高地の畑地で栽培されたイネにおけるセレンの毒性。μ-XRF法を用いた種子生理応答と栄養分布の解析

Selenium toxicity in upland field-grown rice: Seed physiology responses and nutrient distribution using the μ-XRF technique.

• André Rodrigues Dos Reis
• Eduardo Henrique Marcandalli Boleta
• Charline Zaratin Alves
• Mayara Fávero Cotrim
• Julierme Zimmer Barbosa
• Vinícius Martins Silva
• Rafael Lawandovski Porto
• Maria Gabriela Dantas Bereta Lanza
• José Lavres
• Marcos Henrique Feresin Gomes
• Hudson Wallace Pereira de Carvalho

抄録

セレン（Se）は、高次の植物には有益と考えられていますが、人間や動物には必須の元素です。セレンを高濃度で植物に施用すると毒性が生じ、種子の生理的品質を低下させる可能性がある。本研究では，蛍光X線分析（μ-XRF）を用いて，高地稲の収量，種子生理，種子中のセレンの局在性に及ぼすセレンの毒性を明らかにすることを目的とした。開花期にセレン酸ナトリウムとしてセレン酸ナトリウム（0, 250, 500, 1000, 1500, 2000 g ha）を葉面散布した。250g Se haから稲の収量の低下と種子のSe濃度の上昇が観察された。種子中の貯蔵タンパク質は、Se施用により異なる反応を示した（アルブミンの減少、プロラミンおよびグルテリンの増加）。全糖とショ糖の濃度は、250g Se haと500g Se haの施用で低下した。Seの最も高い強度のKαカウントは、主に胚乳とアルーロン/果皮で検出され、μ-XRFは、種子胚の硫黄、カルシウム、カリウムの空間的分布を明らかにした。このことから、イネ種子の生理的品質が急激に低下していることが明らかになった。この研究は、イネに対するSeの毒性の影響をよりよく理解するための情報を提供し、収量への悪影響に加えて、種子の生理学的および生化学的品質にも変化があることを明らかにした。

Selenium (Se) is an essential element for human and animal, although considered beneficial to higher plants. Selenium application at high concentration to plants can cause toxicity decreasing the physiological quality of seeds. This study aimed to characterize the Se toxicity on upland rice yield, seed physiology and the localization of Se in seeds using X-ray fluorescence microanalysis (μ-XRF). In the flowering stage, foliar application of Se (0, 250, 500, 1000, 1500, 2000 g ha) as sodium selenate was performed. A decrease in rice yield and an increase in seed Se concentrations were observed from 250 g Se ha. The storage proteins in the seeds showed different responses with Se application (decrease in albumin, increase in prolamin and glutelin). There was a reduction in the concentrations of total sugars and sucrose with the application of 250 and 500 g Se ha. The highest intensities Kα counts of Se were detected mainly in the endosperm and aleurone/pericarp. μ-XRF revealed the spatial distribution of sulfur, calcium, and potassium in the seed embryos. The seed germination decreased, and the electrical conductivity increased in response to high Se application rates showing clearly an abrupt decrease of physiological quality of rice seeds. This study provides information for a better understanding of the effects of Se toxicity on rice, revealing that in addition to the negative effects on yield, there are changes in the physiological and biochemical quality of seeds.

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