水稻根际硒形态转化及吸收转移机理研究

硒是人体必需的微量营养元素，然而硒有益和有害的浓度范围非常狭窄，植物体硒水平的高低直接影响着人和动物的健康安全，因此了解植物吸收硒的机制及其影响因素对于硒的生物强化和人体健康非常重要。硒以硒酸盐、亚硒酸盐或有机态被植物吸收，土壤中亚硒酸盐和硒酸盐是对植物最有效的两种形态。本研究选用我国消费量比较大的粮食作物水稻作为试验材料，采用营养液、琼脂和土壤培养方式，通过HPLC-ICP-MS形态分析技术，研究水稻根际的氧化还原过程对硒形态转化的影响以及水稻根表铁氧化物胶膜对硒的吸附沉淀过程。探讨硒酸盐与亚硒酸盐共存时的相互作用机制，揭示根表铁氧化物胶膜的形成控制硒离子进入植物体的机制，为硒的生物强化和食品安全提供理论依据。

水稻是我国主要的粮食作物，是人体摄入硒营养元素的重要食物来源。而水稻作为渍水作物，在淹水条件下根表能够形成铁氧化物胶膜。本项目通过土壤-石英砂联合培养、土壤培养和营养液培养以及土壤溶液提取装置研究了水稻根表铁膜的形成对土壤中硒的形态转化及植物吸收硒的影响。试验结果表明水稻根表铁膜能够影响水稻根系对硒的吸收，根表铁膜上硒的含量与铁膜的数量成正比，且铁膜对亚硒酸盐的吸附能力较强。在土壤溶液硒含量较高时，根表铁膜能够阻碍水稻根系对硒的吸收；而当土壤溶液硒含量很低时，根表铁膜能够作为硒源，铁膜上的硒可以被水稻根系重新吸收利用。往土壤中添加硒显著提能够高土壤溶液中硒的浓度，尤其是以硒酸盐形式添加，且在淹水条件下，土壤溶液中的硒主要以硒酸盐形式存在。另外，水稻根表铁膜的存在影响根系对硒酸盐和亚硒酸盐的吸收动力学，根表铁膜的存在促进根系对硒的吸收，且水稻根系对亚硒酸盐的吸收潜力大于硒酸盐。当营养液中硒酸盐和亚硒酸盐共存时，亚硒酸盐的存在促进了水稻根系对硒酸盐的吸收以及硒向地上部的迁移，而硒酸盐抑制了水稻根系对亚硒酸盐的吸收，但抑制效果不明显。另外，硒在植株体内转移及分布主要取决于环境中硒的形态，水稻根系吸收的硒酸盐很快向地上部迁移，吸收的亚硒酸盐则大部分累积在根部。在不同类型的土壤上，不同形态硒的有效性不同，在pH值低的酸性红壤上硒酸盐的有效性更高，而在pH值高的黑土和灰钙土上亚硒酸盐的有效性更高。土壤中添加秸秆和硒肥时能够显著提高水稻籽粒中硒的含量。上述研究成果揭示了水稻根表铁膜对硒的吸收和转运机制以及水稻对硒酸盐和亚硒酸盐的吸收动力学机制，研究结果为水稻硒的生物强化和食品安全提供理论依据。