籽粒富锌水稻根际锌生物化学行为及其调控作用

【摘要】水稻是世界上最主要的粮食作物,全世界约有一半以上的人口以水稻为主食。锌是人体必需的微量元素之一。据报道,世界上有超过20亿的人口存在不同程度的缺锌问题。因此,研究如何提高稻米中锌的含量和生物有效性尤为重要。低含量的土壤有效性是水稻籽粒锌生物强化的主要限制性因素,而锌的有效性与锌的形态分布及转化密切相关。为了提高土壤锌的有效性,利用水分和肥料管理、接种特异内生菌等调控措施,研究其对水稻土壤锌的形态分布、籽粒锌的积累及生物有效性的影响及可能机制。结果如下：1.利用根箱模拟试验研究水稻根际土壤锌的形态转化及其植物有效性。结果表明,在水稻生长期间根际土壤锌的形态发生显著变化。作物根际与非根际土壤中锌的形态分布一致,锌含量依次为：残渣态>铁锰氧化物结合态>有机结合态>碳酸盐结合态>可交换态。pH值是影响根际锌形态变化及有效锌含量的重要因素,且根际土壤pH显著低于非根际土壤；在根际土壤,交换态锌显著高于非根际土壤。另外,根际土壤锌的转化系数显著高于非根际土壤,促使非有效态向有效态转化,相应的提高了锌的植物有效性。2.利用土培试验研究干湿交替配施锌肥(ZnSO4,Zn-EDTA)对水稻产量和籽粒锌积累量的影响。结果表明,与传统常规淹灌相比,干湿交替在增加稻米产量、锌含量以及积累量方面效果显著,增幅分别为11.4%、3.9%。因此,干湿交替不仅是水稻生产系统中非常有前景的节水措施,还是相当有前景的锌生物强化调控措施。土施锌肥显著增加了稻米产量和锌含量,并且土施ZnSO4比Zn-EDTA效果更为显著,特别是在干湿交替情况下。另外,锌肥的使用也显著降低了精米中植酸含量和植酸／锌的摩尔比,提高了精米的锌生物有效性。因此,干湿交替配施硫酸锌肥可以作为水稻生产体系中获得高产富锌、高生物有效性的农艺措施。3.利用水培、土培试验研究特异内生菌对水稻生长、籽粒产量、锌含量以及锌生物有效性的影响。水培实验中将5株供试内生菌(Burkholderiasp.SaZR4、Burkholderiasp.SaMR10、Sphingomonassp.SaMR12、Variovoraxsp.SaNR1、Enterobactersp.SaCS20)分别接种至水稻根系。激光扫描共聚焦显微镜观察结果表明：接种72h后,GFP标记的内生菌能成功定殖在水稻根系内,并在根表和根内形成类似生物薄膜的聚集体。另外,特异内生菌显著增加了根长、根直径和根体积,并促进了植物生长,其中SaMR12和SaCS20的促生效果更为显著。在土培实验中分别接种了内生菌SaMR12和SaCS20,结果表明：与对照相比,内生菌显著增加了籽粒产量、锌积累量、锌生物有效性及根际土壤有效锌。原位micro-XRF结果也证实了内生菌能显著增加根际区域锌的含量。因此,特异内生菌可以作为水稻籽粒锌生物强化的一项有效辅助措施。
【作者】王玉艳；
【导师】倪吾钟；杨肖娥；
【作者基本信息】浙江大学，植物营养学，2014，博士
【关键词】水稻；锌；生物强化；锌生物有效性；锌形态；干湿交替；锌肥；内生菌；

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