）。有20个品种生物量和19个品种产量下降;有2个品种籽粒的Cd质量分数超过了国家规定的食品卫生标准（≤0.1 mg·kg-1）,占供试品种的8.0%,所有品种茎叶的Cd质量分数均超过了国家规定的饲料卫生标准（≤0.5 mg·kg-1）,超标率为100%;25个玉米品种的富集系数范围为0.063~0.899、茎叶转运系数范围为0.038~0.554、籽粒转运系数范围为0.000~0.111,均小于1,其中有8个品种富集系数〉0.5,1个品种茎叶转运系数〉0.5,而所有品种的籽粒转运系数均〈0.5,说明玉米对土壤Cd仍有一定的吸收能力,但地下部向地上部转运能力以及由茎叶向籽粒的转运能力较弱;根据玉米生物量、产量、籽粒Cd含量以及对Cd的富集系数和转运系数等指标进行评价,认为云瑞8号、会单4号、路单7号3个品种可作为Cd低累积玉米品种,可在云南Cd重度污染土壤上推广种植。     

水稻镉高积累材料的筛选及其镉积累特征研究

由于当前土壤Cd污染问题日益严重,筛选获得水稻Cd高积累材料,研究水稻Cd高积累材料对Cd的积累特征,为Cd污染农田修复提供理论依据。采用Cd污染农田土壤进行大田试验,以56份水稻材料为研究对象,以水稻地上部生物量和Cd含量为筛选指标,筛选出水稻Cd高积累材料,并分析其Cd积累特征。(1)当大田土壤Cd含量为13.89 mg·kg-1时,56份水稻材料地上部Cd含量和Cd积累量在分蘖期(变异系数CV=44.05%和变异系数CV=50.21%)和孕穗期(变异系数CV=23.57%和变异系数CV=28.62%)均存在极显著差异。(2)以分蘖期和孕穗期水稻地上部Cd积累量、生物量和富集系数为筛选指标,采用聚类分析方法,当聚类距离为14.62(分蘖期)和12.48(孕穗期)时,将水稻材料按Cd积累能力由高到低划分为Cd高积累材料、Cd中积累材料和Cd低积累材料。(3)Cd高积累材料地上部和整株生物量在分蘖期和孕穗期均显著大于Cd中积累材料,其在孕穗期地上部和整株生物量分别达835.66和994.59 g·m-2。Cd高积累材料地上部Cd积累量在孕穗期显著高于Cd中积累材料和Cd低积累材料;其整株Cd积累量在分蘖期和孕穗期均显著高于Cd中积累材料和Cd低积累材料。(4)Cd高积累材料在分蘖期和孕穗期富集系数和转移系数均大于Cd中积累材料和Cd低积累材料。通过筛选得到的水稻Cd高积累材料(GR泸17/548//泸17_9、GR548/明63//527_1、GR泸17/IRBN95-199_1、GR泸17/548//泸17_7、GR泸17/IRBN92-332//泸17_1、GR泸17/548//泸17_3、GR泸17/IRBN92-332//527_8)具备Cd富集植物的特征,可用于Cd污染农田土壤的修复。     

水稻幼苗镉积累特征和离体叶片耐镉性的基因型差异

水稻根系对镉(Cd)的富集能力和向地上部的转运效率直接决定着水稻地上部的Cd积累量,是影响稻米中镉含量的关键因素。提高水稻根系对Cd的阻控能力有助于降低南方稻区大米镉含量超标的风险。以水稻核心种质资源中的高Cd积累品种‘齐头白谷’和低Cd积累品种‘27760’的幼苗和离体叶片为材料,对其Cd吸收转运特性和耐镉能力进行了比较研究。结果表明,根系细胞壁和原生质体的Cd吸收动力学特征都符合米氏方程,‘齐头白谷’的Cd最大吸收速率F_(max)显著大于‘27760’,Km值无显著差异。当根际环境中的Cd浓度高于0.89μmol·L~(-1)时,‘齐头白谷’的细胞壁和原生质体的Cd积累速率显著高于‘27760’。地上部细胞壁和原生质体的Cd吸收速率与根系可溶性组分中的Cd浓度呈显著的线性正相关。当根系可溶性组分中的Cd浓度相近时,‘齐头白谷’地上部细胞壁和原生质体的Cd积累速率显著高于‘27760’。在0.89~8.9μmol·L~(-1)的Cd溶液中,‘齐头白谷’离体叶片的失绿速度明显低于‘27760’。‘齐头白谷’具有耐Cd能力强、Cd积累速率快和转运效率高的特点。水稻离体叶片的耐Cd能力和幼苗根系的Cd积累能力以及幼苗的Cd转运能力高度相关,它们都可作为快速鉴定低Cd积累品种的生理指标。     

茄子苗对镉积累和耐性的品种间差异

通过盆栽实验方法研究了13种茄子幼苗对镉(Cd)积累与耐性的品种间差异。结果表明,这些茄子幼苗根及地上部Cd含量均随土壤中外加Cd的量的增加而提高。品种间存在着显著差异(P<0.05),其中Cd含量最高品种根部和地上部的Cd含量分别为Cd含量最低品种的2.1、2.4倍(2mg·kg-1Cd处理组)和1.5、1.6倍(4mg·kg-1Cd处理组)。不同品种幼苗对Cd的富集系数均大于1,表现出较强的富集能力。但转运系数均小于1,Cd从根部向地上部转移能力较弱,大多数品种间差异不大。当Cd添加量为2mg·kg-1时,只有绿龙长茄地上部生物量显著下降(P<0.05)。当Cd添加量提高到4mg·kg-1时,6个品种地上部生物量显著下降(P<0.05),这些品种对Cd的耐性较弱。综合评价,辽茄三号对Cd积累的含量最低,富集系数和转移系数也较低,对Cd具有较强的耐性,具有Cd低积累特征。     

不同品种水稻对Cu积累分配的差异

以21个水稻品种（包括常规稻、二系杂交稻、三系杂交稻）为材料,通过室内盆栽试验探讨了Cu在不同品种水稻根-茎-叶-籽粒（糙米）中的积累分配的差异。结果表明,供试水稻品种根、茎、叶、籽粒中Cu含量的均值分别是67.35、16.24、8.29、11.62mg·kg-1,多数水稻品种Cu的含量顺序是根茎籽粒（糙米）叶,但也有少部分水稻品种Cu的含量顺序是根籽粒（糙米）茎叶。各器官的Cu含量在不同品种间存在显著差异,其中以根和籽粒Cu含量的差异最大,茎次之,叶最小。常规稻根部Cu含量显著低于杂交稻,而叶中Cu含量显著高于杂交稻,但两者的茎和籽粒中Cu含量没有明显的差异。三系杂交稻根、茎、籽粒Cu含量显著高于二系杂交稻,而叶的Cu含量两者差异不显著。不同遗传背景的水稻各器官对Cu积累也存在不同程度的差异。相关分析结果表明,不同品种水稻相邻器官（根与茎,茎与叶）的Cu含量呈极显著正相关,相间器官（根与叶、籽粒,茎与籽粒）的Cu含量呈显著正相关,地上部各器官Cu的转运系数相互之间呈极显著的正相关。     

镉在海雀稗体内的分布及化学形态特征

通过盆栽试验,研究了不同浓度(0、1、10、50、100、200 mg·kg~(-1))镉处理下,海雀稗地上部与地下部的生物量受镉胁迫的影响及其体内镉的富集特征,进一步分析低镉处理(1 mg·kg~(-1))和高镉处理(50 mg·kg~(-1))镉在海雀稗根、茎、叶中的化学形态及根、叶中镉的亚细胞分布特征.结果表明,镉浓度≤50 mg·kg~(-1),海雀稗地上部、地下部生物量和耐性系数都未显著下降,海雀稗根部对镉的积累远大于地上部分;海雀稗根系细胞壁中镉含量分配比例50%,其次为可溶部分,高镉处理中细胞壁、可溶部分中镉的分配比例比低镉处理增加6.14%、0.32%,细胞膜部分和原生质体部分镉分配比例下降;海雀稗镉形态主要为氯化钠、醋酸提取态,高镉处理降低了毒性较高的水提取态和乙醇提取态的比例总和,根中氯化钠和盐酸提取态,茎、叶中醋酸提取态、氯化钠提取态增加.研究表明,海雀稗中毒性较低、活性较弱的盐酸提取态、醋酸提取态和氯化钠提取态Cd分配比例增加,根中细胞壁固持和液泡区隔化可能是海雀稗应对镉胁迫的重要耐性机制.     

不同锰处理对镉胁迫下2种油菜重金属累积和根系形态的影响

采用水培试验,研究Cd胁迫(10μmol·L~(-1))条件下,不同浓度Mn(0,0.1,1,10,100μmol·L~(-1))处理对2种镉累积能力不同的油菜生物量、Cd和Mn含量以及根系形态参数的影响。结果表明,与正常营养处理Mn1相比,缺Mn和Mn过量处理显著降低2种油菜的地上部和镉低积累油菜"华骏"的根部生物量,而对普通油菜"寒绿"的根部生物量没有显著影响。与Mn1处理相比,缺Mn处理下2种油菜的Cd累积总量和"华骏"地上部Cd含量显著降低;Mn过量处理下2种油菜根部和地上部Cd含量均呈升高趋势,2种油菜的Cd累积总量无显著变化或显著降低。随Mn处理浓度升高,2种油菜地上部和根部Mn含量显著升高,缺Mn处理下2种油菜根部的Mn含量低于Mn缺乏的临界值。与Mn1处理相比,缺Mn处理下"华骏"的根长、表面积、体积、平均直径和根尖数显著降低;Mn过量处理下"寒绿"的根长以及"华骏"的根系表面积、体积显著降低;缺Mn处理下2种油菜细根表面积所占的比例增加,粗根表面积比例降低;Mn过量时,"寒绿"的粗根表面积比例增加,细根比例降低,而"华骏"则相反。总的来看,缺Mn处理影响油菜根系和地上部生长,减少地上部Cd含量和植株Cd累积总量;Mn过量处理下油菜生长也受到抑制,但是油菜地上部和根部Cd含量有所升高;2种油菜的根系形态学参数在不同Mn处理下变化规律不同,表现出不同的响应策略。     

2个镉耐性差异箭舌豌豆品种中镉的化学形态及亚细胞分布

通过溶液培养实验,研究了镉胁迫下2个箭舌豌豆(Vicia sativa)品种(镉耐性品种L3,镉敏感品种ZM)中镉的积累、镉的亚细胞分布和化学形态以及非蛋白巯基化合物(NPTs)的响应。结果表明2个箭舌豌豆品种根较地上部积累更多的镉。镉在箭舌豌豆根、茎和叶中主要分布于可溶性组分,敏感品种ZM根中可溶性组分的镉含量和占总镉的比例显著高于耐性品种L3。细胞壁结合镉占总镉的比例在2个品种中均为叶>茎>根。镉在箭舌豌豆根和茎内主要以去离子水(d-H2O)提取态和1 mol·L-1氯化钠(Na Cl)提取态存在,ZM根中d-H2O提取态镉的含量和比例显著大于L3。箭舌豌豆叶中镉主要以2%醋酸(HAc)提取态存在。ZM叶中80%乙醇提取态镉的比例大于L3,0.6 mol·L-1盐酸(HCl)提取态镉和残渣态镉的比例小于L3。2个品种根和茎中NPTs的含量在镉胁迫下显著升高,ZM根中NPTs的含量显著大于L3。研究结果表明,箭舌豌豆镉解毒的主要机制包括限制镉由根部向地上部转运和液泡隔离。此外,根和茎中镉与有机酸结合和NPTs螯合,叶中镉以移动性低、毒性低的形态存在也是箭舌豌豆镉解毒的重要机制。ZM较L3根中更多镉以移动性高的形态存在,L3较ZM叶中更多镉以难移动的形态存在,是L3较ZM具有更高镉耐性的重要原因。     

镉对不同生态型水稻的毒性及其在水稻体内迁移转运

采用溶液培养方法研究镉(Cd)对两种不同生态型水稻的毒性影响以及Cd在水稻体内的转运.结果表明,粳稻品种杨辐粳7号比籼稻品种K优818对Cd毒害反应更敏感.两种生态型水稻品种的根系对Cd的吸收积累差异比较大,在10 μmol·L-1 Cd浓度下生长3～14 d,杨辐粳7号根系中Cd浓度比K优818高44.5％ ～ 99...     

2种常规水稻Cd、Zn吸收与器官分配的生育期变化：品种、土壤和Cd处理的影响

Cd在土壤-作物-膳食食物链中的迁移是人类对环境Cd暴露及其健康风险的主要途径,而水稻是子粒Cd积累最强的大宗作物之一.采用全生育期淹水盆栽试验研究了2种常规水稻(高Cd吸收品种“苏香粳1号”和低Cd吸收品种“99-22”)在添加Cd(2mg·kg-1)和不添加Cd处理下对2种土壤(红沙泥田,乌栅土)中Cd、Zn的吸收及其生育期变化.结果表明:1)常规水稻对Cd、Zn的吸收积累受土壤、品种和外源Cd的影响.Cd处理、土壤、品种间的正交互作用(高Cd吸收品种植于高Cd处理且Cd有效性高的红壤中)使常规稻植株Cd/Zn比成数十倍提高,从而使子粒Cd/Zn比产生强烈升高;2)水稻对Cd、Zn的吸收强度因不同生育期而异,Cd吸收的主要时期是分蘖期和成熟期,而Zn吸收的主要时期则是分蘖期、抽穗期和灌浆期.在整个生育期中,水稻Cd吸收伴随着对Zn的排斥现象,这在高Cd吸收下尤为强烈;3)水稻各器官对Cd、Zn的吸收分配无论是同品种的生育期间抑或同生育期时的不同品种间均有显著差异.Cd积累量为根系>穗粒>茎叶,而Zn却表现为茎叶>根系、穗粒.观察到水稻吸收的Cd在生育后期向穗粒的强烈运移.相对于低Cd吸收品种来说,Cd向穗粒转运较强,而Zn的转运较弱是高Cd吸收品种子粒Cd积累强而Cd/Zn比高的植株因素.     

基于GGE双标图和BLUP分析筛选镉砷同步低累积水稻品种

种植重金属低累积水稻品种是中国耕地重金属污染稻田安全生产的有效措施,为筛选镉砷同步低累积水稻品种,该研究通过测定盆栽、早稻季、晚稻季3个试验环境中18个水稻品种稻米镉砷含量,利用基因型主效加基因型——环境互作效应(GGE)双标图分析品种稻米镉砷低累积能力、稳定性、环境适应性,进一步通过最佳线性无偏预测(BLUP)法验证和筛选出镉砷同步低累积水稻品种。研究结果表明,3个试验中稻米镉砷含量差异显著,稻米镉含量为0.20—4.21 mg·kg^?1,稻米砷含量为0.03—4.24 mg·kg^?1,稻米镉差异来源主要受品种与环境互作的影响,占总影响的45.4%,稻米砷差异主要受环境和品种与环境互作的影响,分别占总影响的39.8%和33.6%。GGE分析稻米镉、砷低积累能力及稳定性好的品种分别为品种14、15与9和品种9、14与17。根据稻米镉砷含量综合BLUP值筛选出镉砷同步低累积最优品种为品种14(Y两优19),其次是品种9(晶两优华占),和GGE模型评价的结果基本一致。该研究结果表明利用GGE双标图和BLUP分析筛选镉砷同步累积水稻品种是一种可行的新方法。     

Variations between rice cultivars in root secretion of organic acids and the relationship with plant cadmium uptake

To attempt to understand certain mechanisms causing the variations between rice cultivars with regard to Cd uptake and accumulation, pot soil experiments were conducted with two rice cultivars at different levels of Cd, i.e., 0 (the control), 10, 50 mg Cd kg⁻¹ soil. The two rice cultivars differ significantly with regard to Cd uptake and accumulation. Root secretions of low-molecular-weight organic acids (LMWOA) for each treatment were measured with ion chromatography. The results showed that LMWOA concentrations in the soil planted with Shan you 63 (a high soil Cd accumulator) were all higher than those in the soil planted with Wu yun jing 7 (low soil Cd accumulator) at different soil Cd levels, although the magnitudes of the differences varied for individual LMWOA and depend on soil Cd concentrations. For all six LMWOA, there were significant differences at P < 0.05 or < 0.01 levels for soils treated with 10 and 50 mg kg⁻¹ Cd. The magnitude of the differences was greater under soil Cd treatments, especially at relatively low levels (for example, 10 mg Cd kg⁻¹ soil), than in the control. Acetic acid and formic acid constituted more than 96% of the total concentration of the six LMWOA, while citric acid constituted only about 0.1%. The rice cultivar with higher concentrations of LMWOA in soil accumulated more Cd in the plants. The results indicate that LMWOA secretion by rice root, especially in Cd-contaminated soils, is likely to be one of the mechanisms determining the plant Cd uptake properties of rice cultivars.     

Water management affects arsenic and cadmium accumulation in different rice cultivars

Paddy rice (Oryza sativa L.) is a staple food and one of the major sources of dietary arsenic (As) and cadmium (Cd) in Asia. A field experiment was conducted to investigate the effects of four water management regimes (aerobic, intermittent irrigation, conventional irrigation and flooding) on As and Cd accumulation in seven major rice cultivars grown in Zhejiang province, east China. With increasing irrigation from aerobic to flooded conditions, the soil HCl-extractable As concentrations increased significantly and the HCl-extractable Cd concentrations decreased significantly. These trends were consistent with the As and Cd concentrations in the straw, husk and brown rice. Water management both before and after the full tillering stage affected As and Cd accumulation in the grains. The intermittent and conventional treatments produced higher grain yields than the aerobic and flooded treatments. Cd concentrations in brown rice varied 13.1–40.8 times and As varied 1.75–8.80 times among the four water management regimes. Cd and As accumulation in brown rice varied among the rice cultivars, with Guodao 6 (GD6) was a low Cd but high-As-accumulating cultivar while Indonesia (IR) and Yongyou 9 (YY9) were low As but high-Cd-accumulating cultivars. Brown rice Cd and As concentrations in the 7 cultivars were significantly negatively correlated. The results indicate that As and Cd accumulated in rice grains with opposite trends that were influenced by both water management and rice cultivar. Production of ‘safe’ rice with respect to As and Cd might be possible by balancing water management and rice cultivar according to the severity of soil pollution.     

Influence of iron plaque on chromium accumulation and translocation in three rice (Oryza sativa L.) cultivars grown in solution culture

Hydroponic experiments were conducted to investigate the role of iron plaque on root surface in chromium accumulation and translocation in three rice cultivars (90-68-2, CDR22 and Jin 23A). Rice seedlings were grown under 1.0 mg L^?1 trivalent chromium (Cr(III)) stress with and without phosphorus (P) treatments. P addition significantly increased the shoot and root biomass in all three rice cultivars. In the absence of P, the amounts of iron plaque (DCB-extractable Fe) on the root surface increased resulting in the increase of Cr accumulation in iron plaque. Compared to that with P treatment, Cr concentrations in iron plaque without P treatment were enhanced by 2–3 folds in the three rice cultivars. There was a significantly positive correlation between DCB-extractable Cr and DCB-extractable Fe on the root surface of the three rice cultivars. There were no significant effects on Cr concentration in roots and shoots between P treatments, but significant differences among cultivars were observed. Cultivar Jin 23A had the lowest Cr concentration both in roots and shoots regardless of P treatment. The results suggest that iron plaque could be a trap for immobilising Cr from environment but may not affect Cr uptake and translocation. Screening and breeding the cultivars with low Cr accumulation is considered as the most effective approach in Cr contaminated areas.