铁（Fe）是生物体所需的重要营养元素之一。水稻作为主要粮食作物,其铁营养水平与人类健康状况密切相关。课题组前期育成了富铁品系“罗田红米”,并采用叶面喷施FeSO4方法促进了该红米和普通稻9311的糙米铁含量增加,最大增幅达150%,但所涉及的籽粒铁富集调节机制并不清楚。本研究继续“罗田红米”、9311品种为材料,采取盆栽种植并在孕穗期、抽穗期进行叶面喷施0.1%FeSO4处理,研究灌浆籽粒的铁储存定位、积累规律及其他微量元素锌（Zn）、铜（Cu）、锰（Mn）和镉（Cd）含量变化,结合转录组分析,试图阐明水稻灌浆籽粒铁转运过程中的主要螯合铁形式Fe（Ⅱ）-NA和Fe（Ⅲ）-DMA及其转运分子YSL的表达调控规律,明晰叶面喷施FeSO4方法对水稻籽粒Fe积累调节效应及其与Zn、Cu、Mn和Cd积累的关系。为解析水稻籽粒铁转运及调节的分子基础和水稻品种改良、优质栽培技术研发提供基础。获得如下主要结果:1.对花后15～35d不同发育时期籽粒的铁元素Perls Blue染色分析,表明0.1%FeSO4喷施处理的红米和9311灌浆籽粒和成熟糙米中组织铁染色程度均较深,特别是表皮和胚乳组织染色显著加深,明确喷施FeSO4处理均能促进红米、白米籽粒铁元素积累,有效提高了表皮和胚乳铁积累水平。2.ICP-AES/MS元素含量测定分析表明0.1%FeSO4喷施处理后的成熟红米籽粒各部分,包括糙米、精米和果皮（含胚）中的铁含量均显著增加,且糙米和精米铁含量增加1.6倍以上,与染色结果相符。同时,喷施铁处理后的红米成熟糙米中Zn、Cu、Mn含量显著加13.1%、7.9%和8.8%。但精米Cd含量显著降低30%,且籽粒精米、糙米和麸皮（含胚）中Cd含量远低于国家安全标准(0.2 mg·kg-1)。本实验结果进一步明确了在罗田红米生长的孕穗期和抽穗期各进行一次叶面0.1%FeSO4的喷施提高了成熟稻米尤其是精米中铁积累量,显著降低了精米中Cd含量,且糙米Zn、Cu和Mn含量也有显著提高。精米、糙米和麸皮（含胚）中上述金属含量也均低于国际机构规定的食品金属元素最高限值。3.通过花后5～15d籽粒转录组数据分析,发现显著差异表达基因GO富集到铁元素跨膜运输过程以及协助金属元素运输的烟碱酰（NA）合成途径,包括铁转运相关基因OsYSL12、OsYSL14、OsYSL2、OsFRDL1和OsNAMP5,以及铁螯合体NA和脱氧麦根酸（DMA）合成相关基因OsNAS1、OsNAS2、OsNAS3、OsNAAT1和OsNAAT2。经过qPCR验证结果表明,喷施0.1%FeSO4处理后罗田红米籽粒中金属转运相关基因OsYSL12、OsYSL14和OsFRDL1均显著上调,而OsYSL2和OsNRAMP5则在花后15d时表达量显著提高。协助金属转运相关的螯合物NA和DMA合成基因OsNAS1、OsNAS2、OsNAAT1和OsDMAS1在表达量也有显著提高。说明叶面喷施FeSO4对红米中铁元素转运及螯合物合成相关基因的表达起到一定促进作用,有利于罗田红米籽粒铁元素的积累。4.测定了9311中相关基因的表达量,结果表明与红米相比9311在喷施0.1%FeSO4处理后只有OsYSL2和OsFRDL1在喷施铁处理后上调表达的响应较为强烈,而红米中OsYSL12和OsYSL14两个未表征功能的基因与NA和DMA合成相关基因上调表达响应均很强烈。同时,结合对OsYSLs成员生物信息学综合分析,发现OsYSL12和OsYSL14在系统发育中均与种子中铁分布平衡有关的OsYSL13、AtYSL5和AtYSL7位于同一亚家族。启动子顺式作用元件的分析发现OsYSL12和OsYSL14均具有种子特异性调控元件。综上,推测OsYSL12和OsYSL14在籽粒的铁转运和调控中具有重要作用,是罗田红米籽粒铁富集和调节的潜在特征分子。综上所述,叶面喷施FeSO4能够有效提高红米中铁元素含量,是稻米铁元素强化的一种经济、有效的栽培措施。同时,对红米籽粒铁积累的分子基础有了一定了解,为红米富铁机制的后续研究提供一定的理论基础。