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水稻和小麦对硒的吸收、转运及形态转化机制

黄青青  
【摘要】:硒是人和动物必需的微量营养元素之一。在世界范围内,人体缺硒现象非常普遍,大约5-10亿人缺硒。饮食是人体摄入硒的主要途径,其中植物硒是饮食中主要硒源。通过生物强化生产富硒农产品可以有效提高饮食中硒水平。水稻和小麦是我国主要的粮食作物,在饮食结构中占据重要的地位,水稻和小麦中硒含量高低及存在形态与人体硒营养密切相关。本研究中,以水稻供试植物,采用营养液培养和土壤石英砂联合培养装置,研究水稻根表铁氧化物胶膜对硒的形态转化及植物吸收硒的影响;以小麦为供试植物,采用营养液培养,同时利用X射线吸收近边结构技术(XANES)对植物的硒的形态进行原位测定技术,研究硫酸盐对硒的形态的影响以及不同氮素对小麦硒吸收的影响,为生物强化生产富硒农产品及调控硒的安全水平提供理论基础。主要研究结果如下: (1)吸收动力学的试验结果显示,根表有铁膜存在的水稻根系对亚硒酸盐的吸收效率是根表没有铁膜的1.00-2.00倍,而根表没有铁膜存在的水稻根系对硒酸盐的吸收效率是根表有铁膜的2.00-4.00倍。说明水稻根表铁膜促进了根系对亚硒酸盐的吸收,抑制了根系对硒酸盐的吸收。此外,水稻根表铁膜对亚硒酸盐和硒酸盐的亲和力不同,铁膜对亚硒酸盐的亲和力高于硒酸盐。 (2)营养液培养条件下,水稻根表成功诱导形成红棕色铁膜,且根表铁膜数量随营养液中Fe浓度的增加而增加。亚硒酸盐处理的水稻根系硒含量随营养液中Fe浓度的增加而显著增加,且两者之间呈显著线性正相关;而硒酸盐处理的水稻根系硒含量随营养液中Fe浓度的增加没有显著变化。另外,营养液中供应不同浓度的Fe对亚硒酸盐和硒酸盐处理的水稻地上部硒含量均没有显著影响。 (3)淹水培养条件下,土壤溶液中总硒、亚硒酸盐和硒酸盐含量变化非常迅速。土壤中添加亚硒酸盐或硒酸盐后,能够显著提高土壤溶液尤其是初始土壤溶液中硒的含量。硒酸盐和亚硒酸盐能够同时存在于土壤溶液中,且硒酸盐是土壤溶液中主要存在形态,硒酸盐的含量能够占土壤溶液中总硒含量的90-99%。 (4)在土壤淹水培养条件下,水稻根系表面呈现明显的红棕色,且不同的水稻品种因其根系氧化能力的不同,其根表铁膜数量有显著性差异。在水稻整个生长周期内,根表铁膜通过吸附作用而使其表面能够富集一定量的硒,且当土壤溶液中硒含量较少时,根表铁膜可能会作为一个硒源,提供植物吸收的硒,促进根系对硒的吸收。此外,外源硒形态不同对水稻籽粒的富硒效果没有显著性差异,硒酸盐处理的水稻籽粒中硒的含量要略高于亚硒酸盐处理的。 (5)营养液中进行缺硫培养后对硒的吸收和小麦体内硒的形态转化有一定的影响。缺硫培养后,硒酸盐处理的小麦幼苗地上部和根系硒含量分别是正常培养的5.90和4.23倍;但对亚硒酸盐处理的小麦根系和地上部硒含量没有显著影响。样品形态分析测定结果显示,在亚硒酸盐处理的小麦中,硒主要以有机态硒存在,有机态硒所占比例达到90%左右,主要包括硒代胱氨酸(SeCys2)、硒甲基硒代半胱氨酸(MeSeCys)、硒代蛋氨酸氧化物(SeOMet)三种有机形态;而在硒酸盐处理的小麦中,硒主要以无机态-硒酸盐形态存在,另外有一小部分以亚硒酸盐和硒甲基硒代半胱氨酸形态存在。缺硫培养后,硒酸盐处理的小麦中,无机硒所占的比例有所增加而有机硒所占比例则有所降低;而亚硒酸盐处理的小麦中,有机态硒所占比例没有发生明显的变化,但是不同有机态之间发生了一些转化。此外,不同形态的硒在小麦体内的迁移转化能力不同。植物根系吸收的亚硒酸盐及其代谢产物则大部分累积在根部,而硒酸盐被植物根系吸收后则很快地向地上部迁移;有机态硒SeOMet和SeCys2向植物地上部迁移能力较弱,大部分累积在根系,而SeMeCys则很容易从根系向地上部迁移,最后主要累积在植物地上部。 (6)营养液中供应不同形态的氮素后,可明显地影响小麦营养液pH的变化;在NH4+-N处理的营养液中,营养液中的pH值随培养时间延长呈有明显的下降趋势;而N03--N处理的则随培养时间延长呈有明显的递增趋势。不同形态的氮素和营养液pH调控对小麦吸收硒有一定的影响。当外源添加的硒为亚硒酸盐时,营养液中供应的氮素为NH4+-N时,有利于小麦根系对亚硒酸盐的的吸收;而当外源添加的硒为硒酸盐时,营养液中供应的氮素为N03--N时,有利于小麦根系对硒酸盐的吸收。此外,营养液pH调控对亚硒酸盐的吸收有一定影响,但是对硒酸盐的吸收没有显著影响。


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