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穩定鐵同位素指示水稻吸收轉運鐵的過程機制研究取得新進展

發布時間:2019-07-05

鐵是植物生長必需的營養元素,其在細胞呼吸、光合作用和金屬蛋白的催化反應過程中發揮著重要作用。植物有兩種鐵吸收方式,即機理(StrategyI和機理II。機理Ⅰ是指還原酶首先將Fe3+還原成Fe2+,然后由鐵轉運蛋白將Fe2+運輸到植物體內。機理II是指植物體內合成大量的植物鐵載體,并分泌到根際土壤與Fe3+直接結合,以螯合物的形式轉運至植物體內。傳統觀點認為,植物只具備其中一種特定的鐵吸收方式。然而近期研究表明,水稻兼具兩種機理。為了研究水稻在富鐵與缺鐵環境下鐵的吸收及轉運機理,本工作系統研究了高有效態鐵(Fe3+-EDTA培養液體系)和低有效態鐵(喀斯特地區堿性稻田)種植條件下水稻對鐵的吸收轉運過程。通過分析土壤、孔隙水及培養液水稻各組織部位的Fe同位素組成,發現兩種不同種植條件下的水稻Fe同位素分餾方向和尺度具有明顯差異。高有效態鐵種植環境中,植物根系Fe同位素組成(d56Fe)比水培液輕 ~0.6‰,且水稻各個組織部位Fe同位素組成變化很大,最大可達 ~1.5‰。這表明在富鐵環境下生長的水稻以機理I方式吸收鐵,該過程伴隨著劇烈的氧化還原反應。喀斯特地區堿性土壤條件下的低有效態種植環境中,水稻根系Fe同位素組成比孔隙水略微重 ~0.3‰,且水稻各個組織部位Fe同位素組成變化非常有限,這說明在低鐵脅迫環境下,鐵在水稻中的吸收轉運以機理II為主,并且鐵在植物體內始終以鐵螯合物的形式轉運,該過程無氧化還原反應參與。該研究第一次采用穩定Fe同位素手段研究了不同生長條件下水稻吸收轉運鐵過程機制,為調控水稻鐵元素吸收及其合理利用提供了重要理論支撐;該工作也為金屬穩定同位素手段在土壤-植物系統元素遷移與轉化研究中的應用提供了較好的范例。  

本研究由環境地球化學國家重點實驗室劉承帥研究員及其博士生高庭與廣東省生態環境技術研究所李芳柏團隊合作完成。成果近期在地球化學領域權威期刊Chemical Geology在線發表Liu CS#, Gao T#, Liu YH, Liu JY, Li FB*, Chen ZW, Li YZ, Lv YW, Song ZY, Reinfelder JR, Huang WL, Isotopic fingerprints indicate distinct strategies of Fe uptake in rice, Chemical Geology, 2019, DOI:10.1016/j.chemgeo.2019.07.002。研究工作受到國家自然科學基金項目(41701266, U1701241)、中國科學院前沿重點項目(QYZDB-SSW-DQC046)資助。  

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254119303225  

  

 

  (劉承帥課題組/供稿)

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