籽粒富锌基因型旱稻锌积累生理与分子机制的研究

With increasing shortage of fresh water available for agriculture, aerobic rice is becoming one of most important foods in the world. Besides yields, more attention is focused on its nutritional quality; however, in recent years, most research has been done on the genetic mechanism of drought tolerance and genetic improvement, and seldom research on mineral nutrition and fertilizer application in aerobic rice, especially on micronutrient, such as iron, zinc, et al. Therefore, on the basis of our former research on Zn uptake and distribution in aerobic rice, and with the selected high and low grain Zn density genotypes, this project aims to explore the difference between two genotypes in Zn uptake ability at maximum tillering and grain filling stage, the ability of Zn translocation and retranslocation into grain, and also in Zn loading capacity inside grain under insufficient, sufficient and surplus Zn culture condition. In this research, the differential expression of Zn transporter genes correlated grain Zn accumulation in different genotypes will be also further identified to explore the physiology and molecular mechanism of grain Zn accumulation of high Zn-density genotype in aerobic rice, which will play a significant role in isolating more related transporter genes and in breeding for high grain Zn density in aerobic rice.

淡水资源短缺已成为全球性问题，旱稻逐渐发展成为主要的粮食食源之一，除了产量要求外，其营养品质日益受到国内外重视，但目前国内外研究主要集中在旱稻抗旱性的遗传机理和品种改良上，而对旱稻的矿质营养及施肥研究相对滞后，尤其是关于旱稻锌、铁等微量元素的吸收、分配和积累的生理、分子机理研究很少。为此本研究在近年来对旱稻吸收、分配初步探索的基础上，以前期筛选的籽粒高锌和低锌旱稻不同基因型材料为研究对象，在低、中、高不同锌营养水平下分别深入研究不同基因型间在最大分蘖期和灌浆期对锌离子的吸收性能、锌向籽粒运转分配能力以及锌再分配能力，并分析基因型间籽粒内各部位锌装载能力差异；探索与旱稻籽粒锌积累相关基因的表达调控以及基因型间差异，系统揭示籽粒高锌基因型锌积累的生理、分子调控机理，为今后进一步挖掘有关籽粒锌控制基因和高锌旱稻育种的选育奠定基础。

本研究在不同锌供给水平下通过稳定同位素68Zn示踪方法，分别深入研究不同基因型间在锌吸收、锌向籽粒运转分配能力、锌再分配能力及籽粒锌装载能力的差异。研究发现无论是低锌还是中锌水平下，巴西陆稻苗期和分蘖期吸收的锌只有很少一部分运转分配到籽粒，远低于开花期（分配到籽粒比例大于20%）；而秦爱-3无论是在苗期、分蘖期还是开花期根吸收锌向籽粒运转分配比例均较高，而且苗期、最大分蘖期秦爱-3 68Zn分配到籽粒中的比例明显高于巴西陆稻。无论是低锌还是中锌水平下，最大分蘖期旱稻植株锌吸收积累量显著高于苗期和开花期，基因型间苗期和最大分蘖期锌吸收能力差异不显著，而开花期秦爱-3锌吸收能力明显高于巴西陆稻，低锌和中锌下分别高出54.3%、135.2%。在不同供锌水平下，两基因型均表现为最大分蘖期叶施68Zn对籽粒锌积累的贡献率最大，开花期最低，开花期巴西陆稻叶片Zn再分配能力低于秦爱-3。灌浆期间，两基因型籽粒干物质积累差异不显著，而秦爱-3籽粒锌含量均一直高于巴西陆稻，籽粒锌积累量也明显高于巴西陆稻，因此与巴西陆稻相比，秦爱-3的籽粒锌装载能力更强。本研究结果明确了秦爱-3籽粒富锌机理主要在于苗期、最大分蘖期以及开花期根吸收的锌向籽粒运转分配能力均较强，贡献率高，另外秦爱-3开花期锌吸收能力和叶片Zn再分配能力明显高于巴西陆稻，籽粒锌装载能力也较强。