鐵是植物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素，其在細(xì)胞呼吸、光合作用和金屬蛋白的催化反應(yīng)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。植物有兩種鐵吸收方式，即機(jī)理（Strategy）I和機(jī)理II。機(jī)理Ⅰ是指還原酶首先將Fe3+還原成Fe2+，然后由鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將Fe2+運(yùn)輸?shù)街参矬w內(nèi)。機(jī)理II是指植物體內(nèi)合成大量的植物鐵載體，并分泌到根際土壤與Fe3+直接結(jié)合，以螯合物的形式轉(zhuǎn)運(yùn)至植物體內(nèi)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)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(jī)理。

 

　　為了研究水稻在富鐵與缺鐵環(huán)境下鐵的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理，中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所研究人員與合作者系統(tǒng)研究了高有效態(tài)鐵（Fe3+-EDTA培養(yǎng)液體系）和低有效態(tài)鐵（喀斯特地區(qū)堿性稻田）種植條件下水稻對(duì)鐵的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。通過(guò)分析土壤、孔隙水及培養(yǎng)液水稻各組織部位的Fe同位素組成，發(fā)現(xiàn)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(tài)鐵種植環(huán)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(gè)組織部位Fe同位素組成變化很大，最大可達(dá) ~1.5‰。這表明在富鐵環(huán)境下生長(zhǎng)的水稻以機(jī)理I方式吸收鐵，該過(guò)程伴隨著劇烈的氧化還原反應(yīng)。喀斯特地區(qū)堿性土壤條件下的低有效態(tài)種植環(huán)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(gè)組織部位Fe同位素組成變化非常有限，這說(shuō)明在低鐵脅迫環(huán)境下，鐵在水稻中的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)以機(jī)理II為主，并且鐵在植物體內(nèi)始終以鐵螯合物的形式轉(zhuǎn)運(yùn)，該過(guò)程無(wú)氧化還原反應(yīng)參與。該研究第一次采用穩(wěn)定Fe同位素手段研究了不同生長(zhǎng)條件下水稻吸收轉(zhuǎn)運(yùn)鐵過(guò)程機(jī)制，為調(diào)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(wěn)定同位素手段在土壤-植物系統(tǒng)元素遷移與轉(zhuǎn)化研究中的應(yīng)用提供了較好的范例。

 

　　該研究由環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員劉承帥及其博士生高庭與廣東省生態(tài)環(huán)境技術(shù)研究所李芳柏團(tuán)隊(duì)合作完成。成果近期在地球化學(xué)領(lǐng)域期刊Chemical Geology 在線發(fā)表。研究工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41701266, U1701241）、中科院前沿重點(diǎn)項(xiàng)目（QYZDB-SSW-DQC046）資助。

　　地化所等揭示穩(wěn)定鐵同位素指示水稻吸收轉(zhuǎn)運(yùn)鐵的過(guò)程機(jī)制