水稻亚铁毒害的铁代谢解析及其根际铁膜解毒机制研究

水稻亚铁毒害广泛存在于我国南方潜育性稻田，是水稻低产的关键因素之一。二价铁被认为是水稻亚铁毒害时根系吸收的主要价态，但并未见到确证报道。而我们研究却发现，大田水稻亚铁毒害实际上是土壤铁在根际被氧化成三价铁，且以三价铁，而并非二价铁的形式被根系过量吸收而产生的铁毒害；且在氧化过程中形成的根表铁膜则是水稻耐亚铁毒害的关键机制，但其生理分子机理并未明确。本研究拟利用根系形态差异极大的籼型材料珍汕97B和密阳46、日本晴及以其为亲本构建的OsIRT1和OsIRT2被共沉默的材料IRT-日本晴为研究材料，依据铁膜成因和存在条件，通过不同形态和价态的铁处理，探析铁膜缓解水稻亚铁毒害的代谢机理；通过二价铁和三价铁相关转运蛋白的基因表达分析，解析亚铁毒害水平下水稻根系吸收铁的主要机制，有助于解析水稻的亚铁毒害机理，并为耐亚铁毒害水稻品种培育提供新的技术方向，对提高潜育性稻田水稻产量具有重要意义。

亚铁毒害是我国南方广大潜育性稻田水稻生产的主要限制因素之一。依据亚铁毒害程度和水稻品种耐性，亚铁毒害可导致水稻减产12%-100%，严重影响水稻产量及稳定性，因此，对铁毒耐性品种的选育及发生机理和防治措施展开一系列的研究是非常必要的。本研究通过采用营养液培养方式，研究了亚铁毒害对水稻矿质元素积累的影响及其生理生态机制及根系铁吸收机制的基因表达分析，依据前期结果，初步开展锰元素缓解水稻亚铁毒害的农艺调控研究。1.对前人报道的5对亚铁毒害耐性差异显著的籼稻材料进行亚铁处理，结果表明各水稻品种中的P、Mn和Zn等矿质元素产生严重的缺乏，破坏了养分平衡，营养缺乏是铁毒发生的重要机理。2.对亚铁毒害耐性差异显著珍汕97B(耐)和密阳46(敏感)进行了不同水平铁锰处理，结果表明施加锰对水稻亚铁毒害具有缓解作用。3.对亚铁毒害耐性差异显著珍汕97B(耐)和密阳46(敏感)进行亚铁毒害发生根系铁吸收机制的基因表达分析，初步探索水稻根系Fe2+和Fe3+吸收的动态关系，了解亚铁毒害条件下根系主要以Fe2+形式吸收机理。综上所述，水稻铁毒造成矿质营养严重缺乏，是铁毒发生的重要机制，且通过施锰对水稻铁毒的具有缓解作用。初步揭示了水稻根系铁吸收的机制，对提高潜育性稻田水稻产量具有重要意义。