土壤—植物系统中硒的迁移转化及低硒地区食物链中硒的调节

阐述了土壤中硒的存在形态及其与植物吸收的关系，论述了植物对硒的吸收和代谢机制、硒在植株体内的存在形态及其生物学效应，讨论了低硒地区食物链中硒水平调节的方法和效果，提出了土壤-植物-食物链系统中硒素研究的前沿问题。     

水稻磷素吸收与转运分子机制研究进展

磷素是植物体内重要的大量元素之一,其含量约占植物干重的 0.2%。由于磷元素作为许多重要生物大分子的关键组分,且参与植物体内许多的生理生化反应,因此植物的生长和发育都离不开磷元素。植物在长期的进化过程中,形成了一套高效地吸收和利用磷素的分子调控机制。本文将重点阐述水稻中无机磷从土壤吸收进根系再转运到地上部并进行分配的分子机制,并对今后的水稻磷素吸收和转运的研究重点进行展望。水稻根系主要通过定位在细胞膜上的磷酸盐转运体 (Phosphate Transporter1,PHT1) 吸收土壤中无机磷。当无机磷被吸收进入根系细胞内部后,通过质外体和共质体两种养分的运输途径,将其运输到根中维管束,并通过PHO1 将无机磷由根系加载到地上部。然后水稻根据其地上部不同组织器官对无机磷的需求进行分配,而多余的无机磷将储存在液泡内,维持细胞内无机磷的平衡。目前对磷酸盐转运体吸收磷素的分子机制研究较为清楚,但对于磷素在植物体内的储存、分配和再利用过程的机制还研究较少。液泡作为水稻无机磷储存的主要部位,对于维持细胞内无机磷的平衡尤其重要;节是水稻营养元素 (包括磷素) 在地上部进行分配的重要部位。但目前对于定位于液泡膜上和节上的磷酸盐转运体的机制研究较少。因此,未来挖掘与解析水稻体内负责磷素储存、分配和再利用的磷酸盐转运体及其作用机制,能为培育磷高效利用的水稻提供新的依据。     

铜胁迫对植物生长发育影响与植物耐铜机制的研究进展

铜(Cu)是植物生长发育必需的微量营养元素,在光合作用、呼吸作用、抗氧化系统及激素信号转导等多种生理过程中发挥至关重要的作用,其在植物体内含量过高或不足均会影响植物的正常生理代谢。近年来由于含铜杀菌剂的广泛使用及工业含铜污染物的排放,铜污染对植物生长发育的危害备受关注。研究铜离子对植物生长发育的影响以及植物响应铜胁迫的分子机制,对人们了解植物的耐铜性和铜污染区的植物修复具有重大意义。本文从植物对铜离子的吸收转运及积累,铜胁迫对植物生长发育的影响及植物对铜胁迫的抗性机制3个方面,系统总结了国内外关于植物铜胁迫的研究进展,并提出了需要进一步加强铜胁迫分子调控机制及植物修复方面的研究。     

水稻对外源硒的吸收利用研究

硒是人体必需的微量营养元素,食物是人体硒的主要来源,外源硒调控是生产富硒农产品的重要手段之一。通过盆栽试验,研究外源硒添加条件下水稻对硒的吸收利用问题。结果表明,土壤添加外源硒为0.2~0.6 mg Se·kg~(-1)土的条件下,对水稻的生长性状没有显著影响,但能显著增加水稻各部位的全硒含量。硒在水稻体内各部位的含量大小关系为:稻根茎叶糙米精米谷壳;但在各主要部位的总累积大小为:茎叶糙米精米稻根谷壳。在自然土壤上硒相对更多地富集于水稻根系,而外源添加四价硒处理,水稻吸收的硒相对更容易转移至地上部位,甚至更容易在糙米和精米中富集。水稻植株对外源硒的吸收利用率为2.87%~3.75%,地上部和籽粒累积外源硒的量占添加外源硒总量分别为2.60%~3.45%和0.94%~1.32%。     

植物根系与叶片吸收硒的关键过程及影响因素

硒元素具有抗癌、抗衰老、提高人体免疫力等功能,经植物吸收转化后,可以更加安全高效地被机体吸收利用。富硒植物产品是时下功能性农业的主要产品之一,经济器官富集较高的硒是该产品的核心。然而,目前市面上富硒植物产品的硒含量却参差不齐且普遍偏低。因此,系统研究植物吸收硒元素的途径、关键过程与影响因素对提高植物的富硒效率具有十分重要的意义。本文总结了植物根系和叶片吸收硒的主要过程,地理位置、土壤成分及其理化性质等因素对植物根系吸收硒的影响,以及硒源种类、浓度、叶片结构及叶龄、生育时期、助剂等因素对植物叶片吸收硒元素的影响。据此,提出未来还需要加强植物吸收硒的影响因素、调控机制,建立相对标准的试验模式和富硒产品评价体系等建议,以期尽快补足研究与生产之间差距,推动以富硒为导向的功能性农业科学健康发展。     

植物对不同形态磷响应特征研究进展

磷是植物生长发育所必需的大量营养元素之一,参与植物体内许多重要化合物的合成与代谢。土壤中磷素具有多种形态,且不同形态磷的植物有效性差异较大;植物在不同形态磷环境下,体内会形成相应的适应性机制。植物吸收积累磷通常与根形态、根系分泌物、体内磷转运等因素有关,受到特异基因表达的调控。了解植物对磷的吸收积累特性是筛选磷高效植物或磷富集植物的前提,也是充分利用土壤磷素资源、修复磷过剩环境的关键。根据国内外研究现状,本文从磷素吸收积累、根系形态特征、磷酸酶与植酸酶的变化以及磷营养高效的分子机制,综述了植物对不同形态磷的响应特征,并对未来该领域的研究进行了展望。     

植物对硒的吸收转运和形态转化机制

阐述了植物对不同形态硒的吸收、转运和形态转化机制。植物主要吸收水溶性硒,包括部分有机硒、硒酸盐和亚硒酸盐。多数研究表明植物对硒酸盐的主动吸收是通过高亲和力的硫酸盐转运子完成,最近的研究表明磷酸盐可以调节亚硒酸盐的吸收,磷酸盐转运子在亚硒酸盐的主动吸收过程中有重要作用;植物吸收的硒酸盐很快从根部转移到地上部,在叶片中被还原成亚硒酸盐,进而转化为有机硒化物进入其他组织;而亚硒酸盐及其代谢产物主要积累在根部,极少转移到地上部。进入植物体中的硒转化为含硒氨基酸和硒蛋白参与植物的代谢。     

L-半胱氨酸对水稻根系吸收亚硒酸盐的影响

硒是人和动物体内必需的微量营养元素。许多地方性疾病如克山病、大骨节病等均与环境中硒水平低有关[1]。硒对人和动物健康从有益到有害的范围很窄[2-4],摄入过量硒会引起人畜中毒[5-6]。由于人体内的硒主要通过植物性食物获得[7-8],因此探讨根外环境中影响植物吸收硒的因素,进一步通过施肥措施调节植物对硒的吸收以及调控植物性产品可食部分硒含量,确保食用安全和人体健康是非常必要的。在土壤中,硒主要以元素硒(Se0)、硒化物(Se2-)、亚硒酸盐(SeO32-)、硒酸盐(SeO42-)和有机态硒[(CH3)Se]五种形态存在。其中可以被植物根系直接吸收利用的无机硒主要有硒酸盐和亚硒酸盐[8]。研究表     

环境硒与健康关系研究中的土壤化学与植物营养学

硒是环境中重要的生命元素，世界范围内的土壤和植物缺硒已导致多达４０多种人畜疾病。综合国内外有关研究表明：１）土壤有效性硒而非土壤全硒是决定食物链硒水平的关键因素。２）硒在植物体内具有多种生理作用，硒可能是高等植物必需的营养元素。３）植物性产品中硒的含量和可利用程度因作物品种而异，在非积聚硒的植物中硒主要以硒蛋氨酸蛋白结合态存在于非可食部位中。４）硒在植物体内有一定的移动能力。向低硒带土壤－植物系统     

硒在动植物及微生物体中的转化规律研究进展

我国低硒地区占国土总面积的72%,其中严重缺硒地区的粮食等天然食物硒含量较低,当地人因无法从食物中摄取足够硒而罹患多种疾病。因此,通过科学手段有效解决我国人体缺硒问题意义非凡。植物性食物是动物和人体碳水化合物及矿物质等营养的重要来源,植物吸收环境中的硒,并将其转化为有机态硒,之后通过食物链为人体吸收利用,这是一种安全有效的缓解人体硒摄入匮乏的途径。植物生长过程中所需的矿物质营养大多都来自于土壤,微生物作为土壤中广泛存在的一种生物,不仅在植物促生方面发挥着重要作用,而且还可通过生物活化等作用,将土壤中的硒转化为有利于植物吸收的形态,进而提高植物对硒的利用率。本文综述了目前关于动物、植物、微生物对硒转化利用规律方面的研究进展,以期为今后通过微生物介导途径,提高植物吸收转化环境硒的效率,改善动物及人体缺硒状况,进而解决缺硒地区人体健康问题提供有价值的参考信息。     

两个水稻品种富硒特性比较研究

以前期田间试验筛选出的富硒能力较强的水稻品种捷丰优629和谷丰优8312为材料,采集硒含量不同的稻田土壤,通过盆栽试验进一步研究了两个水稻品种对土壤硒的吸收、分配及其糙米和精米中无机硒与有机硒含量的组成特点。结果表明:两个水稻品种植株的硒累积量、糙米和精米的硒含量与有机硒含量都是高硒土壤极显著高于低硒土壤,表明高硒土壤有利于稻米硒的累积与有机硒的合成,因此生产优质富硒大米最好选择硒含量较高的稻田土壤。无论在高硒土壤还是低硒土壤上,捷丰优629植株中硒累积量和籽粒中硒累积量与谷丰优8312的差异都不显著,但捷丰优629的糙米和精米中硒含量以及有机硒含量都极显著高于谷丰优8312,表明捷丰优629吸收的硒易分配到可食用部位(糙米和精米),而且其无机硒向有机硒的转化能力较强,因此综合比较来看捷丰优629富硒特性优于谷丰优8312。     

水稻不同生育期对硒吸收累积及铁膜的吸附特性

采用盆栽试验方法,研究不同生育期水稻各部位对硒的吸收累积及根表铁膜对水稻吸收积累硒的影响机制。结果表明:水稻营养器官生物量在拔节期积累最快,不同时期营养器官中硒含量不同,根中的硒在拔节期达到最大,根和茎中的硒在灌浆期和成熟期被转运至其他部位。水稻各组织中约50%的硒在拔节期和孕穗期被吸收,小穗吸收总硒的47.22%且是在孕穗期完成的,说明这两个时期对于水稻硒吸收累积非常关键。铁膜中硒占总硒的比例在幼苗期高达73.63%,是同时期茎中硒所占比例的4.87倍。随着生育期的推进,铁膜中硒所占比例显著递减,在成熟期降低至20.02%,同时期茎中硒占总硒的比例为65.42%。这表明,根表铁膜在水稻整个生长周期内通过吸附作用使其表面能够富集一定量的硒,在水稻生育后期,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,吸附在根表铁膜中的硒重新被水稻所利用,铁膜在水稻硒吸收转运的过程中扮演了"缓冲器"的角色。明确不同生育期根表铁膜对水稻硒累积特性,在生产管理中可在不同生育期采取措施提高稻田硒生物有效性,从而为进一步提高农产品中硒含量提供科学依据。     

Genotypic Differences in Selenium Accumulation in Rice Seedlings at Early Growth Stage and Analysis of Dominant Factors Influencing Selenium Content in Rice Seeds

The paper deals with the selenium (Se) accumulation of different genotypes of rice (Oryza sativa Japonica) seedlings at early growth stage and its correlation with the Se content in grains in 151 rice varieties. A field trial showed the Se content in brown rice to range from 29 μg/kg to 103 μg/kg. The results from hydroponic culture with representative varieties of high-, moderate- and low-Se content showed that total Se values for the high-Se genotypes were markedly higher than those of the low-Se varieties. This was true of Se content of the whole plant, Se content of shoots, biomass of shoots, and rate of Se accumulation in shoots. There were, however, no significant differences in values for total Se in roots, rate of accumulation in roots, and biomass of roots between high- and low-Se groups. Selenium content in brown rice was positively correlated with the total Se of the whole plant, shoot, and biomass of shoots. We concluded that the total Se transported from roots to shoots was more important than other factors in Se accumulation and content in brown rice.     

不同浓度硫处理下硒镉交互胁迫对水稻幼苗的生理特性影响

以淮稻6号为试验材料,采用水培的方法,研究了不同硫（S）浓度下（9、720mg·L-1）硒（Se）（5mg·L-1）和镉（Cd）（1、10mg·L-1）交互胁迫对水稻幼苗一些生理特性的影响,主要研究指标包括生物量、巯基物质含量和硒、镉含量。结果表明：（1）Cd对水稻幼苗各部分生长状况抑制能力大小不同,其对根长的抑制作用明显大于对茎长的抑制;（2）在无Se条件下,随着Cd浓度的增加,Cd对水稻幼苗生长的毒性不断增大,在加入一定浓度的Se后,Cd的毒性作用得到缓解;（3）在不同浓度S处理和Se、Cd交互胁迫下,随着S浓度增大,Cd对水稻幼苗毒性作用减轻;但高浓度的S处理反而对Cd与Se交互实验中Cd的毒性产生协同作用;（4）高浓度的S处理可以抑制水稻幼苗对Se的吸收;（5）巯基物质含量随着胁迫时间的增加呈先上升后下降的趋势。在Se、Cd交互实验中,低浓度S处理可以提高水稻幼苗中GSH和PCs的含量,从而促进植株体内重金属和PC的络合作用,缓减Cd对水稻幼苗的毒害。     

Effect of biochar amendment on soil‐silicon availability and rice uptake

Rice growth and its resistance to pests had been often constrained by soil‐silicon (Si) availability. The purpose of this study was to assess the potential of biochar soil amendment (BSA) to improve Si availability in paddy soils. A cross‐site field trail with BSA was conducted in six locations with different climatic and crop‐production conditions across S China. Plant‐available Si content before field‐trials establishment and after rice harvest, as well as Si content in rice shoot were determined. Varying with site conditions, plant‐available Si content of soil was observed to increase significantly with BSA in most sites. Significant increase in rice shoot Si was detected in four out of the six sites, which was well correlated to the concurrent increase in soil pH under BSA treatment. This study demonstrates an important role of BSA to improve Si availability and uptake by rice mainly through increasing soil pH of the acid and slightly acid rice soils.     

不同供硒水平对水稻硒的吸收和累积特性研究

以"南粳9108"为材料,在巢湖流域研究田间条件下不同供硒水平(Se 0、20、40和60 g/hm~2)以及等量硒肥二次施用对水稻产量和硒吸收、累积、转运及分配的影响。结果表明:一次性施用不同浓度硒肥对水稻有增产作用,但是增产效果甚微;施用硒肥能够显著促进水稻茎、叶和穗的硒含量,但随着时间的推移,茎、叶和穗的含硒量均出现上升再下降趋势;稻谷、糙米及精米中的硒含量与硒肥施用量呈显著正相关,硒肥处理平均硒含量依次为0.279、0.150、0.055 mg/kg,分别较对照不施硒肥高309%、142%和333%;地上部硒累积量与施硒水平呈极显著的正相关,随着施硒量的增加,尽管硒的表观利用率是增加的,但硒转运系数和硒的收获指数显著下降。等量硒肥二次分施较一次性施用对产量有较为显著的促进作用,该处理下水稻产量较对照增加15%;等量硒肥二次施用增加了稻壳和米糠中的硒含量,精米中的硒没有增加;较一次施用,等量硒肥二次施用肥料表观利用率较高,硒肥的收获指数和转运系数显著下降,地上部累积更多的硒在稻草中。综上所述,外源硒的添加确实能增加大米硒含量,使其达到国家富硒大米硒含量标准范围;但结果同时显示水稻中的硒相当大的一部分累积在谷壳、谷糠及稻草中,可考虑充分利用。     

紫云英对水稻硒累积特征和糙米硒含量的影响

通过对土壤含硒量、紫云英和外源硒对水稻硒累积特征和糙米硒含量的田间小区试验研究结果表明:作物含硒量直接受土壤全硒量的影响,紫云英对土壤硒的吸收量是糙米吸收量5.13～6.07倍。增施紫云英可显著提高糙米的含硒量,施入富硒紫云英糙米含硒量为0.0910mgkg-1;施入紫云英糙米含硒量为0.0501mgkg-1。紫云英的施用量以22500mghm-2为宜。喷施适宜用量的外源硒对水稻生育性状和产量影响较小,但可迅速显著提高糙米和秸秆的含硒量,其含硒量与喷施量成正比,使无机硒的含量提高。在普通紫云英下喷施以10mgkg-1亚硒酸钠为宜,在生长期后期喷施的效果为好,其中乳熟期喷施效果更好。紫云英对水稻产量有一定的增产作用,增产幅度为2.16%～4.39%。     

酸性和中性水田土壤施用硅肥的效应研究 Ⅱ.对水稻吸收硅素及产量的影响

分别选取酸性和中性水田土壤进行盆栽试验,研究施用硅肥对水稻不同生育期硅素吸收状况及产量的影响,以期揭示施用硅肥提高不同类型土壤供硅能力、改善植株硅素营养及增加产量的作用机制。结果表明,从拔节期到抽穗期水稻植株体内硅的含量有较大幅度的降低,而后又逐渐升高。施用硅肥可明显提高水稻植株体内硅的含量,尤以高炉渣与葡萄糖配合施用和单施高炉渣两个处理效果最好,极显著高于对照及其他处理。在酸性水田土壤上施用硅肥的增产效果较为明显,高炉渣与葡萄糖配施处理的增产率高达16.99%,且成熟期水稻植株含硅量与稻谷产量间存在显著的直线正相关关系;在中性水田土壤上施硅则无显著增产效果。总之,高炉渣与葡萄糖配合施用能更有效地改善土壤的供硅能力,进而提高水稻产量,其在酸性水田土壤上的施用效果尤为显著。     

缺铁水稻根表铁膜对硒的转运和吸收的影响

Under anaerobic conditions, ferric hydroxide deposits on the surface of rice roots and affects uptake and translocation of certain nutrients. In the present study, rice plants were cultured in Fe-deficient or sufficient solutions and placed in a medium containing selenium （Se） for 2 h. Then, FeSO4 was added at the various concentrations of 0, 10, 40, or 70 mg L-1 to induce varying levels of iron plaque on the root surfaces and subsequent uptake of Se was monitored. The uptake of Se was inhibited by the iron plaque, with the effect proportional to the amount of plaque induced. The activity of cysteine synthase was decreased with increasing amounts of iron plaque on the roots. This may be the important reason for iron plaque inhibition of Se translocation. At each level of iron plaque, Fe-deficient rice had more Se than Fe-sufficient rice. Furthermore, with plaque induced by 20 mg Fe L-1, plants from Fe-deficient media accumulated more Se than those from Fe-sufficient media, as the Se concentration was increased from 10 to 30 or 50 mg L^-1. We found that phytosiderophores, highly effective iron chelating agents, could desorb selenite from ferrihydrite. Root exudates of the Fe-deficient rice, especially phytosiderophores in the exudates, could enhance Se uptake by rice plants with iron plaque.