鹽脅迫下植物激素對(duì)水稻種子萌發(fā)及幼苗根系生長(zhǎng)的調(diào)控機(jī)理研究.pdf

1、據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)報(bào)道，全世界約8億多公頃的土地受鹽脅迫的影響，并且越來(lái)越多的農(nóng)業(yè)用地受鹽脅迫影響，因此鹽脅迫是當(dāng)前限制農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一。水稻是一種對(duì)鹽脅迫比較敏感的作物?？梢?jiàn)，研究水稻響應(yīng)鹽脅迫的機(jī)理具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。
　　前期研究表明鹽脅迫能抑制植物種子萌發(fā)，但鹽脅迫抑制種子萌發(fā)的機(jī)理還不清楚。植物激素赤霉素(gibberellin，GA)能促進(jìn)種子萌發(fā)，并且能緩解鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用，但

2、赤霉素在水稻種子萌發(fā)過(guò)程響應(yīng)鹽脅迫的機(jī)理還不清楚。本課題第一部分研究?jī)?nèi)容（論文第二章）探究了赤霉素對(duì)鹽脅迫下水稻種子萌發(fā)的調(diào)控作用及機(jī)理，結(jié)果表明，鹽脅迫通過(guò)促進(jìn)活性GA鈍化，降低種子活性GA含量，降低α-淀粉酶活性，進(jìn)而抑制種子萌發(fā)。
　　根系是植物最重要的器官之一，與土壤直接接觸，容易受環(huán)境影響。很多研究表明鹽脅迫能抑制根系生長(zhǎng);乙烯和茉莉酸(jasmonic acid，JA)是植物體內(nèi)很重要的逆境激素，它們不僅能調(diào)控植物正常

3、的生長(zhǎng)發(fā)育，還可以調(diào)控植物對(duì)非生物脅迫的響應(yīng)。但是，目前乙烯和茉莉酸對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗根系生長(zhǎng)的調(diào)控作用及機(jī)理還不清楚。本課題第二部分研究?jī)?nèi)容（論文第三章）探究了乙烯和茉莉酸在鹽脅迫下對(duì)水稻種子根生長(zhǎng)的調(diào)控作用及機(jī)理，結(jié)果表明，乙烯和茉莉酸參與鹽脅迫對(duì)水稻種子根生長(zhǎng)的抑制作用，鹽脅迫通過(guò)乙烯依賴及乙烯不依賴途徑促進(jìn)茉莉酸合成，進(jìn)而抑制細(xì)胞分裂及伸長(zhǎng)，導(dǎo)致水稻種子根生長(zhǎng)受阻。
　　本課題第一部分研究?jī)?nèi)容（論文第二章）的主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如

4、下:
　　1.鹽脅迫通過(guò)降低種子中內(nèi)源活性GA的含量，進(jìn)而抑制水稻種子萌發(fā)。本研究結(jié)果表明，NaCl處理導(dǎo)致種子胚中活性GA1和GA4的含量分別降低了24％和60％，進(jìn)而導(dǎo)致種子發(fā)芽率降低了27％，外源GA3能緩解NaCl對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用。
　　2.鹽脅迫通過(guò)促進(jìn)種子中活性GA的鈍化，進(jìn)而降低活性GA含量。本研究結(jié)果表明，NaCl能夠誘導(dǎo)GA鈍化基因的表達(dá)，促進(jìn)活性GA鈍化，進(jìn)而顯著降低活性GA(GA1和GA4)含量。<

5、br>　　3.鹽脅迫導(dǎo)致活性GA含量降低，抑制α-淀粉酶基因表達(dá)，降低α-淀粉酶活性。本研究結(jié)果表明，NaCl能夠抑制α-淀粉酶基因OsAmy1A、OsA my1C、OsAmy3C、OsAmy3E的表達(dá)并降低α-淀粉酶活性，外源GA3能緩解NaCl對(duì)α-淀粉酶基因表達(dá)及活性的抑制作用。
　　本課題第二部分研究?jī)?nèi)容（論文第三章）的主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
　　1.乙烯和茉莉酸都參與鹽脅迫對(duì)水稻種子根生長(zhǎng)的抑制作用。NaCl抑制水稻幼

6、苗種子根的生長(zhǎng)，抑制程度與NaCl濃度呈正相關(guān)，NaCl促進(jìn)乙烯和茉莉酸合成基因表達(dá)，增加乙烯和茉莉酸含量。乙烯合成抑制劑(AVG)和乙烯作用抑制劑（Ag+）以及茉莉酸合成抑制劑(IBU)能緩解NaCl對(duì)水稻種子根生長(zhǎng)的抑制作用。
　　2.乙烯和茉莉酸在鹽脅迫抑制水稻種子根生長(zhǎng)過(guò)程中存在互作。NaCl對(duì)種子根生長(zhǎng)的抑制作用能被單獨(dú)施加AVG和Ag+部分緩解，能被單獨(dú)施加IBU完全緩解;單獨(dú)施加一種激素（茉莉酸）合成抑制劑IBU與同

7、時(shí)施加兩種激素（乙烯和茉莉酸）抑制劑(AVG+IBU、Ag++IBU)對(duì)NaCl抑制種子根生長(zhǎng)的緩解效應(yīng)相同;這些結(jié)果表明乙烯和茉莉酸在鹽脅迫抑制水稻種子根生長(zhǎng)過(guò)程中有上下游關(guān)系。進(jìn)一步研究表明，IBU能緩解乙烯對(duì)種子根生長(zhǎng)的抑制作用，而AVG和Ag+不能緩解茉莉酸對(duì)種子根生長(zhǎng)的抑制作用，乙烯能夠促進(jìn)茉莉酸合成基因的表達(dá)，增加茉莉酸含量，可見(jiàn)，鹽脅迫下，乙烯是通過(guò)茉莉酸抑制水稻種子根生長(zhǎng)。同時(shí)由于NaCl對(duì)種子根生長(zhǎng)的抑制作用能被乙烯合

8、成及作用抑制劑部分緩解，被茉莉酸合成抑制劑完全緩解，說(shuō)明鹽脅迫還可以通過(guò)乙烯不依賴的途徑促進(jìn)茉莉酸合成抑制根系生長(zhǎng)。由此可見(jiàn)，鹽脅迫通過(guò)乙烯依賴及乙烯不依賴途徑促進(jìn)茉莉酸的合成，進(jìn)而抑制種子根的生長(zhǎng)。
　　3.鹽脅迫通過(guò)茉莉酸抑制細(xì)胞分裂及伸長(zhǎng)相關(guān)基因的表達(dá)，抑制分生區(qū)細(xì)胞分裂及伸長(zhǎng)區(qū)細(xì)胞伸長(zhǎng)，從而抑制水稻幼苗種子根的生長(zhǎng)。本研究利用RNA-seq和qRT-PCR證實(shí)了NaCl與茉莉酸處理均能抑制細(xì)胞分裂（如PCNA）及伸長(zhǎng)相關(guān)基

9、因(如EXP和XTH)的表達(dá)，導(dǎo)致分生區(qū)細(xì)胞數(shù)目變少及成熟區(qū)細(xì)胞的長(zhǎng)度變短，從而抑制種子根生長(zhǎng);IBU能緩解NaCl對(duì)PCNA、EXP和XTH等基因表達(dá)的抑制作用，恢復(fù)分生區(qū)細(xì)胞數(shù)目及成熟區(qū)細(xì)胞的長(zhǎng)度，緩解NaCl對(duì)種子根生長(zhǎng)的抑制作用。這些結(jié)果表明，鹽脅迫通過(guò)茉莉酸抑制分生區(qū)細(xì)胞的分裂及伸長(zhǎng)區(qū)細(xì)胞的伸長(zhǎng)，進(jìn)而抑制種子根的生長(zhǎng)。
　　綜上所述，鹽脅迫通過(guò)促進(jìn)水稻種子活性GA的鈍化，降低活性GA含量，從而抑制α-淀粉酶基因的表達(dá)，導(dǎo)