茉莉酸在水稻幼苗根系響應(yīng)氮素過(guò)程中的調(diào)控作用.pdf

1、水稻是一種重要的糧食作物，近年來(lái)，水稻產(chǎn)量的提高很大程度上依賴(lài)于氮肥的大量施用。目前，我國(guó)氮肥施用量遠(yuǎn)高于世界平均水平，但是，2015年農(nóng)業(yè)部制訂了《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，因此，研究氮素對(duì)根系形態(tài)建成的影響及根系形態(tài)改變對(duì)氮素吸收利用的影響是十分必要的。前人研究表明，氮素能夠抑制根的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)、促進(jìn)根毛發(fā)生及伸長(zhǎng)，茉莉酸也能抑制根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)、促進(jìn)根毛發(fā)生及伸長(zhǎng)，但目前茉莉酸在水稻幼苗根系響應(yīng)氮素過(guò)程的調(diào)控作用及其調(diào)控機(jī)理還

2、不清楚，本實(shí)驗(yàn)利用野生型（日本晴）水稻及其轉(zhuǎn)基因COI1-RNAi（COI1是茉莉酸受體）水稻作為實(shí)驗(yàn)材料，研究了銨態(tài)氮和硝態(tài)氮對(duì)水稻幼苗種子根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)與根毛發(fā)生及伸長(zhǎng)的影響，探索了茉莉酸在水稻幼苗種子根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)與根毛發(fā)生及伸長(zhǎng)響應(yīng)氮素過(guò)程中的調(diào)控作用及其調(diào)控機(jī)理。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
　　1.銨態(tài)氮(NH4+)抑制水稻幼苗種子根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，促進(jìn)根毛的發(fā)生及伸長(zhǎng)生長(zhǎng);硝態(tài)氮(NO3-)對(duì)水稻幼苗種子根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的影響不大，但也能促進(jìn)根毛

3、的發(fā)生及伸長(zhǎng)生長(zhǎng)。用不同濃度的NH4+和NO3-處理水稻幼苗，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:低濃度（0.25 mM）的NH4+和NO3-都能抑制水稻幼苗種子根的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，并達(dá)到顯著水平(P＜0.05)，且NH4+對(duì)種子根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的抑制率(23.2％)大于NO3-(6.4％);隨著氮濃度的增加，NH4+對(duì)種子根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的抑制作用越來(lái)越強(qiáng)烈，而NO3-對(duì)種子根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的抑制作用卻不再增加，4 mM NH4+和4mM NO3-對(duì)種子根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的抑制率分別為6

4、1.1％和6.4％。NH4+與NO3-都能促進(jìn)水稻幼苗根毛的發(fā)生與伸長(zhǎng)，在一定濃度范圍(0～4 mM)內(nèi)，隨著氮的增加，根毛密度及長(zhǎng)度不斷增加。
　　2.NH4+誘導(dǎo)水稻幼苗根系茉莉酸含量升高，進(jìn)而促進(jìn)根系對(duì)銨態(tài)氮的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和同化;NO3-誘導(dǎo)水稻幼苗根系茉莉酸含量升高，進(jìn)而促進(jìn)根系對(duì)硝態(tài)氮的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和同化。用4 mM NH4+和4 mM NO3-分別處理水稻幼苗，結(jié)果表明:與對(duì)照缺氮處理相比，NH4+和NO3-都能誘導(dǎo)水稻幼苗根

5、系茉莉酸合成關(guān)鍵酶基因表達(dá)，促進(jìn)茉莉酸的合成，增加根系茉莉酸含量;NH4+誘導(dǎo)銨吸收轉(zhuǎn)運(yùn)同化相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)根系對(duì)NH4+的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和同化;NO3-誘導(dǎo)硝態(tài)氮吸收轉(zhuǎn)運(yùn)同化相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)根系對(duì)NO3-的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和同化。而在NH4+處理的同時(shí)，利用3μM茉莉酸合成抑制劑布洛芬(IBU)處理水稻幼苗，緩解了NH4+誘導(dǎo)的茉莉酸含量升高，緩解了銨吸收轉(zhuǎn)運(yùn)同化相關(guān)基因表達(dá)上調(diào);在NO3-處理的同時(shí)，利用3μM IBU處理水稻幼苗，緩

6、解了NO3-誘導(dǎo)的茉莉酸含量升高，緩解了硝吸收轉(zhuǎn)運(yùn)同化相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)。
　　3.NH4+誘導(dǎo)水稻幼苗根系茉莉酸含量升高，進(jìn)而誘導(dǎo)根尖過(guò)渡區(qū)（根尖分生區(qū)與伸長(zhǎng)區(qū)之間的一層細(xì)胞）細(xì)胞分化，使分生區(qū)長(zhǎng)度變短，導(dǎo)致根長(zhǎng)變短。4mM的NH4處理水稻幼苗，結(jié)果表明:與對(duì)照缺氮處理相比，NH4+誘導(dǎo)水稻幼苗根系茉莉酸含量升高;NH4+誘導(dǎo)OsIAA3（該基因能促進(jìn)過(guò)渡區(qū)細(xì)胞分化為伸長(zhǎng)區(qū)細(xì)胞）表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)根尖過(guò)渡區(qū)細(xì)胞分化;NH4+誘導(dǎo)根尖分

7、生區(qū)長(zhǎng)度減小，只有對(duì)照的48.5％，導(dǎo)致根長(zhǎng)變短。而在NH4+處理的同時(shí)，利用3μMIBU處理水稻幼苗，消除了NH4+誘導(dǎo)的根尖分生區(qū)減小，消除了NH4+對(duì)根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的抑制。另外，與野生型相比，NH4+對(duì)COI1-RNAi水稻幼苗種子根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的抑制作用減弱，4mM的NH4+分別處理野生型與COI1-RNAi水稻，結(jié)果表明，與對(duì)照缺氮處理相比，NH4+對(duì)野生型種子根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的抑制率是61.1％，而對(duì)COI1-RNAi種子根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的抑制

8、率只有32.5％;在COI1-RNAi根中，OsIAA3的表達(dá)不受NH4+誘導(dǎo)，根尖分生區(qū)長(zhǎng)度受NH4+的抑制作用減小。上述結(jié)果表明，NH4+通過(guò)促進(jìn)茉莉酸合成，增加根系茉莉酸含量，促進(jìn)根尖過(guò)渡區(qū)細(xì)胞分化，減少分生區(qū)長(zhǎng)度，進(jìn)而抑制根的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)。
　　4.NH4+和NO3-誘導(dǎo)水稻幼苗根系茉莉酸含量升高，進(jìn)而促進(jìn)根毛發(fā)生及伸長(zhǎng)相關(guān)基因表達(dá)，促進(jìn)水稻幼苗根毛的發(fā)生及伸長(zhǎng)。4mM的NH4+與4mMNO3-分別處理水稻幼苗，結(jié)果表明，與對(duì)

9、照缺氮處理相比，NH4+和NO3-誘導(dǎo)根系茉莉酸含量升高，根毛發(fā)生及伸長(zhǎng)相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)根毛的發(fā)生及伸長(zhǎng);而分別在NH4+和NO3-處理的同時(shí)，利用3μM IBU處理水稻幼苗，抑制了NH4+和NO3-誘導(dǎo)的根毛的發(fā)生及伸長(zhǎng)。此外，與野生型相比，NH4+和NO3-對(duì)COI1-RNAi水稻幼苗根毛發(fā)生及伸長(zhǎng)的促進(jìn)作用減弱，NH4+與NO3-不能誘導(dǎo)COI1-RNAi根毛發(fā)生與伸長(zhǎng)相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)，這進(jìn)一步證實(shí)了根毛的發(fā)生及伸長(zhǎng)生長(zhǎng)與茉

10、莉酸有關(guān)。上述結(jié)果表明，NH4+與NO3-通過(guò)促進(jìn)茉莉酸合成，增加根系茉莉酸含量，進(jìn)而促進(jìn)根毛發(fā)生及伸長(zhǎng)相關(guān)基因表達(dá)，促進(jìn)根毛的發(fā)生與伸長(zhǎng)。
　　綜上所述，本實(shí)驗(yàn)以日本晴及COI1-RNAi水稻為材料，發(fā)現(xiàn)茉莉酸參與NH4+抑制水稻幼苗種子根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)過(guò)程的調(diào)控，參與NH4+和NO3-誘導(dǎo)水稻幼苗根毛發(fā)生及伸長(zhǎng)過(guò)程的調(diào)控。深入探究發(fā)現(xiàn)，NH4+通過(guò)增加水稻幼苗根系茉莉酸含量，進(jìn)而促進(jìn)OsIAA3的表達(dá)，促進(jìn)根尖過(guò)渡區(qū)細(xì)胞分化，使分生