施氮量对石灰性潮土冬小麦吸收土壤锌的影响及其机制研究

Improving the zinc concentration in grain of winter wheat is an important method to solve the problem of zinc deficiency in human body. Different nitrogen application rates have varied influence on the zinc concentration in grain of winter wheat growing in the calcareous alluvial soil, which is related to the ability of zinc uptake influenced by different nitrogen application rates. However, it is not clear that how nitrogen application rates affect zinc uptake in winter wheat. In this project, root-box culture, hydroponic culture and soil culture experiments will be conducted to investigate the zinc fraction in rhizosphere and non-rhizosphere soil, root excretion affected by different nitrogen application rates. Kinetic parameters of zinc uptake and the expression of gene related to zinc uptake and transport in winter wheat will are also studied to reveal the mechannism of affecting the zinc uptake and transport processes by nitrogen application rates. It will reveal the physiological and molecular mechanism of zinc uptake affected by nitrogen application rates in winter wheat.

提高冬小麦籽粒锌含量是解决人体缺锌问题的重要手段。不同施氮量对石灰性潮土种植的冬小麦籽粒锌含量的影响不同，这与其对冬小麦吸收土壤锌的影响不同有关。但是关于施氮量影响冬小麦吸收土壤锌的机制尚不明确。本项目拟以石灰性潮土为材料，采用根箱试验、营养液培养试验和盆栽试验，从不同施氮量对冬小麦根区和非根区土壤锌形态转化、根系分泌物中有机酸和氨基酸组成及数量、锌吸收动力学参数以及锌吸收转运蛋白基因表达等方面的影响入手，阐明施氮量影响冬小麦根际过程进而影响土壤锌的生物有效性以及根系锌吸收转运能力的生理分子机制，揭示施氮量影响石灰性潮土冬小麦锌吸收的可能机制。

施氮提高石灰性潮土种植的冬小麦籽粒锌含量是解决人体缺锌问题的重要手段，而施氮对冬小麦籽粒锌含量的影响与其对冬小麦吸收土壤锌的影响有关。采用盆栽、根箱和水培试验研究施氮对冬小麦土壤锌有效性及形态分级、根系分泌物组成、根系形态参数、锌吸收动力学参数、锌亚细胞分布以及锌吸收转运蛋白基因表达的影响，有助于探究施氮促进冬小麦吸收锌的可能机制，为合理施用氮肥来提高冬小麦籽粒锌含量提供一定的理论依据。研究结果表明，在施锌条件下，施氮显著提高冬小麦产量及产量构成要素、地上部干物质重、各器官氮、锌含量及累积量；施氮显著提高了土壤中有效锌含量，对土壤pH则有显著降低的作用；施氮提高土壤交换态锌含量，降低了松结有机态、碳酸盐结合态锌含量。在两个施锌水平下，施氮处理间存在1-棕榈酸单甘油酯、2-丁酮酸、柠康酸、二硫代赤藓糖醇、海藻糖、谷氨酰胺、马来酰亚胺、丙二酰胺、单硬脂酸甘油酯、东莨菪亭共10种差异显著的根系分泌物。在高锌条件下，施氮显著提高锌最大吸收速率（Vmax）、14天冬小麦根长、根表面积和根体积，降低了米氏常数（Km）和最小平衡浓度(Cmin) ；施氮降低了根细胞壁和细胞器锌含量、叶片细胞壁和可溶性部分锌含量，提高了根和叶片可溶性部分锌含量。在施锌条件下，施氮上调了冬小麦根系在6 h时的TaZIP3和TaZIP7基因表达、各器官TaZIP、TaZIP3和TaZIP7的基因表达量。因此，施氮在高锌水平下，可以通过降低土壤pH、促进土壤锌从松结有机态和碳酸盐结合态向交换态的转化、影响部分根系分泌物的代谢、促进冬小麦根系的生长发育及影响锌在亚细胞水平的分配、调控各器官锌吸收转运蛋白基因表达，从而促进冬小麦吸收土壤锌，进而提高籽粒锌含量。