科研产出
水稻积累及耐受镉和砷的分子机制与育种实践
《植物遗传资源学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：近些年来，我国农田镉、砷污染日益严重，导致稻米镉、砷超标事件时有发生。稻米是全球约一半人口的主粮，也是人体从食物中摄入镉和砷的主要来源，土壤中的镉和砷被水稻吸收后，通过食物链的富集作用在人体内积累，进而危害人体健康。因此，减少镉、砷在稻米中的积累成为保障我国粮食质量安全和促进水稻产业发展亟待解决的重要问题。研究水稻对镉和砷的累积机制，在此基础上培育镉、砷低积累水稻品种，是解决稻米镉和砷超标最经济的方法，对实现污染农田的稻米安全生产具有重要意义。本研究主要综述了农田镉和砷的存在形态及生物有效性，阐述了水稻吸收、转运镉和砷的分子机制，以及镉、砷耐受机制，概述了镉、砷低积累水稻育种进展，并对未来的发展方向进行了展望，旨在为减少水稻籽粒镉、砷含量的研究提供一些参考。
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钝化材料组合对酸性土壤镉铅砷和中微量元素有效性的影响
《中国农学通报 》 2023 CSCD
摘要：采用土壤培养试验的方法，研究了在同等剂量下（6 g/kg土）海泡石（S）、铁锰矿粉（F）和生物炭（B）及其组合对酸性土壤镉（Cd）、铅（Pb）、砷（As）、锌（Zn）、铁（Fe）、锰（Mn）有效性的影响，以期筛选出同步钝化酸性土壤镉铅砷且对中微量元素锌铁锰有效性影响小的钝化材料组合。结果表明：海泡石、铁锰矿粉、生物炭及其组合均在一定程度上提高了土壤pH，降低了土壤中Cd、Pb和As的有效态含量，组合处理降低了土壤Cd、Pb和As有效性的效果均优于单施处理。3种钝化材料及其组合在一定程度上降低了土壤中Zn的有效态性，3种钝化材料及其大多数组合降低了土壤Fe和Mn有效性。S5F1B0组合同步钝化土壤Cd、Pb和As效率均较高，该处理土壤有效态Cd、有效态Pb、有效态As和有效态Zn含量比CK分别降低了30.9%、84.5%、60.2%和32.5%，有效态Mn含量上升了19.9%。土壤中有效态Cd、Pb、Zn和Mn含量与pH均显著负相关。S5F1B0组合同步钝化复合污染土壤Cd、Pb、As的效率均较高，可适当提高土壤Mn的有效性，应用时需适当补充Zn元素。
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不同镉砷同步钝化剂对复合污染农田的修复效果研究（英文）
《Agricultural Science & Technology 》 2023
摘要：为筛选出适合镉砷复合污染稻田的同步钝化剂，采取大田试验对15个镉砷同步钝化剂修复效果进行对比分析。结果表明，大部分钝化剂有增产效果，其中T5和T13较CK增幅显著，分别增产11.63%和11.17%；钝化剂的稻米降镉效果整体上优于降砷效果，除T3和T14外，其它13个产品的稻米降镉效果明显，降幅在11.74%–60.32%之间；T5、T7、T8、T9、T10、T15等产品的稻米降砷效果明显，降幅在17.95%–23.87%之间；聚类分析表明15个产品可分为3类，即高效降镉并可同步降砷的产品、对稻米降镉、降砷均没有显著效果的产品和具有一定降砷或降镉效果的产品。综合考虑稻米降镉和降砷及增产效果，T4、T5、T13要优于其他12个产品，可在本区域镉砷复合污染稻田进行推广应用。
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絮凝处理镉模拟污水及用于水稻栽培效应研究（英文）
《Agricultural Science & Technology 》 2023
摘要：通过盆栽试验，研究了不同浓度镉模拟污水絮凝除镉处理后的“再生水”浇灌水稻对其生长的影响和Cd在其中的迁移分布状况。结果表明，0.1和0.5 mg/L的两种模拟污水絮凝后的清液Cd浓度≤0.01 mg/L、pH=5–8.5，达到中国农田灌溉水质标准，将其浇灌栽培水稻，所得稻谷Cd含量分别为0.07和0.13 mg/kg，达到中国食品安全国家标准（谷物镉残留≤0.2 mg/kg）；抽穗期叶绿素含量、分蘖期分蘖数、稻谷产量均随着Cd浓度提高逐渐降低；同等浓度Cd模拟污水与絮凝除镉处理后的含Cd上清液浇灌水稻，对水稻生长具有同等效应；成熟后水稻根、茎和谷Cd含量依次为根>茎>谷。
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基于风险的农田镉污染综合管理实践与思考
《湖南农业科学 》 2022
摘要：依托世行贷款湖南省农田污染综合管理项目,对湖南开展的大面积农田土壤修复治理项目的整体效果及实施过程进行了系统梳理,阐明了大面积镉污染农田修复治理中稻米镉达标率与土壤pH值及土壤有效态镉含量的关系.结果表明:调理土壤pH值至中性是提升稻米镉达标率的重要途径,且土壤pH值越低时调理效果越好;钝化土壤镉活性也是提升稻米镉达标率的重要途径,但在土壤有效态镉含量较低(<0.29 mg/kg)时存在报酬递减效应,而在土壤有效态镉含量较高(>0.29 mg/kg)时,通过钝化土壤镉活性提升稻米镉含量达标率的效果更理想.最后,从以人为本的先进管理理念、基于污染风险的项目管理手段、对症查因对靶施策的精准治理方案、以大户为主体的实施方式、多层次技术指导和第三方交叉监督过程等方面系统梳理了项目实施的管理经验,可为湖南乃至南方大面积镉污染耕地的安全利用提供经验参考.
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基于风险管理的镉砷污染稻田修复治理案例分析
《湖南农业科学 》 2022
摘要：基于稻米镉砷污染风险，构建了农田重金属污染风险分级体系，并依据土壤污染特征建立了石灰、土壤调理剂、镉砷同步钝化剂为主体的修复技术体系，在祁阳市肖家镇和白水镇504 hm~2典型重金属污染稻田进行修复治理示范。结果表明：4个基于稻米镉砷污染风险分级的分区治理模式在6个项目村修复效果明显。经过2 a的实施，石灰+镉钝化剂、石灰+镉砷同步钝化剂的技术模式皆显著提升了土壤pH值，降低了土壤有效态镉含量和稻米镉含量，显著提升了稻米镉达标率，土壤pH值增加了0.76～1.31，土壤有效态镉含量下降了18.18%～21.43%，稻米镉含量下降了31.03%～90.32%，稻米镉达标率增加了47.57～84.70个百分点；石灰+镉砷同步钝化剂的技术模式实施2 a后，对土壤有效态砷含量无显著变化，但稻米砷含量降低了22.22%～36.36%，稻米砷达标率达到了100%。结果还表明，针对大面积稻米镉砷超标区域，以优先降镉、协同控砷的策略可逐步实现污染农田安全利用，但应根据稻米镉砷超标风险程度和土壤镉砷污染特征进行技术优化。
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水稻镉吸收与转运机理的研究进展
《土壤 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：长期食用高含镉（Cd）的大米会严重危害人体健康,引起一系列的疾病,因此控制稻米Cd含量对粮食安全具有重要意义。本文从根部Cd吸收、根向茎叶的转运和茎叶向籽粒转运3个角度系统总结,从生理角度综述了这3个重要过程涉及的生理机制,从分子生物学角度总结了相关基因的分子调控机制,归纳并讨论了一些存在争议的问题。深度探讨了调控吸收、转运和籽粒积累这3个过程来降低稻米Cd含量的有效措施,分析其原理及实用价值。提出了选育Cd低积累品种为最根本最有力的Cd污染治理措施,为明确水稻Cd污染治理方向提供重要的参考。
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利用CRISPR/Cas9技术创制镉低积累香型水稻
《杂交水稻 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：尝试利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对镉吸收转运基因OsNramp5和香味基因OsBadh2同时进行编辑,培育出后代性状稳定的优质低镉水稻品种。选用华南地区推广面积较大的常规稻华航31为受体材料,通过CRISPR/Cas9技术创制OsNramp5和OsBadh2双基因敲除植株,在镉污染土壤中种植并测定野生型和双基因敲除植株糙米的镉、锰、铁元素含量以及香味物质2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）的含量,并考察野生型与双基因敲除植株的农艺性状。成功获得了5种类型的华航31双基因敲除植株。与野生型华航31相比,大部分双基因敲除植株的镉和锰含量显著下降,铁含量有一定程度的升高;所有双基因敲除植株中的香味物质2-AP含量均显著提高;大部分双基因敲除植株的株高、每穗实粒数显著下降;全部双基因敲除植株的单株有效穗数、每穗总粒数、结实率均无显著变化。通过CRISPR/Cas9技术可快速创制具有镉低积累和香味的水稻种质,有利于加快优质、安全水稻品种的育种进程。
关键词： 水稻 镉 香味 基因编辑 CRISPR/Cas9技术 育种
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基于风险分级的镉砷污染稻田修复治理
《湖南农业科学 》 2021
摘要：研究基于稻米镉砷含量构建了农田重金属污染5级风险分级分区体系,并结合土壤镉砷含量及pH值等理化性质制定了以石灰质复合材料和镉钝化剂或镉砷同步钝化产品为核心的4个组合修复模式,在祁阳市肖家镇和白水镇开展了重金属污染耕地修复治理示范。结果表明:基于稻米镉砷污染风险分级分区治理的4个耕地修复模式使土壤pH值提升了0.68～1.29个单位,土壤有效态镉含量降低了12.50%～29.63%,稻米镉含量降低了20.00%～87.30%,皆达显著差异水平;而4个模式对土壤有效态砷含量、有机质、阳离子交换量等均无显著影响,且降低稻米砷含量的效果也不理想。
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