水稻砷胁迫响应研究：筛选耐砷品种，探寻低砷积累之路

研究人员筛选 67 种水稻基因型对砷（As）胁迫的响应，确定耐 / 敏感品种，为培育低 As 积累品种提供资源。

　　《水稻砷胁迫响应研究：筛选耐砷品种，探寻低砷积累之路》

在环境问题日益严峻的当下，有一种 “毒药之王” 正悄无声息地威胁着人们的健康，它就是砷（As）。砷对土壤和地下水的污染极为严重，影响着全球近 1.5 亿人的健康。在孟加拉三角洲和孟加拉国地区，砷污染状况堪称触目惊心，被视为人类历史上最严重的大规模中毒事件。

水稻作为全球重要的粮食作物，尤其是东南亚国家人们的主食，每天的摄入量可达 300 克左右。然而，由于水稻是半水生植物，在厌氧的种植环境下，地下水的砷会大量积累在水稻籽粒中，导致从孟加拉国和印度西孟加拉邦产出的水稻及其制品，砷含量远超安全标准，就连婴儿食品也未能幸免。砷超标的食物进入人体，会对健康造成极大危害。因此，降低水稻中的砷含量迫在眉睫。

为了解决这一难题，来自印度贝拿勒斯印度教大学环境与可持续发展研究所植物胁迫生物学实验室的研究人员 Poonam Yadav、Meghna Jaiswal 和 Sudhakar Srivastava 开展了相关研究，研究成果发表在《Stress Biology》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，收集了来自不同地区的 67 种水稻基因型，在实验室模拟砷胁迫环境进行水培实验。通过分析种子萌发率、根和茎的长度以及幼苗活力指数等指标，筛选出耐砷和敏感的水稻品种。对于筛选出的典型品种，进一步研究不同砷浓度和处理时间下，水稻在砷积累、生长和生化响应方面的变化。采用酸消化法测定水稻各组织中的砷含量，通过特定的实验方法检测脂质过氧化产物丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性以及非蛋白巯基（NP-SH）水平，以此评估水稻的氧化应激和解毒能力。

研究结果如下：

1. 水稻基因型筛选及耐 / 敏感品种鉴定：研究发现，不同水稻基因型在萌发和幼苗早期生长方面对砷胁迫的反应差异巨大。随着砷（III）浓度从 25μM 增加到 50μM，各基因型的萌发率、根和茎的生长均受到不同程度的抑制。例如，在 50μM As (III) 处理下，Pooja 和 Dubraj 的萌发率仍能保持 100%，而 Shobhini 的萌发率下降幅度最大。通过对幼苗活力指数的分析和聚类分析，研究人员成功鉴定出 Pooja、VivekDhan 等为耐砷基因型，Shobhini、DRR Dhan - 41 等为敏感基因型。
2. 不同水稻基因型对砷胁迫的浓度和时间依赖性响应：
   • 砷积累和生长：在浓度和时间依赖性实验中，耐砷品种 Pooja 各组织中的砷积累量显著低于中等敏感品种 CO - 50。在浓度依赖性实验中，Pooja 根、老叶和新叶中的砷含量比 CO - 50 低 1.5 - 4.5 倍、6.6 - 8.7 倍和 8.7 - 17.9 倍。较低的砷积累使得 Pooja 在生长方面表现更优，其根长、茎长和鲜重受砷胁迫的影响较小，而 CO - 50 因高砷积累，幼苗生长受到严重抑制。
   • 生化响应：在生化响应方面，CO - 50 在砷暴露后，MDA 水平显著高于 Pooja，表明其遭受了更严重的氧化应激和脂质膜损伤。SOD 活性在 CO - 50 中增加更为显著，且 Pooja 在砷处理初期 SOD 活性迅速增加，随后增长变缓，而 CO - 50 则随时间持续增加，说明 Pooja 能更迅速地应对砷胁迫。在 NP - SH 水平上，两个品种表现出不同的变化趋势，反映出它们在砷解毒机制上的差异。
   
   

研究结论和讨论部分指出，该研究成功鉴定出了对砷胁迫具有不同耐受性的水稻基因型，不同的砷积累量是造成两个品种耐受性差异的主要原因之一。这些鉴定出的基因型为培育低砷积累水稻品种的育种计划提供了重要的遗传资源。同时，它们也有助于研究人员进一步探索参与砷耐受和积累的新基因，为利用现代遗传技术培育低砷积累水稻植株奠定基础。在实际应用中，种植耐砷品种可避免使用化学或生物改良剂降低水稻砷含量的成本，有望在砷污染地区推广种植，保障粮食安全和人们的健康。这项研究为解决水稻砷污染问题提供了新的思路和方向，对农业可持续发展和人类健康保护具有重要意义。