两个基因型水稻向籽粒转运硒的差异及其调控机制

Selenium is an essential trace element for human health, though approximately 2/3 of the land in China is Se deficiency and often results in the lack of Se in crops. Rice is one of the major food crops and production of Se-rich rice is an effective way to improve Se intake of residents. Rice genotype differences in the accumulation of Se, and a high Se accumulator and a low Se accumulator have been selected from thirty rice cultivars. There has been significant difference in Se transportation between two rice varieties, but the mechanism of long-distance translocation of Se into grain is not clearly. The high Se accumulator and the low Se accumulator will be used as test materials. This research will be focused on the forms of Se in tissue, transport efficiency of Se in xylem, reuse of Se in flag leaf, distribution and binding forms of Se in grain by using technologies of morphology separation, extraction of wood-liquid, localization of subcellular, electron probe X-ray microanalysis, X-ray photoelectron spectroscopy and so on. The results will reveal the differences on mechanism of long-distance transport of Se into grain between the high and low Se accumulators.

硒是人体所必需的营养元素，但是中国约有2/3的土壤缺硒，生产的粮食作物硒含量不足。水稻是我国居民的主要粮食作物之一，生产富硒水稻是提高我国居民硒摄入量的有效方式。水稻存在着硒高效和低效的基因型差异，本课题组从30个水稻品种中筛选出了硒高效和硒低效的品种各1个，二者在硒的转运上存在着显著差异，但是我们对其向籽粒长距离转运硒的差异机制并不清楚。本研究拟以硒高效和硒低效水稻品种为试验材料，采用形态分离、木质液提取、亚细胞定量、电子探针X射线显微分析、X射线光电子能谱等技术，研究两个水稻品种体内硒转运形态、木质部转运效率、剑叶硒的再度激活利用、籽粒硒原位分布与结合形态等方面的差异，进而阐明两个水稻品种体内向籽粒长距离转运硒的差异机制。

硒是人体所必需的营养元素，但中国约有2/3的土壤缺硒粮食作物硒含量严重不足，而水稻是我国居民的主要粮食作物之一，因此生产富硒稻米是提高我国居民硒摄入水平的最有效方式。水稻存在着硒高、低效的基因型差异，本项目以前期筛选出的硒高、低效品种为试验材料，研究二者向籽粒长距离转运硒的差异机制。研究发现高累积水稻根中硒转运蛋白基因Sultr2;1 和Ospt2的相对表达量要显著高于低累积水稻品种，高累积水稻根系对硒的吸收能力也高于低累积水稻品种，该过程是低累积水稻往地上部硒转运量的限速因子；高累积水稻根中硒结合蛋白基因SBP1的表达量则显著低于低累积水稻品种，高累积水稻根中四价硒有机化能力低于低累积水稻品种，该过程是高累积水稻向地上部运硒四价硒的限速因子。硒在高累积水稻木质部中的转运效率更高且与高累积水稻较高的蒸腾速率有关，与共转运子元素浓度的关系不大。灌浆过程中，高累积水稻籽粒累积硒的速率高于低累积水稻品种，当供硒充足时随着灌浆的延长二者籽粒中硒的含量差异逐渐减小，但供硒不足时高累积水稻品种籽粒中的硒含量显著高于低累积水稻品种。硒高、低效水稻品种籽粒中硒分布总体上算是比较均匀, 但高累积水稻籽粒远胚端硒含量显著高于低累积水稻品种，在硒赋存形态上的差异也主要集中在盐溶态和残渣态硒含量上。综上所述，两个水稻品种将硒从地下部向地上部转运，在不同的关键节点上各有所长，但综合结果高累积水稻品种更占优势。高累积水稻品种籽粒累积硒的优势特别体现在低硒水平，本研究为水稻富硒效率遗传育种和硒肥施用提供重要理论指导和技术支撑。