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水稻是我国主要的粮食作物,锌和铁不仅对水稻的生长发育具有重要作用,水稻籽粒中锌铁含量的高低对改善国民微量营养元素缺乏也不容忽视。本研究一方面以水稻推广品种两优培九为实验材料,通过营养液培养实验分别对其进行长期和短期缺乏锌铁处理,分析水稻生长发育、养分含量及相关生理生化指标,以此研究水稻响应锌铁缺乏的变化规律以及锌铁之间的互作效应;另一方面对98份水稻品种进行籽粒锌铁高、低累积品种的筛选与鉴定,以此为研究材料,分析比较其养分吸收、运输以及向籽粒转移的差异,进而探寻水稻籽粒富集锌铁的关键因子。获得的主要研究结果如下:通过不同程度的缺锌处理,分析两优培九的生长表型、矿质养分含量和生理指标,结果如下:(1)短期缺锌处理下,与正常处理相比,水稻生长无明显变化;根中锌含量先增加后降低,其中在处理3 d时锌含量是正常处理的两倍,而到了14 d又显著低于正常水平。同时,根系对磷的吸收也受到明显的抑制,但对氮和钾的吸收并无显著影响。(2)长期缺锌处理下,植株下部叶片颜色变深、枯黄,植株生长矮小,生物量显著下降;根和地上部锌含量显著降低,分别下降了38%和55%。同时,缺锌使地上部氮含量显著增加,而恢复供锌后氮含量逐渐恢复到正常水平;恢复供锌使根和地上部磷含量、根钾含量显著增加,但对地上部钾含量无显著影响。长期缺锌处理下,根、叶鞘和叶片中抗氧化酶SOD活性均显著降低,恢复供锌后POD活性在根中显著降低,而在叶鞘中显著增加,叶鞘中CAT活性显著增加。剑叶叶绿素含量因长期缺锌而受到影响,与对照相比,叶绿素a+b增加了40%,而叶绿素a/b却下降了5/6。(3)全生育期低锌处理下,与正常锌处理相比,根和地上部干重均显著降低,在成熟期差异达到最大,生物量分别下降了21%和54%;从而导致在各生育期各别部位锌的含量有不同程度的增加。同时,低锌处理能够影响氮、磷和钾在植株各器官中的分配比例。低锌会抑制氮和磷向穗中运输,将更多的氮分配到茎和叶鞘中,而将磷分配到叶片中;但是,低锌能够促进根对钾的吸收,并将钾分配到根和新叶中。通过不同程度的缺铁处理,分析两优培九的生长表型、矿质养分含量和生理指标,结果如下:(1)短期缺铁处理下,与正常处理相比,植株生长无明显变化;根中铁含量显著降低,而氮含量显著增加,恢复供铁后均逐渐恢复到正常水平;但是根和地上部磷和钾的含量没有显著变化。(2)长期缺铁处理下,根尖数显著减少,根总表面积、总根长和根系总体积则显著增加,剑叶面积增加;恢复供铁14天后,地上部生物量显著降低,植株生长受到抑制。与正常铁处理相比,根和地上部的铁含量极显著降低,分别下降了81%和87%。同时,长期缺铁使植株对磷的吸收明显受到抑制,但是对根和地上部氮与钾的含量无显著影响。长期缺铁时,根和叶片抗氧化酶sod活性均显著降低,根、叶鞘和叶片pod活性均无显著变化,叶鞘中cat活性显著降低,恢复供铁后各部位sod活性逐渐增加并恢复到正常水平,叶鞘中pod活性显著增加后恢复正常水平,根和叶鞘中cat活性显著增加,最后恢复正常水平;剑叶中类胡萝卜素和叶绿素含量显著降低。(3)全生育期低铁处理下,与正常铁处理相比,剑叶面积显著增加,成熟期有效分蘖数、根和地上部干重均显著降低。各生育期各部位铁含量均有不同程度的降低,降低程度为穗>穗轴>叶鞘>新叶>茎>老叶。同时,低铁处理能够影响氮、磷、钾在植株中的分配。低铁会抑制氮和磷向穗中运输,而将更多的氮分配到根中,将磷分配到叶鞘中;但是,低铁能够促进根系对钾的吸收,并将钾积累到根和茎中。对两优培九进行缺锌和缺铁的交互处理,分析其锌铁互作效应,结果如下:(1)短期缺锌处理下,根对铁的吸收明显受到抑制,但随缺锌时间的延长其抑制程度逐渐减弱;地上部铁含量则无显著变化。长期缺锌处理下,与对照相比,根和地上部铁含量无显著变化,恢复供锌能够促进根系对铁的吸收,增加程度达到40%。全生育期低锌处理下,老叶和茎中铁的含量均有不同程度的增加,而穗和穗轴中铁含量则显著降低。(2)短期缺铁处理能够促进根系对锌的吸收,差异最大时高出正常水平的33%;恢复供铁后,根系对锌的吸收逐渐恢复正常,地上部对锌产生过量累积。长期缺铁处理下,根对锌吸收的变化最大,各时间点根中锌含量均显著高于对照处理。全生育期低铁处理使地上部老叶、新叶、叶鞘和穗轴中的锌含量增加,增加程度在各时期有所不同,其影响程度总体表现为穗轴>老叶>新叶>叶鞘。与正常铁处理相比,在生殖生长时期穗中锌含量显著低于正常水平。(3)短期缺锌缺铁处理下,根和地上部的铁含量均显著低于对照处理;而水稻植株对锌的吸收则先增高后降低,恢复供锌铁后对锌过量吸收。长期缺锌铁处理下,与对照相比,根和地上部锌和铁的含量均显著降低;恢复供锌铁后铁含量逐渐恢复到正常水平,而根和地上部的锌含量在第9天高于正常处理的40%。通过分析不同水稻品种颖壳和糙米中锌与铁的含量发现:不同品种间颖壳和糙米中锌与铁的含量存在丰富的遗传变异,一般而言,糙米中的锌含量高于颖壳,糙米中的铁含量低于颖壳。其中,颖壳中锌含量最高和最低之间相差46 mg/kg,糙米中锌含量最高和最低之间相差27 mg/kg,颖壳中铁含量最高和最低之间相差160mg/kg,糙米中铁含量最高和最低之间相差47 mg/kg。颖壳和糙米中锌与铁的含量具有明显的正相关关系。比如,珍珠矮和宜香1577颖壳中锌和铁的含量均较低,02428糙米中锌和铁的含量均较低,两优培九颖壳和糙米中锌与铁的含量均较高。通过比较分析颖壳和糙米中锌高、低累积品种中锌在各组织器官中的分配比例发现,在孕穗期,锌高积累品种中锌在穗中的分配比例较高;而在成熟期,锌在茎中的分配比例降低。说明,在孕穗期穗对锌的积累以及在成熟期锌从茎向穗的转运能力是水稻籽粒锌高累积的主要原因。通过比较分析颖壳和糙米中铁高、低累积品种中铁在各组织器官中的分配比例发现,在孕穗期、抽穗期和灌浆期,铁高积累品种中铁在穗中的分配比例较高;在成熟期,铁在下部穗中分配比例较高,而在茎中的分配显著减少。说明,在成熟期以前,铁在穗中的高累积能力以及在成熟期铁从茎向穗的转运能力是水稻籽粒铁高累积的主要原因。