生物炭增效锌肥通过调控抗氧化防御与OsCA基因介导的碳酸酐酶活性缓解水稻镉胁迫

《BMC Plant Biology》：Biochar-enhanced zinc alleviates cadmium stress in rice by regulating carbonic anhydrase genes: Insights from genome-wide analysis

　　

摘要

镉（Cd）胁迫对水稻的生长和生产构成重大威胁，加剧了粮食安全与食品安全的挑战，亟需有效的缓解策略。本研究评估了生物炭增效锌肥（BcZnE）在缓解水稻镉毒性方面的功效。镉胁迫显著降低了植株生长、生物量积累、叶绿素含量和光合速率，同时增加了氧化损伤。然而，施用BcZnE显著降低了根、茎和籽粒中的镉积累量，同时大幅提高不同植株部位的锌吸收量，并改善了植株生长性状。BcZnE通过降低丙二醛和过氧化氢水平有效缓解了氧化应激，同时提高了脯氨酸含量以及超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶等关键抗氧化酶活性。此外，分子分析表明，BcZnE增强了碳酸酐酶（CA）活性，从而改善了光合性能。基因表达分析显示，BcZnE上调了OsCA-Beta基因，表明这些基因在镉胁迫下参与改善CO?同化和胁迫耐受性。全基因组研究鉴定了10个OsCA基因，分为三组：Alpha型、Beta型和Gamma型——分布于五条染色体上。基因结构分析表明，OsCA基因具有保守的结构和功能特征，这些特征对CA功能至关重要。BcZnE促进的综合生理生化改善转化为镉胁迫下籽粒产量的显著增加。总之，BcZnE通过增强营养吸收、抗氧化防御和光合效率，代表了一种缓解镉毒性的有前景策略。它为OsCA基因在水稻胁迫适应中的功能作用提供了新的见解，并为未来水稻OsCA基因的功能研究提供了有力基础。