叶面喷施纳米氧化锌和二氧化锰降低小麦镉吸收因素分析.pdfVIP

摘要

小麦镉（Cd）污染是世界范围内重要的农业环境问题之一，食用小麦是我国居民

Cd摄入的重要来源，小麦Cd超标引起全社会的关切。降低小麦中Cd的积累是减少居

民Cd暴露风险的有效实用策略之一。近年来叶面喷施纳米材料调控小麦对Cd吸收、

积累和转运等方面的研究受到广泛关注。但是叶面喷施纳米材料阻控措施对小麦的降

Cd效果并不稳定。本论文通过水培试验研究了叶面喷施纳米颗粒在小麦体内的吸收、

积累和转运机制及其降低小麦Cd吸收的分子机制；此外，通过大田试验表明了叶面喷

施纳米氧化锌（ZnONPs）、纳米二氧化锰（MnONPs）和纳米氧化锌+纳米二氧化锰

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（ZnONPs+MnONPs）3种处理方式对6个小麦品种的生长、产量、降Cd效果以及

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Cd在不同品种小麦中的转移、积累规律，并探究了叶面喷施纳米材料联合土壤添加钝

化剂联合施用调控的小麦Cd积累。研究结果如下：

1.通过小麦苗期的水培试验向中间叶片前半部分喷施氧化锌（ZnO）、硫化镉（CdS）

和氧化锌+硫化镉（ZnO+CdS）纳米颗粒，均能在中间叶片未喷施的后半段叶片中观测

到Cd和锌（Zn），表明纳米颗粒通过叶脉运输，积累在毛状体基部。叶面喷施ZnO+CdS

处理与叶面喷施CdS相比，除根部外，均显著提高了老叶、新叶和暴露叶中Cd含量，

与叶面喷施ZnO相比，老叶、新叶、暴露叶和根中Zn含量均显著降低。通过转录组学

分析筛选出699、4和7943个显著差异表达基因，其中7943个差异表达基因可能受喷

Zn调控，通过GO分析，发现这些基因主要调控叶绿体、昼夜节律等生物学过程；通

过KEGG分析发现差异基因主要表现在MAPK植物信号通路、淀粉和蔗糖代谢、氨基

酸和硫代谢等途径上。通过蛋白互作网络分析发现TraesCS1B02G388700基因在叶面喷

Zn控Cd中可能起关键作用。以上研究从分子水平上揭示了小麦叶面喷施Zn对Cd的

代谢机制。

2.大田试验结果表明叶面喷施ZnONPs、MnONPs和ZnONPs+MnONPs对6个小

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麦品种的株高均无显著影响；提高了周麦36和江麦919小麦品种的单位面积耕地产量，

西农619、周麦36、华伟305、盛麦21、江麦919和烟农919分别使小麦籽粒Cd浓度

降低11~35%、10~46%、10~38%、28~40%、37~53%和15~27%；叶面喷施ZnONPs

显著提高了西农619、周麦36、华伟305、江麦919和烟农919小麦籽粒Zn含量4~20%；

叶面喷施MnONPs显著提高了周麦36、华伟305、江麦919和烟农919小麦籽粒Mn

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含量2~9%。总之，不同品种小麦有着不同的转移和积累规律，需根据品种选择不同叶

面喷施材料。

3.土壤添加铁尾矿（M）、石灰（S）、铁尾矿+木质素（ML）和生物质电厂灰+木

质素（DL）处理可分别降低小麦籽粒Cd含量15%、30%、12%和24%，分别使土壤有

效态Cd含量降低3%、15%、7%和13%。土壤添加钝化剂联合叶面喷施氧化锌纳米颗

粒可使小麦籽粒Cd含量降低2~18%，使土壤有效态Cd含量降低5~9%。同时小麦的

净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率在土壤添加钝化剂和钝化剂与叶面喷

施联合处理后均提高了。但钝化材料与叶面喷施材料联合施用效果与单独土壤添加相比

没有明显差异，可见钝化材料和叶面喷施材料的联合施用效果没有协同效应。

关键词：小麦；镉；土壤污染；锌；锰；纳米材料；钝化剂

Abstract

Cadmium(Cd)pollutionofwheatisoneoftheimportantagriculturalenvironmentalproblemsin

theworld,andconsumption