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硒是人群和动物的必需微量元素。我国为农田土壤硒明显匮乏国,大众硒营养不足问题严重。作物硒生物强化是解决硒营养匮乏的重要手段。荞麦为功能性食物,研究荞麦硒生物强化具有重要意义。ATP硫化酶是植物硒代谢的关键调控酶,掌握其特性对揭示植物硒吸收代谢机制十分重要。本研究在田间条件下研究施用硒酸盐和亚硒酸盐对甜养硒生物强化的农艺性状表现及硒吸收积累特点;在水培条件下,分别研究甜荞和苦荞硒耐受力差异及对不同类型硒的吸收与转移规律;以同属植物具有高聚硒能力的Stanleya pinata和非聚能力的Stanleya elata为研究材料,在基因和蛋白质水平对植物硒代谢关键调控酶ATP硫化酶2(ATPS2)进行表达水平、亚细胞定位、蛋白质结构、蛋白纯化和酶活性特征研究。主要研究结果与结论如下:1.不同硒酸盐和亚硒酸盐施用水平下,3年(2014-2016)田间试验表明,施用15 g ha-1和30 gha-1硒可显著提高甜荞植株生长和籽粒产量及产量构成(P<0.05),硒类型和施用水平对产量及植株生物量的形成交互影响差异不显著(P>0.05);两类型硒施用均能显著提高植株和籽粒硒含量(P<0.05),生育期内植株硒含量随生长发育进程呈降低趋势,硒酸盐与亚硒酸盐处理相比,籽粒硒含量高3-10倍。2.等量硒施用(硒酸盐、亚硒酸盐及两者等量组合,不施硒为对照)处理的2年(2015-2016)田间试验表明,40 g ha-1硒施用下,硒酸盐较亚硒酸处理籽粒硒含量更高。与对照处理相比,硒酸盐与亚硒酸盐组合施用显著提高了籽粒产量(P<0.05),提高幅度分别为10.9%和10.3%;与亚硒酸盐施用相比,施用硒酸盐和两者组合施用处理,植株和籽粒的硒利用效率显著增加2-3倍和 2-5 倍(P<0.05)。3.甜荞和苦荞2周苗龄幼苗对不同浓度硒酸盐和亚硒酸盐7天耐受试验表明,植株硒浓度随供给浓度增加而增加,亚硒酸处理下植株根部硒浓度约为地上部的10-20倍:而硒酸盐处理下植株地上部硒浓度约为根部的2-4倍;当浓度超过15μM时,两种荞麦幼苗植株生长受到抑制,其对硒酸盐耐受浓度在30μM以内。硒酸盐处理下植株地上部硫含量显著增加(P<0.05),植株地上部Se/S比随硒酸盐浓度增加而显著增加(尸<0.05);两类硒处理下苦荞地上部磷水平高于甜荞,两者地上部磷水平随硒酸盐浓度增加而显著增加(P<0.05)。4.甜荞和苦荞2周苗龄幼苗对20μM硒酸盐(+S/-S)、亚硒酸盐(+P/-P)和植物浸提形式硒(-SP/+S/+P)的2h吸收试验表明,与无机形式硒盐相比,两者幼苗对植物浸提硒处理在地上部和根部的积累分别高出4-6倍和2-3倍,0.5 mM硫酸盐和磷酸盐显著影响两种无机硒盐在幼苗植株的积累(P>0.05)。植株对植物浸提硒处理吸收速率显著高于前两种处理2-5倍(尸<0.05);但具有较低的硒转移因子,并受到营养液中硫和磷浓度影响显著(P<0.05)。5.甜荞和苦荞30天苗龄植株对不同类型硒24h吸收试验结果表明,与无机硒盐处理相比,植物浸提硒施用显著提高荞麦植株地上部和根部硒浓度约1.2-5倍(P<0.05);与甜荞相比,苦荞植株地上部和根部硒积累高出20%-60%和40%-80%;植物浸提硒处理下,植株茎流液中有机硒形式为MeSecys;荞麦叶片和籽粒硒含量相近,茎秆硒积累水平最低;与无机硒盐处理相比,植物浸提硒对籽粒硒浓度提高不显著(P>0.05)。6.以高聚硒植物Stanleya pinnata(SpATPS2)和非聚硒植物Stanleya elata(SeATPS2)为对象研究ATP硫化酶特点,对两者根部ATP硫化酶特性研究表明,SpATPS2表达水平5倍高于SeATPS2,ATPS酶活性高出2倍(P<0.05);分别编码480和488个氨基酸,序列差异性达4%,SpATPS2转运肽序列存在一个终止密码子;亚细胞定位证实SpATPS2仅在细胞质中定位,而SeATPS2则具有细胞质和细胞器双重定位;SpATPS2与SeATPS2酶活位点均由相同的16个氨基酸残基构成,差异氨基酸均未出现在酶活性位点、易变环区域及保守序列区域;200 mM硒酸盐和硫酸盐均对纯化的SpATPS2产生显著抑制(P<0.05),说明该酶能利用硒酸盐作为催化底物。