试验一:谷子生育期短、耐干旱、耐贫瘠,抗逆性强,是我国北方干旱和半干旱地区农业生产中的重要粮食作物;硒(Se)是人体必需的15种微量元素之一,能调节机体免疫力,与人体健康生活密切相关。提高作物中硒含量是减少人类硒缺乏的有效途径。硒酸盐、亚硒酸盐对作物生理生化效应及产量的影响在小麦、水稻、玉米等主要农作物上均已有报道,在谷子上也有较全面的研究,而有关叶片喷施纳米硒的相关研究较少。本试验以济谷18和济谷20为试验材料,连续两年进行大田试验,设置8个供硒水平T0(清水对照)、T1(纳米硒15 g/hm~2)、T2(纳米硒30 g/hm~2)、T3(纳米硒45 g/hm~2)、T4(纳米硒60 g/hm~2)、T5(纳米硒75 g/hm~2)、T6(亚硒酸钠66 g/hm~2)、T7(亚硒酸钠132 g/hm~2)。在谷子灌浆初期叶面喷施硒,研究喷施不同浓度生物纳米硒对谷子生理生化特性、产量及籽粒硒含量的影响,明确谷子叶片喷施纳米硒的最佳施用量,为富硒谷子的生产管理提供科学依据。研究结果如下:1.叶面喷施适量硒对两个谷子品种均有一定程度的增产作用,并可以提高籽粒硒含量,随着施硒浓度的提高,籽粒硒含量也呈先升高后降低的趋势。高浓度硒对植物造成一定伤害,导致产量降低,T7处理下与CK相比,两个品种分别降低了8.74%、9.12%。不同谷子品种对硒感受能力不同,灌浆期喷施纳米硒60 g/hm~2、亚硒酸钠66 g/hm~2有利于谷子产量的增加。纳米硒30 g/hm~2对济谷18籽粒硒含量的影响最大,45 g/hm~2对济谷20提高籽粒硒含量效果最好。2.谷子灌浆期叶片喷施硒对叶绿素SPAD值产生一定影响。随施硒浓度的提高,呈先上升后降低的趋势。SPAD在T6时最高,达到极显著差异;纳米硒处理下,不同品种间存在差异,随着处理时间的延长最适浓度也发生变化,济谷18喷施浓度为纳米硒45 g/hm~2,济谷20在纳米硒60 g/hm~2时为最适浓度。3.谷子灌浆期叶片喷施外源硒提高了体内抗氧化酶SOD、POD、GSH、GSH-Px的活性并降低MDA的含量,随着施硒浓度的不断增加,抗氧化酶活性呈先升高后降低的趋势,MDA含量先降低后升高。在纳米硒T2、亚硒酸钠T6时效果最佳,与对照相比,几种指标最高分别可以增加28.6%、48.12%、42.2%、33.33%,丙二醛最多降低了24.69%。综上,纳米硒30 g/hm~2和亚硒酸钠66 g/hm~2对谷子的抗氧化酶活性及丙二醛的影响最大,防止活性氧的积累,降低脂质过氧化程度,延缓衰老,进而促进谷子的生长发育。试验二:以高产优质谷子品种济谷20为试验材料,在山东省农业科学院旱棚中盆栽培养幼苗,5叶期分别对叶片喷施清水、纳米硒(0.33 g/mL)、亚硒酸钠(0.167 mg/mL),24h后取样,利用RNA-seq技术对纳米硒、亚硒酸钠及未处理谷子叶片进行转录组测序,通过不同处理转录组间比较获得差异表达基因,以深入了解谷子响应硒的分子机理,探索谷子对硒的吸收转运和代谢过程,筛选出谷子硒代谢通路关键基因,为富硒谷子的研究提供理论基础。研究结果表明,本研究分别筛选到532个、2121个与纳米硒、亚硒酸钠胁迫相关的差异表达基因。为今后开展济谷20耐硒、富硒功能基因组研究提供了候选基因。选取其中的12个差异表达的基因进行荧光定量PCR验证,检测结果与转录组测序结果一致。此外,本研究筛选了关键代谢通路中的相关基因,在半胱氨酸和甲硫氨酸代谢、硫代谢、硒化物代谢及谷胱甘肽代谢等通路中,硒结合蛋白1、半胱氨酸甲基转移酶、蛋氨酸-γ-裂解酶、谷胱甘肽硫转移酶、谷胱甘肽水解酶均上调表达,推测硫代谢、硒化物代谢、谷胱甘肽代谢、及半胱氨酸合蛋氨酸代谢途径与谷子硒响应密切相关。本研究的结果为深入研究谷子响应硒的分子机理及谷子硒响应基因的鉴定奠定基础。