螯合-缓冲营养液培养条件下添加外源锌对小麦幼苗生长和TaZIPs基因表达的影响

【目的】研究外源供锌对小麦幼苗根系发育、光合作用、金属离子平衡以及锌铁转运蛋白ZIP基因的表达,以期深入了解小麦的锌营养作用机理。【方法】采用水培试验方法,供试材料为冬小麦‘百农207’,试验共设置了5个锌(Zn)浓度处理:0(Zn0)、0.05(Zn0.05)、0.25(Zn0.25)、1.0(Zn1.0)和2.5(Zn2.5)mg/L。在处理3周后,测定了小麦幼苗株高、根长、干物质重、根系形态、光合参数、金属离子含量和基因表达量。【结果】Zn0.05处理幼苗的生长、干物质重最高;Zn0.25处理的幼苗根系形态(根表面积、根体积、平均根直径)、光合参数和锌转运能力最优。常规锌(Zn0.05、Zn0.25)处理下,小麦幼苗的生物量、根系形态参数、光合参数较Zn0处理分别增加了16.66%~35.91%、0.30%~27.0%、3.55%~58.11%,有效促进了小麦幼苗的正常生长发育;随着供锌水平的提高,小麦幼苗根部和地上部的锌含量和锌累积量显著增加,但Mn、Fe、Cu含量却呈降低趋势。在缺锌(Zn0)以及高锌(Zn1.0、Zn2.5)处理下,小麦幼苗的生长较常规锌处理(Zn0.05、Zn0.25)受到显著抑制,生物量较Zn0.05处理下降了25.6%~31.6%,根系形态指标较Zn0.25处理下降了1.3%~21.2%,光合参数较Zn0.25处理下降了5.00%~16.69%,造成了小麦幼苗生长受到阻碍、金属离子失衡以及光合系统紊乱,进而影响小麦幼苗的生长。TaZIPs基因表达结果显示,TaZIP3、TaZIP5、TaZIP7和TaZIP13基因在根系中的表达量随供锌水平的提高逐渐下降,说明这些基因受到缺锌的诱导性表达,在锌缺乏时通过较高的表达量促进了锌的吸收,维持了幼苗的正常生长;TaZIP6基因在根系中是组成性表达,其表达量几乎不受锌供应浓度的影响,但其在地上部的表达量随供锌浓度的提高逐渐增加,表明其可能参与了锌的转运。【结论】小麦幼苗的生长发育对缺锌和锌过量的响应机制不同。适量供锌明显改善小麦幼苗的光合作用,促进根系形态的发育,维持离子平衡,提高锌元素的吸收利用。锌缺乏上调了小麦体内锌稳态基因的表达量,促进了锌离子的吸收和转运;锌过量时小麦为维持细胞膜内外的离子平衡,减少了对Fe、Mn、Cu等微量元素的吸收,同时下调了锌吸收基因的表达量,以缓解锌毒害。