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Ionomic Profiling of Rice Genotypes and Identification of Varieties with Elemental Covariation Effects

Rice science 2022年第1期29卷 76-88,I0026-I0030页

作者： ZHANG Chengming Nobuhiro TANAKA Maria Stefanie Dw IYANTI Matthew SHENTON Hayato MARUYAMA takuro shinano CHU Qingnan XIE Jun Toshihiro WATANABE Research Faculty of Agriculture Hokkaido UniversitySapporo 060-8589Japan Institute of Crop Science National Agriculture and Food Research OrganizationTsukuba 305-8518Japan Graduate School of Agricultural and Life Sciences The University of TokyoTokyo 113-8657Japan College of Resources and Environment Southwest UniversityChongqing 400715China

Ionomic profiles are primarily influenced by genetic and environmental factors.Identifying ionomic responses to varietal effects is necessary to understand the ionomic variations among species or subspecies and to potentially understand genetic effects on ionomic profiles.We cultivated 120 rice(Oryza sativa)varieties to seedling stage in identical hydroponic conditions and determined the concentrations of 26 elements(including 3 anions)in the shoots and roots of rice.Although the subspecies effects were limited by the genus Oryza pre-framework and its elemental chemical properties,we found significant differences in ionomic variations in most elements among the aus,indica and japonica subspecies.Principal component analysis of the correlations indicated that variations in the root-to-shoot ionomic transport mechanisms were the main causes of ionomic differences among the subspecies.Furthermore,the correlations were primarily associated with the screening of varieties for elemental covariation effects that can facilitate breeding biofortified rice varieties with safe concentrations of otherwise toxic elements.The japonica subspecies exhibited the strongest elemental correlations and elemental covariation effects,therefore,they showed greater advantages for biofortification than the indica and aus subspecies,whereas indica and aus subspecies were likely safer in metal(loid)polluted soils.We also found that geographical and historical distribution significantly defined the ionomic profiles.Overall,the results of this study provided a reference for further association studies to improve the nutritional status and minimize toxicity risks in rice production.

关键词： ionomic profile rice genotype elemental covariation correlation principal component analysis

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施肥方式对不同基因型大豆地上部非必需元素影响的研究

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第七次全国土壤生物与生物化学学术研讨会暨第二次全国土壤...

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植物生长需要从土壤中吸收17种必需营养元素,而当其它一些非必需元素出现在植物生长环境中时,也会被其吸收。土壤中一些非必需元素包括重金属不仅对植物有害,也可以通过食物链危害人类和动物的健康。本研究在北海道农业研究中心实验基... 详细信息

植物生长需要从土壤中吸收17种必需营养元素,而当其它一些非必需元素出现在植物生长环境中时,也会被其吸收。土壤中一些非必需元素包括重金属不仅对植物有害,也可以通过食物链危害人类和动物的健康。本研究在北海道农业研究中心实验基地开展,以44个大豆品种为植物材料,设置减氮、化肥和有机肥三个肥料处理,研究了不同施肥方式和大豆基因型对大豆地上部钠（Na）、锶（Sr）、钡（Ba）、铬（Cr）、钒（V）、锂（Li）、钴（Co）、硒（Se）、铯（Cs）和镉（Cd）的影响。研究结果表明,10种非必需元素在大豆地上部含量的顺序为:Na＞Sr＞Ba＞Cr＞V＞Li＞Co＞Se＞Cs＞Cd,而元素变异系数（CV）的顺序为Ba（74）＞V（69）＞Cr（67）＞Cd（60）＞Cs（61）＞Li（56）＞Se（49）＞Co（43）＞Na（34）＞Sr（29）,直接反映了各元素在植物体中的稳定性。通过限制性最大似然估计（REML）分析发现,大豆地上部Cd的变异主要由大豆基因型引起;而Sr和Ba的变异主要由施肥方式引起,其它元素的变异则归因于施肥方式和基因型的交互作用。对10种非必需元素进行主成分分析显示,PC1达到47.8%并且将有机肥和化肥处理显著分离,说明施肥方式对大豆地上部非必需元素的含量有着非常显著的影响。施用有机肥能够增加大豆地上部Sr、Se、Cd和Ba的含量,降低Co,Cs,Li,V,Na和Cr的含量。进一步对结果分析,筛选到"Horosoy"和"Labrador"两个Cd高富集品种,可以作为研究植物吸收Cd的机理的试验材料。结果说明有机肥施用和作物品种对大豆地上部非必需元素的积累有着非常重要的影响,也为豆类食品安全研究提供了理论基础。

关键词：施肥基因型大豆非必需元素

来源： cnki会议评论

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