兩個(gè)冬小麥品種吸收利用土壤鉬的差異及其調(diào)控機(jī)制.pdf

1、鉬是植物必需的微量元素之一。不同作物對(duì)鉬的需要量和吸收能力不同，因此植物鉬營(yíng)養(yǎng)存在基因型差異。鉬高效品種97003和鉬低效品種97014在干物質(zhì)量、產(chǎn)量、鉬含量及累積量、含鉬酶及其調(diào)控過(guò)程等方面均存在顯著差異。本文在已有研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)盆栽、根箱及營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用生理生化研究技術(shù)，深入研究了兩個(gè)冬小麥品種對(duì)鉬吸收利用的差異及其調(diào)控機(jī)制。主要結(jié)果如下:
　　1.研究了兩個(gè)冬小麥品種根際過(guò)程對(duì)土壤鉬生物有效性影響的差異。結(jié)果表明

2、:缺鉬條件下，兩個(gè)冬小麥品種根區(qū)土壤有效鉬含量顯著高于不種植物的對(duì)照，且顯著高于非根區(qū)土壤;施鉬條件下，兩個(gè)冬小麥品種根區(qū)土壤有效鉬含量顯著低于不種植物的對(duì)照，且顯著低于非根區(qū)土壤。說(shuō)明在缺鉬條件下，冬小麥能夠通過(guò)根系活化土壤鉬以適應(yīng)缺鉬脅迫。缺鉬條件下，兩個(gè)冬小麥品種根區(qū)土壤pH顯著高于不種植物的對(duì)照，且顯著高于非根區(qū)土壤。說(shuō)明冬小麥根際過(guò)程能提高根區(qū)土壤pH進(jìn)而提高土壤鉬的有效性。兩個(gè)冬小麥品種根系NO3-的吸收和NH4+的外排導(dǎo)致

3、了H+的內(nèi)流，說(shuō)明H+內(nèi)流是冬小麥根系提高根區(qū)土壤pH的原因。兩個(gè)冬小麥品種根系活化土壤鉬存在差異。缺鉬條件下，97003根區(qū)土壤有效鉬提高的幅度高于97014;施鉬條件下，97003根區(qū)土壤有效鉬降低的幅度低于97014，說(shuō)明97003根系活化土壤鉬的作用強(qiáng)于97014。缺鉬條件下，97003外排較少的NH4+和吸收較少的NO3-導(dǎo)致了較低的H+內(nèi)流，進(jìn)而導(dǎo)致了較低的根區(qū)pH。但是，97003根系較強(qiáng)的活化土壤鉬的能力可能與較低的H+

4、內(nèi)流導(dǎo)致較低的根區(qū)土壤pH無(wú)關(guān)。
　　2.研究了兩個(gè)冬小麥品種鉬吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及同化相關(guān)蛋白基因表達(dá)的差異。結(jié)果表明:兩個(gè)冬小麥品種根系TaSultr5.1、TaSultr5.2和TaCnx1基因表達(dá)與鉬吸收量密切相關(guān)。根系TaSultr5.2基因表達(dá)與鉬吸收速率密切相關(guān)。當(dāng)供鉬水平低于1μmol/L時(shí)，97003具有較強(qiáng)的鉬吸收能力，這與97003根系較高的TaSultr5.1、TaSultr5.2和TaCnx1基因表達(dá)有關(guān)。相反，

5、當(dāng)供鉬水平高于5μmol/L時(shí)，97003根系TaSultr5.2和TaCnx1基因的下調(diào)表達(dá)導(dǎo)致了其較弱的鉬吸收能力。說(shuō)明TaSultr5.1、TaSultr5.2和TaCnx1基因的不同表達(dá)模式可能是兩個(gè)冬小麥品種不同供鉬水平下鉬吸收能力差異的原因。
　　3.研究了競(jìng)爭(zhēng)離子對(duì)兩個(gè)冬小麥品種鉬吸收轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)蛋白基因表達(dá)的影響。結(jié)果表明:硫和磷的缺乏分別提高了兩個(gè)冬小麥品種地上部以及根系鉬含量、鉬遷移系數(shù)及單株鉬累積量，表明缺硫和缺

6、磷均能促進(jìn)冬小麥鉬的吸收和遷移。同時(shí)，硫和磷的缺乏分別降低了兩個(gè)鉬水平下根系TaSultr1.1和TaPht1.1基因表達(dá)，提高了TaSultr5.1和TaSultr5.2基因表達(dá)。說(shuō)明缺硫和缺磷提高TaSultr5.1和TaSultr5.2基因表達(dá)可能是缺硫和缺磷促進(jìn)小麥鉬吸收和遷移的原因。兩個(gè)冬小麥品種鉬吸收轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)蛋白的基因表達(dá)對(duì)缺硫和缺磷的響應(yīng)程度不同。
　　4.研究了兩個(gè)冬小麥品種鉬輔因子合成相關(guān)蛋白基因表達(dá)的差異。結(jié)果

7、表明:缺鉬條件下，97003葉片或根系NR和SO活性高于97014，葉片AO和XDH活性低于97014;施鉬條件下，97003葉片SO活性同樣高于97014，根系SO活性低于97014;葉片AO和XDH活性低于97014，根系A(chǔ)O和XDH活性高于97014。缺鉬條件下，97003葉片NR基因表達(dá)顯著低于97014、葉片及根系A(chǔ)O和XDH基因表達(dá)顯著高于97014;施鉬條件下，97003葉片及根系A(chǔ)O和XDH基因表達(dá)顯著低于97014，說(shuō)

8、明兩個(gè)冬小麥品種含鉬酶活性和基因表達(dá)在不同鉬水平下表現(xiàn)出不同的差異。缺鉬和施鉬條件下，97003葉片和根系TaCnx2和TaCnx5基因表達(dá)顯著低于97014，說(shuō)明97003體內(nèi)有較少的環(huán)狀蝶呤單磷酸鹽(cPMP)和鉬喋呤(MPT)的累積。97003葉片和根系TaCnx1基因表達(dá)顯著高于97014，說(shuō)明97003體內(nèi)有更多的鉬輔因子(Moco)合成。97014根系具有較高的TaAba3基因表達(dá)，可能與鉬輔因子相對(duì)缺乏誘導(dǎo)TaAba3基因

9、表達(dá)有關(guān)。
　　綜上所述，兩個(gè)冬小麥品種吸收利用土壤鉬差異的可能機(jī)制是:缺鉬條件下，鉬高效品種97003根區(qū)土壤有效鉬含量高于鉬低效品種97014，說(shuō)明97003具有較強(qiáng)的根系活化土壤鉬的能力;97003根內(nèi)鉬吸收轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白TaSultr5.2和TaSultr5.1基因表達(dá)顯著高于97014，說(shuō)明97003具有較強(qiáng)的鉬吸收轉(zhuǎn)運(yùn)能力;97003體內(nèi)鉬同化過(guò)程關(guān)鍵蛋白TaCnx1基因表達(dá)顯著高于97014，說(shuō)明97003具有較強(qiáng)的鉬輔因