水稻体内硒向籽粒长距离运输机制研究

Selenium plays a very important role in maintaining the immune system of the human health and reducing the risk of cancer. In order to enhance the bioconcentration efficiency of rice selenium effectively, it is needed to make clear the long distance transport mechanism of selenium in rice grain. The project aims at clearing how the selenium in rice is transited to the grain. Under the hydroponics experimental conditions, it is made clear the contribution of selenium absorbed in rice growing stage to grain selenium and the form of grain selenium, which lays foundation for elucidating the long distance transport mechanism of selenium from rice body to rice grain. During the grain maturation process, from the respects of long distance selenium transport efficiency, the way and spatial and temporal distribution of selenium entering the grain from different parts (roots, stems, and flag leaf), solution culture experiments combined with selenium isotope method was taken to quantitatively clear the contribution of long distance transported selenium of different parts to grain selenium cumulation; solution culture experiments collecting xylem and phloem juice reveals the way of selenium entering the grain; solution culture experiments clears spatial and temporal distribution of selenium entering the grain, further illustrating the long distance transport mechanism of selenium in rice grain. The study has important theoretical and practical significance for cultivating selenium-enriched grain varieties and improving the selenium bioconcentration efficiency through genetic improvement measures, thereby improving human health.

硒对于维持人体健康的免疫体系和减少癌症风险有非常重要的作用，为了有效增强稻米对硒的生物富集效率，需要明确硒向水稻籽粒长距离运输机制。本项目以水稻体内硒如何转运到籽粒为目标，首先在水培实验条件下，明确水稻各生育期阶段吸收进入体内的硒对籽粒硒的贡献及籽粒硒形态，为阐明水稻体内硒向籽粒长距离运输机制奠定基础。然后在籽粒成熟过程中，从不同部位（根、茎和剑叶）长距离装载转运硒效率、硒进入籽粒途径和硒卸载进入籽粒的时空分布三方面出发，采用液培实验结合硒同位素方法来定量明确不同部位长距离装载转运硒对籽粒硒累积的贡献；采用液培实验采集木质部和韧皮部汁液结合茎环割阻断韧皮部方法揭示硒进入籽粒的途径；最后采用液培实验方法明确硒卸载进入籽粒的时间和空间分布特征，阐明水稻体内硒向籽粒长距离运输机制。该研究对于培育籽粒富硒品种和通过遗传改良生物强化籽粒硒含量，满足人类硒营养健康具有重要的理论和现实意义。

硒对于维持人体健康的免疫体系和减少癌症风险有非常重要的作用，为了有效增强稻米对硒的生物富集效率，本项目以阐明水稻体内硒如何转运到籽粒为目标。首先在水培实验条件下，明确了拔节期和幼穗分化期供硒是提高水稻籽粒硒含量的关键生育时期，水稻幼穗分化期吸收的硒占总硒量的44.10%，拔节期吸收的硒占总硒量的23.43%。水稻籽粒中的硒形态主要为硒蛋氨酸、硒氧化蛋氨酸、亚硒酸盐和硒甲基硒半胱氨酸，这为阐明水稻体内硒向籽粒长距离运输机制奠定基础。然后在籽粒成熟过程中，采用液培实验结合硒同位素方法来定量明确不同部位长距离装载转运硒对籽粒硒累积的贡献，灌浆期根供应75Se试验得出，约10%的75Se分布在地上部，主要在茎和叶中，其中约3.0%进入籽粒，且主要通过韧皮部运输进入籽粒的；茎供应75Se试验得出，大部分75Se滞留在茎中，只有3.9%转运到籽粒；剑叶供应75Se试验说明，只有2~3%转运到籽粒，亚硒酸盐主要通过韧皮部转运到籽粒。采用液培实验采集木质部和韧皮部汁液结合茎环割阻断韧皮部方法揭示硒进入籽粒的途径，水稻吸收亚硒酸钠后，在根系内存在45.3%的亚硒酸钠，存在22.3%的SeMet和32.4%的SeOMet。亚硒酸盐被根系吸收后，在根内首先同化为有机硒向地上部运输，所以木质部液中主要以有机形态硒存在。有机硒从茎到籽粒只有通过韧皮部，但大约29.1%~48.7%的无机硒可通过韧皮部运输到籽粒，其余的无机硒通过木质部运输到籽粒。离体穗从穗轴转运硒酸钠到剑叶可能通过木质部和韧皮部共同运输，而亚硒酸钠唯一通过木质部运输到剑叶，离体穗从穗轴转运有机硒到剑叶主要通过木质部。最后采用液培实验方法明确硒卸载进入籽粒的时间和空间分布特征，对于Se-Met和SeMeSeCys培养水稻，硒分布在籽粒外层和胚乳中，对于SeMeSeCys主要分布在胚芽中，亚硒酸盐主要滞留在籽粒进口。通过以上试验，从不同部位（根、茎和剑叶）长距离装载转运硒效率、硒进入籽粒途径和硒卸载进入籽粒的时空分布三方面，阐明水稻体内硒向籽粒长距离运输机制。该研究对于培育籽粒富硒品种和通过遗传改良生物强化籽粒硒含量，满足人类硒营养健康具有重要的理论和现实意义。