小麦玉米不同基因型的Zn敏感性评价及Zn营养研究

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1、小麦玉米不同基因型的Z n 敏感性评价及Z n 营养研究摘 要石灰性土壤中有效锌含量不高，禾谷类粮食及果树作物，易出现缺锌症 状或潜在缺锌，导致农产品产量降低和品质下降。对禾谷类粮食作物来说， 不仅影响了它们的生长发育，也降低了籽粒中锌含量，并影响以其为主食、 副食品消费量较少的人群的 Z n摄入量，成为影响身体健康的隐形“ 饥饿问 题 ” ( H i d d e n h u n g e r ) 。 人体 缺锌会引 起很多 疾病， 如 侏儒症、 糖尿病等， 对 儿童生长发育的影响更大。 研究发现，同一植物的不同基因型对锌缺乏敏感 程度和适应能力有很大的差异，因而，通过研究小麦、玉米不同基因型的

2、缺 锌敏感性差异以及施锌对其生长和锌营养的影响， 对于弄清产生差异的代谢 机理、 筛选出耐缺锌基因型以及寻找耐缺锌基因资源，充分挖掘和利用土壤 锌资源， 从而提高农产品产量和营养品质， 均具有十分重要的意义。 本研究 采用了水培和砂培的研究方法，获得了以下主要结论:( 1 ) 采用营养液培养法， 研究了 不同P H条件下高浓度H C q一 ( 1 0 m m o l / L ) 在 缺Z n 和正常供Z n 时对小麦幼苗生长，尤其是对活性氧自由基代谢的影响。 结果表明， 在酸性或碱性营养液中， H C q一在缺Z n 时均显著降低小麦根系生 长量，正常供Z n 时H C 0 3 一对后者的影响

3、则不明 显。缺Z n 条件下， H C q一在 P H为6的 营 养液中 使小麦根系和叶 片中 活 性 氧产生 速率分别上升9 .9 % 和 3 .9 ， 在P H为8 的 营养液中 分别上 升1 0 .9 % 和5 .7 ; 正常供Z n 时H C 0 3 - 虽使根系和叶片中活性氧产生速率增加， 但幅度有所降低。缺Z n时HCO3- 大幅度降低小麦根系中P O D 、C A T , S O D三种保护酶的活性，而正常供Z n 在一定程度上则能缓解H C 0 3 一 对小麦根系组织中 膜脂的过氧化作用。 正常供 Z n 与缺Z n 相比，后者显著增加小麦根系和叶片中的自 氧化速率。( 2 )

4、 采用营 养液培 养法， 研究了 不同P H 和供Z n 条 件下高 浓 度H C 0 3 - ( 1 0 m m o l / L ) 对小麦幼苗生长，尤其是对锌营养的影响，结果表明:当营养液起 始P H为6 时， H C 0 3 一 在缺Z n 时 对小麦根系生长的抑制作用较为明 显， 而正 常供Z n 时的 影响较小。当 营养液起始P H为8 时， 不论缺Z n 还是 供Z n , 添 加 H C O 3 一对根系和地上部均未表现出明 显的 抑制作用。 H C 0 3 一 在酸性营 养 液中能极大促进小麦植株根系和地上部尤其是根系对Z n的吸收，而在碱性 条件下则抑制小麦幼苗根系和地上部对

5、Z n 的吸收。 此外， H C q一 能显著抑制Z n 从根系向 地上部分的转运， 从而造成在根系中的大量积累。 H C q一加入营 养液后会生 成少量的C O a z “ ， 并 使营养液P H维持 在较高水平上。( 3 ) 在缺锌条件下进行两次砂培试验， 评价了3 5 个玉米基因型的缺锌敏感 性及相关影响因子。 供试玉米基因型的缺锌敏感性主要根据培养试验中王米 幼苗叶片缺锌症状出现的严重程度和时间早晚差异来判断， 并以此把它们划 分为缺锌敏感型、中等敏感型和非敏感型三种类型。另外，对敏感型和非敏 感型基因型各5 种进行比较， 发现外界缺锌对玉米幼苗期的生物量影响不大， 敏感型基因型仅仅从

6、外观上显示出缺锌症状。 缺锌能显著降低缺锌敏感型基 因型叶片的叶绿素含量， 而对非敏感型基因型的叶绿素含量影响较小。 敏感 型基因型的根冠比普遍较大，其根冠比均大于 1 ，而非敏感型基因型的根冠 比却等于或小于1 ; 缺锌敏感型基因型种子中P / Z n比值较高， 非敏感型玉米 的较低，表明玉米种子中的 P / Z n比可以作为判断玉米生长期内对缺锌敏感 性的一个重要指标。 在缺锌条件下， 缺锌敏感型基因型锌从种子向地_巨 部转 移的转移率更高。( 4 ) 采用砂培试验研究了不同缺Z n 敏感型玉米幼苗对不同施Z n 量的反应。 结果表明: 缺Z n 敏感型玉米基因型对少量施Z n 的敏感性明

7、显高于非敏感型， 敏感型玉米幼苗较非敏感型的根冠比大，原因可能是前者的根系能优先生 长， 从而吸收更多的养分。 供Z n 会降低根冠比， 而相对地促进地上部生长。 非敏感型玉米在低Z n 条件下会受到较为严重的伤害， 这种伤害比缺Z n 所造 成的 伤害更为 严重。 当 施锌量为0 . 5 m g / k g 时， 玉米幼苗吸收的Z n 绝 大部分 被累 积在根系中。当 施Z n 量增加到1 .5 m g / k g 时， 玉米幼苗Z n 含量会普遍 提高， 缺 锌敏感型 根、 茎、 叶片提高 幅 度分别为2 0 .5 % , 5 3 . 6 和1 8 .5 % ; 而 非敏感型根、茎、叶片提

8、高幅度分别为5 .5 %, 8 3 .4 %和6 0 .7 %。缺Z n敏感 型玉米根系吸收的Z n被更多地转移到地上部以 提高其 Z n含量，使地上部 Z n 含量的增幅显著大于非敏感型。( 5 ) 采用砂培试验研究了不同小麦基因型对施锌的反应。通过比较小 麦幼苗根冠比 是否大于 1 和基于培养过程中的观察结果，将供试的2 5 种小 麦基因型划分为两类: 即缺Z n 敏感型和非敏感型。 结果表明， 供Z n 可以 促 进小麦地上部和根系的生长， 均较大幅度提高了 叶绿素S P A D值( 2 5 个小麦 基因型中1 8 个的增幅都超过 1 0 %) ， 小麦种子中的锌含量、 幼苗根冠比与小

9、麦叶片叶绿素S P A D值之间均无显著性相关关系。 由于地上部积累了较高浓 度的Z n ，缺Z n 非敏感型可有效减轻缺Z n 对其造成的危害。非敏感型与敏 感性相比较，缺 Z n条件下地上部和根系锌含量平均值分别高出 %.6 %和 2 8 . 8 %，而在供Z n 条件下则高出4 7 .6 % 和 1 0 .9 %。施Z n 对敏感型与非敏感型小麦体内磷含量并无显著性影响。小麦幼苗中 P I Z n的大小主要受到小麦 体内Z n 含量变化的影响，与磷含量则无明显的关系。关键词: 小麦，玉米，施锌，缺锌敏感性A s s e s s m e n t o n Z i n c S u s c e

10、p t i b i l i t y a n d S t u d y o n Z i n c N u t r i t i o n f o rD i f f e r e n t Wh e a t a n d Ma i z e G e n o t y p e sAb s t r a c tT h e c o n t e n t o f a v a i l a b l e Z n i s r e l a t i v e ly l o w i n c a l c a r e o u s s o i l , z i n c d e f i c i e n c y s y m p t o m s o r p

11、 o t e n t i a l Z n d e f ic ie n c y o c c u r v e r y e a s i l y f o r c r o p s a n d f r u it t r e e s g r o w i n g o n c a l c a r e o u s a r e a s , t h i s l e a d s t o d e c r e a s e o f y i e ld a n d d e g r a d a t i o n o f p r o d u c t q u a l it y . Z n d e f i c i e n c y n o

12、t o n l y a ff e c t s g r o w t h a n d d e v e l o p m e n t o f c e r e a l c r o p s , b u t a l s o d e c r e a s e z i n c c o n t e n t in s e e d s . F u r th e r m o r e , z i n c i n t a k e a n d n u t r i t i o n f o r p e o p l e , w h o l i v e o n c e r e a l a s m a i n f o o d a n d

13、 o t h e r k i n d s o f f o o d s t u ff c o n s u m e l e s s . T h i s w i l l in fl u e n c e h e a l t h o f p e o p l e , a n d t h i s p h e n o m e n o n i s c a l l e d a s “ h id d e n h u n g e r “ . T h e h u m a n b e i n g s w i l l s u f f e r f r o m m a n y k i n d s o f d is e a s

14、e s b e c a u s e o f z i n c d e f i c i e n c y , s u c h as d i s e a s e o f m a n i k i n , s u g a r d i a b e t e s e t c , a n d e s p e c i a l ly a ff e c t i n g d e v e l o p m e n t o f c h i l d r e n . T h e s t u d i e s i n d i c a t e d t h a t t h e s u s c e p t i b i l i t y d e

15、 g r e e o f z i n c d e f ic i e n c y a n d a d a p t a t i o n i s v e r y d i ff e r e n t a m o n g p l a n t s p e c i e s a n d d i ff e r e n t g e n o t y p e s o f a g i v e n s p e c i e s . T h e r e f o r e , t h r o u g h s t u d y i n g , t h e d i ff e r e n c e o f z i n c s u s c e

16、 p t i b i l i t y , a n d m e t a b o l i s m m e c h a n i s m o f d i ff e r e n t w h e a t o r m a i z e g e n o t y p e s i s e x p e c t e d t o b e c l a r i f i e d , a n d g e n o t y p e s w i t h h i g h Z n e f f i c i e n c y w i l l b e s e l e c t e d , a n d u s in g t h e m t o m a k e f u l l o f r e s o u r c e o f z i n c n u t r i e n t i n s o i l , a n d t h i s w o r k i s v e ry i m p o rt a n t . I n t h i s d is s e r ta t i o n , w e u s e d w a t e r c u l t u r e