| 成果名称: | 干湿交替强化丛枝菌根真菌降低水稻镉吸收转运的机制 |
| 完成单位: | 广东省农业科学院农业资源与环境研究所 |
| 主要人员: | 许杨贵,黄继川,涂玉婷,彭智平,彭一平,钟文亮,廖伟杰,吴雪娜,李珠娴,梁健仪 |
| 介绍: | 1. 课题来源与背景：本课题源于国家自然科学基金-青年基金项目《干湿交替强化丛枝菌根真菌降低水稻镉吸收转运的机制》，项目批准号：42107050。我国重金属污染耕地面积约1.8-2.7亿亩，而沿海地区，10.3%的县土壤Cd含量高于风险控制值下限(1.5 mg/kg)，4.0%的县高于最高风险控制值(4.0 mg/kg)，其中水稻田镉污染显著高于旱地和园地。土壤重金属镉污染已成为我国稻米品质安全的主要潜在威胁，给国家食品安全带来严峻挑战。 2. 研究目的与意义：近年来，通过丛枝菌根（AMF）辅助植物降低重金属的吸收已取得显著成效，但AMF在此类研究中多运用于陆地植物或者旱地作物，比如旱稻。由于受AMF好氧性的限制，其在水稻田重金属镉修复中的运用被忽略。针对现有技术的不足，研发绿色高效的技术改善水稻根系环境，促进AMF与水稻的共生，从而达到降低水稻镉吸收累积的目的。项目研究成果将为AMF在中轻度镉污染稻田安全生产中的应用提供理论指导与科学依据，并具有非常重要的实践价值。 3. 主要论点与依据：本成果通过“使用厌氧环境中具有较高活性的根内球囊霉菌，并结合干湿交替的水分管理措施”这一策略，强化AMF在水稻根系的定植并抑制水稻对土壤镉的吸收与转运。通过分析水稻参与共生前菌根感知的基因表达、水稻侧根发育和细胞内抗氧化酶活性、共生必需物质膜脂过氧化作用和脂类含量的变化情况，揭示不同水分管理调控AMF侵染水稻的作用机理。结果表明，与长期淹水比较，干湿交替通过调控水稻参与共生前真菌感知基因OsCERK1、OsMYR1和OsD14L的表达，促进AMF在水稻根系的定植，并进一步优化水稻根系的形态，但降低了共生水稻根系中性脂的含量。其中在中度镉污染条件下，添加AMF提高水稻根系过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性。通过测定水稻水稻镉吸收、转运相关基因表达对不同水分管理的响应情况，阐明干湿交替对AMF-水稻互作体系中镉吸收与转运的调控作用。结果表明，在两种水分管理条件下，添加AMF提高不同镉污染土壤的pH，降低土壤镉有效性，抑制水稻根系的镉向地上部分转移，从而降低秸秆镉的含量和水稻对镉的富集效应。在两种水分管理下，添加AMF平衡了土壤中锌（Zn）和铁（Fe）的有效性，并降低了镉的有效性，从而降低了土壤中可利用镉与可利用锌和土壤Fe2+的比率。这些变化导致水稻中锌和铁浓度的重新分配，从而减少了土壤-水稻系统中镉的吸收。通过结构方程模型（SEM）分析，结果表明，菌根接种对水稻根系中与锌和铁相关的基因OsNRAMP1、OsIRT1和OsIRT2的表达具有强烈的直接负效应，进而直接影响根系镉浓度。此外，在长期淹水条件下，菌根接种降低了镉从叶片到谷粒的转移系数；在干湿交替条件下，降低了镉从茎节和叶片到谷粒的转移系数。在茎节中，铁浓度以及基因OsIRT1和OsHMA2的表达与镉从茎节到谷粒的转移相关。同样，在叶片中，基因OsZIP1和OsMTP1的表达与镉从叶片到谷粒的转移相关。本研究为丛枝菌根真菌在不同淹水条件下对水稻的侵染率及其对水稻中微量营养元素和镉吸收的影响提供了见解，为中低镉污染稻田的绿色安全生产具有一定的指导意义。 4. 创见于创新：创新之处在于：1）从 AMF 与水稻共生前的感知到共生必需物质膜脂成分的变化、水稻根系形态的构建等方面阐述其对不同水分管理条件下 AMF 在水稻根系侵染率的影响；2）从分子水分阐明 AMF 与水稻共生调控不同水分管理条件下水稻镉吸收转运的机理，层层递进。 5. 社会经济效益，存在问题：成果研发的干湿交替强化丛枝菌根真菌降低水稻镉吸收转运的绿色降镉技术，有望在水田，尤其是灌溉系统不完善的缺水地区实现中低镉污染稻田安全生产，解决用水难，土壤重金属镉超标，镉大米毒害等问题。该技术与传统客土法相比，具有省工省力，节约开支的优点；与化学治理方法比较，并具有边生产边修复的效果，可实现修复的同时为农户增加经济效益；与钝化剂技术相比，受土壤pH影响较小，对作物养分没有抑制作用，反而促进作物养分吸收，没有破坏土壤结构，比如板结等。因此该成果不仅理论和技术上可行，在中轻度镉污染农田绿色安全种植上将有广阔的应用前景。通过项目的实施，已完成了实验室的研发工作，并通过本研究所在的团队开展田间小区工作，但是暂未到成果转化阶段。后续降进一步开展应用示范与推广工作，促进成果落地。 6. 历年获奖情况：本成果暂无获奖。主要产出为发表论文4篇，授权专利2项。 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2026-06-24 |
| 研究起止时间: | 2022-01-01至2024-12-31 |
| 所属行业: | 农、林、牧、渔业 |
| 所属高新技术类别: | |
| 评价单位名称: | 国家自然科学基金委员会 |
| 评价日期: | 2025-05-15 |
