两个冬小麦基因型活化和吸收土壤钼的差异及其根际调控机制

钼是植物必需的微量元素之一，缺钼引起冬小麦越冬期黄化死苗，造成严重减产。本课题组从长江流域广泛种植的34 个小麦品种中，通过多轮筛选获得典型的钼高效品种和钼低效品种各1 个，两个品种在钼吸收积累量上存在显著差异，但其差异机制尚不清楚，本项目拟以冬小麦钼高、低效品种为材料，采用盆栽试验、根箱试验及营养液培养试验，综合应用ICP-MS、SEM-EDXA、NMT、XAFS、荧光定量PCR 及Western 杂交等技术，从根系分泌物中有机酸、氨基酸组成及数量对土壤钼形态转化及生物有效性的影响、根系H+分泌速度与动态变化、根土界面钼的微区分布及结合状态、钼吸收动力学参数、钼吸收相关基因及蛋白质的差异表达及关键代谢物动态变化等方面系统揭示两个冬小麦基因型对土壤钼活化和吸收的差异及其调控机制，深入理解钼在土壤－植物系统循环转化利用过程，为合理调控植物钼营养进而提高农作物产量、改善农产品品质提供理论指导。

钼是植物必需的微量元素之一，缺钼引起冬小麦越冬期黄化死苗，造成严重减产。本项目以冬小麦钼高、低效品种为材料，采用盆栽试验、根箱试验及营养液培养试验，综合应用HPLC、荧光定量PCR 、iTRAQ及NMT等技术，系统揭示两个冬小麦基因型对土壤钼活化和吸收的差异及其调控机制，获得的主要结果包括：(1)明确了钼高效基因型97003具有更强的钼转运及再利用分配能力，而其较为合理的根系形态有利于提高对介质中钼的吸收和积累；(2)提出土壤有效钼库(水溶态、弱酸溶态、还原态和有机结合态四种形态钼含量之和)的概念并分析其与土壤钼的生物有效性的关系，发现冬小麦根系能够通过提高根区土壤pH来活化土壤钼以适应缺钼胁迫，推测H+内流是冬小麦根系提高根区土壤pH的原因，两个冬小麦基因型根系有机酸分泌也存在差异。(3) 探明冬小麦钼转运相关基因TaSultr5.1、TaSultr5.2和TaCnx1的表达模式不同是两个冬小麦基因型钼吸收能力差异的原因之一；缺硫和缺磷TaSultr5.1和TaSultr5.2基因表达量上调可能是缺硫和缺磷促进小麦钼吸收和迁移的原因；钼高效基因型97003叶片和根系TaCnx2和TaCnx5基因表达显著低于97014， 97003钼辅因子合成相关基因TaCnx1表达量显著高于97014。(4)采用iTRAQ技术研究两个冬小麦基因型根系蛋白质表达的差异，发现钼高效基因型97003缺钼与施钼处理差异蛋白数为223个(p<0.05)，钼低效基因型970143缺钼与施钼处理差异蛋白数为396个(p<0.05)；并通过聚类分析、GO注释及富集分析、KEGG通路注释及富集分析对差异蛋白的功能进行了解析，结果表明这些差异蛋白在钼辅因子合成(molybdopterin cofactor metabolic process)、核糖体合成（ribosome biogenesis）、辅酶合成(prosthetic group metabolic process)、AMP合成等生物功能上存在富集；这些差异蛋白调控的代谢途径在Ribosome、RNA polymerase、 Sulfur relay system、Folate biosynthesis等pathway上富集。(5)对冬小麦耐高钼污染的响应及生理机制进行了拓展研究。(6)对钼提高冬小麦抗旱性的生理机制开展了拓展研究。