摘要微量元素硒具有多种生物学功能,对动、植物生长发育及人体健康具有重要意义。综述了微量元素硒对水稻的生长发育、产量、品质的影响,水稻富硒能力,硒与其他元素的相互作用,富硒水稻的选育,水稻籽粒硒含量基因的遗传及QTL定位等方面的研究进展,旨在对富硒水稻品种的选育提供理论参考。
关键词硒;水稻;微量元素;影响
AbstractSelenium has many kinds of biological function. It has important significance in animal and plants’ growth development and human heath. In the paper,the effect of trace element selenium on rice growth,yield and quality,selenium-concentration ability of rice,interaction between selenium and other element,selenium-enriched rice breeding,inheritance of selenium contents and QTL detection were introduced so as to provide reference for selenium-enriching rice breeding.
Key wordsselenium;rice;trace element;effect
1硒对水稻的生理生化作用 2硒对水稻生长发育的影响
硒通过参与水稻体内的蛋白质代谢、能量代谢、抗氧化作用以及与其他元素的相互作用,来影响其生长发育。
众多研究表明,在一定范围内,硒能促进水稻的生长发育。黄爱缨等[4]用不同浓度的亚硒酸钠溶液处理水稻幼苗,结果表明,亚硒酸钠对水稻的生长发育有双重作用,低浓度(0.5~1.0 mg/L)有利于稻苗的生长,高浓度(>1.0 mg/L)则使幼苗发生不同程度的硒中毒。吴永尧等[3]通过盆栽土培与水培,研究硒对水稻早期生长的影响,结果表明,适量施用硒肥,能增强水稻根系的还原能力,增加株高,促进分蘖。陈平等[5]研究了硒与硅共施对水稻幼穗分化期的影响,结果表明,硒硅共施可使水稻开花期、灌浆期的叶绿素含量增加,延缓叶片衰老,进而增加叶片的老化指数。吴秀峰等[6]以不同浓度的硒(0.1~1.0 mg/L)处理水稻幼苗,结果表明,硒对水稻幼苗的生长有抑制作用,可使水稻幼苗的苗高、叶片干重、苗鲜重降低。因此他认为,硒对水稻幼苗的生长的影响可能与水稻品种有关。
3硒对水稻产量及品质的影响 果有旺等利用硒肥作基肥进行大田生产试验,分别施
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5、1
50、225 kg/hm2矿物硒肥,单位面积产量分别比对照提高了10.2%、12.6%、17.6%,稻米含硒量由对照的0.049 mg/kg提高到0.068~0.082 mg/kg。谭周磁等[8]研究发现,对水稻施硒肥可提高大米中的氨基酸含量。
4硒与其他元素对水稻的互作
硒可以与重金属如镉、汞和银等络合,从而使机体免受重金属损害。谭周磁等[9]分别对早稻和晚稻品种进行了施硒对稻米中Pb、Cd、Cr含量的影响研究,结果表明,在同等条件下,水稻施硒能降低大米中Pb、Cd、Cr的含量,品种不同,降低幅度有所不同。
石贵玉等[10]研究发现,单一 Cr6+或 Se处理,叶绿素含量均比对照低,膜透性则比对照高。但铬硒混合液处理水稻幼苗,其叶绿素含量高于单一铬处理,膜透性亦低于铬。说明硒可以减轻铬对水稻幼苗叶片叶绿素的分解和细胞膜结构的破坏。铬与硒混合培养后,与单一铬处理相比,稻苗体内SOD、CAT活性提高,POD 活性降低,膜透性减小,可能是硒缓解或抑制水稻铬毒害的机制之一。 吴秀峰等[6]研究发现,硒处理可显著提高水稻幼苗叶片N、 P含量。低浓度硒使水稻幼苗叶片 K 含量降低,而高浓度硒可能由于其对幼苗生长的抑制作用,造成浓度效应,使K含量与对照无显著差异。较低浓度(0.10 mg/L)的硒处理,叶片Ca、Mg含量与对照无显著差异,但叶片Fe、Mn、Zn含量则显著高于对照;高浓度硒处理,使水稻幼苗叶片Ca、Mg、Fe、Mn、Zn含量显著降低。
5不同水稻品种对硒富集与耐受能力的差异
水稻对硒的耐受能力受2个方面因素的影响:一方面是植株发育成熟程度,植株对硒的耐受能力随着植株的发育成熟度增加;另一方面是环境中可利用硒的游离程度,环境中可利用硒的游离程度越低,水稻耐受环境硒浓度越高。土壤不施硒时植株各器官中硒含量顺序依次为根>叶≈茎>籽粒,硒易于向营养体富集,施亚硒酸盐后则为根>籽粒>叶>茎,表现出 硒 向籽粒富集的特征。 6水稻籽粒中硒含量基因的遗传及定位研究 7富硒水稻品种的选育及栽培技术
山西省农业科学院经济作物研究所成功选育了优质富硒谷新品种晋谷29号,该品种的硒含量为20 μg/g。焦作市农科所和原阳县农作物所合作育成的特种稻新品系白香粳,硒含量高达431μg/kg[16]。此外,育种家利用水稻对硒的富集作用,通过外源施用硒肥,生产出了大量的富硒大米。
8存在问题与展望
随着人们生活水平的提高,对稻米的加工及外观品质要求越来越高,从而使得稻米中的各种营养元素大量流失,尤其是微量元素流失,导致人体营养结构失调,引发多种慢性疾病。因此,富含多种营养元素具有保健作用的营养功能稻米日益受到人们的青睐。功能性稻米的研究已成为目前研究的热点和发展方向。水稻作为世界上最重要的粮食作物,供养着全世界约26亿人口,因此提高水稻籽粒中铁、硒、钙等矿质元素的含量对于改善人类营养具有重要的现实意义。近些年我国科学家在功能大米的研究上取得了一些进展,但也存在一些问题。一是目前市场上的富硒大米大多是通过外源喷施硒肥获得的,长期施用硒肥不仅成本较高,且容易造成环境污染,因此筛选富硒水稻新材料,通过遗传改良选育富硒水稻新品种才是最根本的解决途径。二是国内关于功能稻米的研究水平较低,大多集中在矿质元素对水稻的生长发育、产量品质等方面的影响以及富硒大米的栽培技术等方面,对其遗传机理及分子生物学方面研究较少。因此,开展籽粒矿质元素含量的遗传、高矿质元素含量基因的QTL定位、克隆及作用机理等方面的研究,将为当前以提高水稻籽粒矿质元素含量为目标的功能性水稻育种提供必要的理论基础和技术指导。
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参考文献
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