冬小麦基因型对重金属积累的影响及其在农业生产中的应用

© 2014年。由爱思唯尔公司出版信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.com上在线获取ScienceDirectIERI Procedia 8（2014）41 - 452014年农业与生物系统工程冬小麦基因型对重金属R.A. Alybayeva，S.S. Kenzhebayeva，S.D. 阿塔巴耶娃生物与生物技术以al-Farabi命名的哈萨克国立大学，教育和科学部阿拉木图，哈萨克斯坦摘要本研究的目的是确定小麦种质抗重金属（铅，铜，锌和镉），这是重要的哈萨克斯坦东部地区和确定捐助者的育种和有前途的形式的小麦，是抗重金属和农业生产。对不同基因型的冬小麦、世界各地的收藏品（哈萨克、俄罗斯、CIMMYT收藏的冬小麦品种和品系、野生种小麦）进行了研究。为确定生理参数而进行的实地研究。采用原子吸收分光光度法测定土壤和植物样品中的重金属。建立了铜、铅、镉和锌积累的基因型差异。最小数量的研究重金属积累在种子的品种的冬小麦Mironovskaya-808和Krasnovodopadskaya-25。从地块产量最高的是冬小麦Mironovskaya-808。植物的作物产量与它们快速进入分蘖期、成功越冬、在夏季植被保存的能力有关。品种的冬小麦Mironovskaya-808可以推荐种植在技术条件不利的地区，土壤污染的重金属，因为他们积累了不多的重金属，他们有良好的指标的发展，越冬，产量。© 2014由Elsevier B.V.发布 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：生理参数;冬小麦优良品种;抗重金属积累;小麦基因型介绍在哈萨克斯坦，一个强大工业的发展是以其丰富的自然资源为基础的。然而，工业中心是重金属污染最严重的地区。良好的环境技术是解决重金属污染的关键植物品种的开发和利用2212-6678 © 2014由Elsevier B. V.发布 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究所负责的选择和同行评审42R.A. Alybayeva等人/ IERI Procedia 8（2014）41其特征在于重金属的最小积累可以提供一种这样的环境解决方案。生长在污染土壤中的植物在对污染的反应方面表现出显著的种间和品种间差异[Molchan I.M.，1996年]。现有文献资料显示，籽粒中重金属含量与基因型呈显著正相关，表明选育重金属低积累潜力品种的可能性[吴飞波，张国平2002]。小麦重金属积累特性的研究和种质资源抗重金属污染能力的鉴定是培育和利用抗重金属污染小麦品种的重要环节。这就需要对栽培植物及其野生亲缘植物的基因库进行研究，并选择积累最低量重金属的供体和有希望在重金属污染地区种植的品种。本研究的目的是鉴定小麦种质耐铅，铜，锌和镉和鉴定有前途的小麦形式注定要实施到农业生产和育种过程中。1. 对象和方法本试验研究了世界冬小麦种质的基因型：Mironovskaya 808和Kupava -俄罗斯冬小麦品种，Krasnovodopadskaya 25 -哈萨克斯坦冬小麦品种，MK-3745 -SIMMIT的一个有前途的冬小麦品系，小黑麦-Taza的一个品种，紧凑小麦寄主。提莫菲维小麦，一粒小麦，Triunciale L.，二粒小麦- 小麦的野生亲戚在东哈萨克斯坦地区乌斯季-卡缅诺戈尔斯克市郊区的自然环境污染下，种植植物用于科学试验场。植物中重金属的含量通过来自AAnalyst“Perkin Elmer”的装置300上的原子吸收来测定。通过现场经验方法进行实验和生理参数测定[Dospechov BA，1985]。2. 结果和讨论研究表明，不同基因型冬小麦根区土壤中重金属的含量是不均匀的。关于最大允许浓度（MPC），未观察到铅浓度水平超标，但显示了锌、铜和镉浓度超标（图1）。图1.研究了不同基因型冬小麦在自然环境污染条件下R.A. Alybayeva等人/ IERI Procedia 8（2014）4143通过对自然污染条件下不同基因型冬小麦植株各组分中重金属积累的研究表明，锌在植株各组分中均有积累，铜主要积累在根和叶中，铅主要积累在叶中，镉则因基因型不同而不同。结果表明，锌、铜、镉、铅在植物体内的积累存在较大的基因型差异。由于小麦和玉米在食品工业中的应用，研究不同基因型冬小麦种子中锌、铜、镉和铅的含量是最重要的。我们对世界收集的基因型种子中锌积累的研究表明，金属大量积累，其含量超过了所有基因型玉米的MPC，只有在品种小黑麦Taza的种子中没有观察到这种超过（图2）。Kupava品种的植物种子积 累 了 最 多 的 锌 ， 平 均 数 量 - 基 因 型 ： Tr 。 compactum ， Krasnovodopadskaya 25 ， MK-3745 ，Mironovskaya 25，最小的数量在世界范围内收集的不同基因型的种子中的铜含量不超过MPC在任何变体的实验。最大量的铜积累的品种Mironovskaya 808的种子，积累较少的基因型：MK-3745，Kupava，Krasnovodopadskaya25，Tr.compactum，积累最少的-Taza。在镉方面，不仅在种子中有显著的积累，而且在所研究的基因型之间也存在显著差异。镉含量超过MPC的谷 物在几 乎所有 的变种 的实验中 ，只有 在种子 的基因 型，如Krasnovodopadskaya 25和Mironovskaya 808的镉含量不超过MPC。小黑麦Taza种子中镉含量最高，远远超过MPC，小黑麦Kupava、Tr. compactum和MK-3745。其他作者也观察到镉在小麦种子中的积累量大于其他器官。一般来说，小麦籽粒中的微量元素含量高于植物的茎和叶[Medvedev P.V.，费多托夫V.A.，2009年]。有研究者认为，产品中重金属镉的含量是食品安全的问题。减少谷物中的镉是育种计划的优先事项之一[RE Knox，CJ Pozniak，FR Clarke，JM Clarke，S。Houshmand和AK Singh RE.，2009年]。图二.不同基因型冬小麦籽粒中锌、铜、镉、铅的含量Kupava品种的种子中铅的积累量最大，小麦籽粒中铅的含量超过了该金属的MPC。其他基因型积累少量的铅不超过MPC，最少量的铅被发现在类型Tr的种子。紧的44R.A. Alybayeva等人/ IERI Procedia 8（2014）41研究结果表明，在世界小麦品种中，Mironovskaya 808和Krasnovodopadskaya 25的重金属积累量最少。由于锌不是一种有毒元素，镉和铅等有毒金属在这些品种的种子中积累不显著，因此可以推荐用于进一步的抗金属育种研究。并对所研究的小麦基因型的生理参数进行了研究。对世界收集基因型生育期下植株数量的研究表明，小麦T。单子叶菌T. dicoccum，T. timofeevi，T. Triunciales具有最小数量的发芽植物。种子发芽率最高的基因型为Mironovskaya 808和T. compactum（图3）。越冬前保存植株数量的研究表明，Mironovskaya 808基因型和小黑麦Taza品种的越冬存活植株数量最多，冬小麦T品种的越冬存活植株数量最少。单球菌属冬小麦品种Mironovskaya 808的越冬性好于其他基因型，收获前的成活率最高。这表明该品种在夏季生长季节对不利环境条件的抵抗力最强。有些类型的小麦不能越冬：T。单子叶菌T.timofeevi，T. triunciale，T.双球菌属（图3）。图3.世界各地不同基因型冬小麦在自然污染条件下越冬和收获前保存的比例。从地块最大的收获是冬小麦Mironovskaya 808，这可以连接到成功越冬，保存在夏季生长季节。此外，品种Mironovskaya 808比其他品种的发展阶段更快。与其他研究的小麦形式相比，基因型小黑麦Taza的特征还在于相对较高的产量（图4）。Mironovskaya-808是东哈萨克斯坦地区重金属污染土壤中推荐种植的冬小麦品种，该品种重金属积累少，生长发育、越冬、产量高。R.A. Alybayeva等人/ IERI Procedia 8（2014）4145图4. 不同基因型冬小麦在其自然环境污染下生长的小区收获量（g/cm2）3. 结论1)品种的冬小麦Mironovskaya 808和Krasnovodopadskaya 25更耐研究的重金属的积累。它们可以被推荐用于金属抗性育种。2)品种的冬小麦Mironovskaya 808可以推荐用于种植在技术落后的地区，土壤中的重金属污染，因为他们积累不多的重金属，他们有良好的发展，越冬和产量指标。引用[1] Molchan IM.减少作物生产中有毒物质的育种和遗传问题。农业生物学1996; 1：55-66.[2] 吴飞波，张国平。大麦籽粒重金属含量的基因型差异及土壤因子的影响。植物营养学杂志，2002;25（6）：1163-1173.[3] Dospechov BA实地经验的方法。M：Agropromizdat; 1985年。[4] Medvedev PV，Fedotov VA.自然地理和品种因素对春小麦重金属积累影响的研究。Bulletin OGU2009; 6（100）：222-226.[5] Knox RE，Pozniak CJ，Clarke FR，Clarke JM，Houshmand S和AK Singh RE。硬粒小麦镉吸收基因Cdu 1的染色体定位Genome 2009; 52（9）：741-747.