不同形态铁肥降低矮秆波兰小麦镉吸收和积累的生理和分子响应

小麦是世界上超过一半人口的主食，其吸收和积累镉（Cd）的能力较强，在Cd污染的土壤中种植的小麦，其食用部位的Cd积累量很容易超过中国的安全限值（0.1 mg/kg）。FeCl₃和Fe₂(SO₄)₃作为土壤洗涤剂可以将Cd从污染土壤中洗涤出来，但其是否影响小麦Cd吸收和积累却未知。

来源于我国新疆吐鲁番地区的波兰小麦蕴含众多优良基因，如矮秆基因Rht-B1b和长粒基因KL-PW；同时，该材料更是Cd耐受性，是研究小麦Cd积累的理想材料，更是小麦遗传改良重要的基因源。近十年，我们利用矮秆波兰小麦与主要栽培品种人工杂交，将株高、长粒、耐Cd和低Cd积累等优良基因或性状导入普通小麦，创制和选育出了系列株型优异的育种材料。

本研究中，我们对矮秆波兰小麦进行了三种浓度的FeCl₃和Fe₂(SO₄)₃处理，通过形态指标测定、Cd含量及化学形态分析、根细胞壁糖分测定以及转录组测序，揭示了FeCl₃和Fe₂(SO₄)₃降低小麦对Cd吸收和积累的生理和分子途径。结果表明，与缺铁相比，FeCl₃和Fe₂(SO₄)₃均降低了Cd浓度，降低量从最小到最大的顺序为：25 μM Fe₂(SO₄)₃< 200 μM FeCl₃< 50 μM FeCl₃< 100μM Fe₂(SO₄)₃。Cd浓度的减少不是由于干重和根形态参数的变化导致，而是通过FeCl₃和Fe₂(SO₄)₃不同程度地调节了Cd的亚细胞分布、根部糖分含量、Cd化学形态以及金属转运蛋白的表达竞争性地降低了Cd浓度（图1）。两种浓度的FeCl₃和Fe₂(SO₄)₃不同程度地降低了根细胞壁对Cd的绑定，并增强了根蔗糖和海藻糖的含量。添加铁肥也显著降低了根F_E、F_W和F_NaCl。FeCl₃和Fe₂(SO₄)₃差异性地上调了水解细胞壁多糖的基因和金属转运蛋白基因，包括ZIP、CAX、ABC等编码金属转运蛋白家族的基因，从而减少小麦Cd的吸收和积累。该研究为合理利用铁肥管理措施降低小麦Cd积累以及对铁调控的编码金属转运蛋白基因的功能研究奠定了基础，也为后续波兰小麦-普通小麦育种新材料Cd吸收和积累解析奠定了物质和理论意义。

该研究结果以FeCl₃ and Fe₂(SO₄)₃ differentially reduce Cd uptake and accumulation in Polish wheat (Triticum polonicum L.) seedlings by exporting Cd from roots and limiting Cd binding in the root cell walls为题与11月27日在国际著名期刊Environmental Pollution上在线发表（中科院大类TOP）。四川农业大学小麦研究所博士研究生姚琴为论文第一作者，王益教授为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、四川省科技厅应用基础项目和中国博士后科学基金面上项目的资助。

图1 FeCl₃和Fe₂(SO₄)₃对矮秆波兰小麦根部Cd吸收积累的分子调控模式图