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为探究高浓度铁（Fe）和适宜浓度锌（Zn）对小麦种子萌发的影响，西北师范大学研究人员开展了相关研究。结果表明，单独的 Fe 或 Zn 抑制种子萌发，而适宜浓度的 Zn 可缓解 Fe 的抑制作用。该研究为提高作物在 Fe 污染土壤中的质量提供了理论依据。
在农业生产的大舞台上，种子萌发就像一场至关重要的 “开幕式”，它是作物生长的起点，却对环境变化极为敏感。铁（Fe）和锌（Zn）作为植物生长必需的微量元素，在种子萌发和植物发育进程中扮演着不可或缺的角色。然而，环境和农业污染导致的 Fe、Zn 过量，却成了阻碍作物发芽、生长和高产的 “绊脚石”。比如在非洲和亚洲部分地区，Fe 毒性已让谷物产量大幅下滑；在绿豆种子萌发的过程中，不同浓度的 Fe 也展现出截然不同的影响。而且，种子萌发阶段在多种重金属共同作用下的生理变化，至今还存在许多未解之谜。为了揭开这些谜团，西北师范大学生命科学学院的研究人员挺身而出，开展了一项意义重大的研究。他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为解决农业生产中的实际问题带来了新的曙光。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是对小麦种子进行不同处理，设置对照（CK）、500μmol?L?1 FeCl?、100μmol?L?1 ZnCl? 、250μmol?L?1 ZnCl? 、500μmol?L?1 FeCl? + 100μmol?L?1 ZnCl?、500μmol?L?1 FeCl? + 250μmol?L?1 ZnCl?共 6 组处理，每个处理至少 3 次生物学重复；二是采用 Perls 染色、DTZ 法等多种方法分别测定 Fe、Zn 含量及相关指标；三是通过 qPCR 技术测定相关基因的表达水平。
研究结果如下：
- 发芽参数：单独施加 Fe 或 Zn 显著抑制小麦种子萌发，500μM Fe 的抑制作用最强，250μM Zn 的抑制作用最弱。添加 Zn 能显著提高 Fe 处理种子的发芽势（GP）、发芽率（GR）、发芽指数（GI）和活力指数（VI）。例如，与单独 Fe 处理相比，Fe + 100μM Zn 处理的种子，GP、GR、GI 和 VI 分别提高约 46%、28%、41% 和 64% 。
- Fe 和 Zn 水平：单独 Fe 处理的种子 Fe 染色最深，单独 Zn 处理的种子 Fe 染色最浅。添加 Zn 能显著降低 Fe 处理种子的 Fe 染色，100μM 或 250μM Zn 处理的种子，Fe 染色分别降低约 95% 和 80% 。Fe 处理使种子的 Fe2?水平显著升高，而 Zn 处理则使 Fe2?水平降低。此外，Fe 胁迫下种子的 Zn 染色较弱，添加 Zn 能增强 Zn 染色 。
- 糖含量：单独的 Fe 或 Zn 处理显著增加了种子中淀粉、蔗糖和可溶性糖的含量，且 Fe 处理的种子含量更高。添加 Zn 可降低 Fe 处理种子的这些糖含量，例如，24 小时发芽的种子，在 Fe + 100μM Zn 处理下，淀粉、蔗糖和可溶性糖含量分别下降约 11%、25% 和 15% 。
- 淀粉酶活性：单独的 Fe 或 Zn 处理显著降低了总淀粉酶和 α - 淀粉酶的活性，Fe 处理下酶活性最低，250μM Zn 处理下酶活性最高。添加 Zn 能提高 Fe 处理种子的淀粉酶活性，250μM Zn 的效果更明显 。
- NO 代谢：单独 Fe 处理显著降低种子中的 NO 水平，100μM Zn 处理下 NO 水平无明显变化，250μM Zn 处理在 72 小时发芽的种子中 NO 水平显著降低。添加 Zn 对 Fe 处理种子的 NO 水平影响不显著，但 Zn + Fe 处理的种子 NO 染色比单独 Fe 处理更强 。
- MDA 和 ROS 含量：单独的 Fe 或 Zn 处理显著增加了种子中丙二醛（MDA）和活性氧（ROS）的含量，Fe 处理的增加幅度最大。添加 Zn 能部分缓解 Fe 诱导的 MDA 和 ROS 含量增加，100μM Zn 的缓解效果更显著 。
- 抗氧化酶活性及其基因表达：单独 Fe 处理未显著改变过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性，但上调了过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和谷胱甘肽还原酶（GR）的活性。100μM Zn 单独处理增强了 SOD 活性和 72 小时发芽种子的 POD 活性，250μM Zn 单独处理则提高了所有五种抗氧化酶的活性。添加 Zn 改变了 Fe 处理种子中抗氧化酶的活性和相关基因的表达 。
- 相关性分析：NO 含量、一氧化氮合酶（NOS）活性和 TaNOS 表达与 H?O?、O?? 、?OH 和 MDA 水平呈负相关，与 TaSOD 和 TaPOD 表达呈正相关。此外，硝酸还原酶（NR）、NOS 活性与 APX、GR 活性及 TaAPX 表达呈负相关 。
研究结论和讨论部分指出，Fe 或 Zn 诱导的小麦种子萌发抑制，可能与淀粉动员受损和氧化损伤增强有关。单独 Fe 处理的种子积累过多 Fe，单独 Zn 处理的种子则积累过多 Zn，且 Fe 处理会降低 NO 水平。虽然 ROS 积累会对小麦种子造成氧化损伤，但抗氧化酶活性的增加有助于清除 ROS。值得注意的是，Zn 单独处理的负面影响比 Fe 处理小，添加适宜浓度的 Zn 能有效促进 Fe 胁迫下小麦种子的萌发，这主要通过减少 Fe 积累、减轻氧化损伤和增强淀粉动员来实现。这项研究为在 Fe 污染土壤中合理应用 Zn 提高作物对 Fe 胁迫的耐受性提供了理论和实践依据，有望为农业生产中应对重金属污染问题开辟新的道路，对保障粮食安全和提高作物品质具有重要意义。
