Zn作为植物生长发育所必需的微量元素之一，对作物的产量和品质有重要影响，农业生产中也通过施用适量Zn肥来实现增产提效。但其过量存在于土壤中会对作物产生一定的毒害作用，威胁生态系统稳定与人类安全。重金属Zn对小麦光系统影响的生理机制还不明确，在田间土壤中对作物达到胁迫水平的阈值尚不清。
近期，青岛农业大学障碍土壤修复与创新团队曾路生副教授课题组完成的题为“Wheat growth, photosynthesis and physiological characteristics under different soil Zn levels”的研究论文在Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文)，JIA) 2022年7期正式出版。
该研究解析了低水平的Zn处理能有效促进小麦叶绿素的合成、提高光合能力，进而促进增产，而高水平的Zn处理则对小麦光系统有明显的胁迫作用，活性氧代谢系统的损伤，光合能力下降，进而导致减产。在ZnL4处理下，小麦叶片细胞器开始分解，液泡增大，细胞质减少，细胞壁增厚，叶绿体基粒片层混乱，线粒体膜出现解体。适宜小麦生长的最佳Zn水平为250 mg·kg-1左右，当土壤中的Zn水平超过500 mg·kg-1时小麦会受到胁迫。试验结果为土壤重金属Zn污染研究在农业生产中的诊断防治应用提供了理论依据。
该研究通过田间试验方法，设立5个Zn浓度水平（CK、L1、L2、L3、L4）:0、250、500、750、1000 mg·kg-1，通过荧光、光谱、超微结构等手段深入研究小麦对重金属Zn的生理响应及产量变化。结果表明低水平的Zn处理能有效促进小麦叶绿素的合成、提高光合能力，进而促进增产。ZnL1处理在两年试验中产量均为最高，分别较CK处理增产20.4%和13.9%。而高水平的Zn处理则对小麦光系统有明显的胁迫作用，PIabs与Fv/Fm显著下降，活性氧代谢系统的损伤，光合能力下降，进而导致减产。其中ZnL4处理在两年试验中产量均为最低，分别比对照减产了28.1%和16.4%。ZnL3与ZnL4处理的“绿峰”位置向长波段方向发生了“红移”，而ZnL4处理的“红谷”位置向短波方向发生了“蓝移”。在ZnL4处理下，小麦叶片细胞器开始分解，液泡增大，细胞质减少，细胞壁增厚，叶绿体基粒片层混乱，线粒体膜出现解体。逐步回归与通径分析表明，Pn对产量形成起主导作用。RDA分析表明，适宜小麦生长的最佳Zn水平为250 mg·kg-1左右，当土壤中的Zn水平超过500 mg·kg-1时小麦会受到胁迫。
青岛农业大学障碍土壤修复与创新团队曾路生副教授该文章的通讯作者，李思平硕士为该文章第一作者。该研究得到了国家自然科学基金（41471279）和山东省重点研发计划（2016CYJS05A1-7, 2017CXGC0303）的支持。
点击链接阅读全文：https://doi.org/10.1016/S2095-3119(21)63643-2
Cite the article: LI Si-ping, ZENG Lu-sheng, SU Zhong-liang. 2022. Wheat growth, photosynthesis and physiological characteristics under different soil Zn levels. Journal of Integrative Agriculture, 21(7): 1927–1940.
研究团队简介：
青岛农业大学资源与环境学院障碍土壤修复与创新团队由崔德杰教授领衔，丁效东教授、曾路生副教授、李旭霖副教授为主要成员。该研究团队以土壤改良与绿色开发利用为目标，长期开展盐碱地水盐监测、土壤调理剂研发、土壤减肥增效及土壤生态环境效应评价等研究内容。
曾路生副教授课题组主要开展小麦重金属胁迫光谱识别的细胞超微结构机理与盐碱地生态保育与地力提升研究工作。结合重金属污染土壤的特点，在小麦产量形成的重要时期的光合生理特性等方面做了大量工作。曾路生副教授先后承担、参与国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、山东省重大科技创新项目等项目10余项；发表学术论文50余篇， 其中SCI收录13篇；获国家发明专利2项；在盐碱地、重金属污染等土壤环境研究领域取得重要成果。
