獨(dú)角金內(nèi)酯參與氮、磷營養(yǎng)調(diào)控水稻根系生長的作用機(jī)制研究.pdf

1、植物通過調(diào)節(jié)自身形態(tài)變化適應(yīng)外界環(huán)境，根系是作物吸收養(yǎng)分的主要器官，其形態(tài)在很大程度上決定植物從土壤中吸收養(yǎng)分的能力。植物根系的形態(tài)建成除受本身的遺傳因素決定外，還受外界環(huán)境因素如土壤養(yǎng)分供應(yīng)的影響，如氮(N)、磷(P)是植物生長所必需的大量元素，其形態(tài)、有效性和分布狀況直接影響植物根系的形態(tài)建成。除了受環(huán)境因素如養(yǎng)分供應(yīng)的影響外，植物根系的形態(tài)建成還受多種植物激素協(xié)調(diào)控制。獨(dú)角金內(nèi)酯作為一種新的植物激素，被發(fā)現(xiàn)能夠調(diào)控植物地上部分枝和

2、根系的形態(tài)建成。在多種植物上的研究表明在N、P營養(yǎng)脅迫下獨(dú)角金內(nèi)酯合成增加。植物根系的發(fā)生和伸長與生長素的合成和極性運(yùn)輸密切相關(guān)，生長素在地上部合成，通過極性運(yùn)輸?shù)竭_(dá)根尖。研究表明，生長素與獨(dú)角金內(nèi)酯互相調(diào)節(jié)共同控制植物地上部分枝以及根系形態(tài)建成。因此獨(dú)角金內(nèi)酯在N、P營養(yǎng)脅迫下是否參與了植物根系形態(tài)的建成以及在調(diào)控植物根系生長過程中與生長素的協(xié)調(diào)作用機(jī)制成為本文的主要研究內(nèi)容。在本研究中，觀察了野生型和獨(dú)角金內(nèi)酯合成突變體(d10、d

3、27)在系列N、P濃度營養(yǎng)下根系形態(tài)，并在高低濃度N、P營養(yǎng)下施加GR24觀察其根系形態(tài)變化，測定了野生型及突變體的生長素濃度以及生長素相關(guān)基因的表達(dá)。已取得的結(jié)果如下:
　　 1.設(shè)置梯度N、P濃度營養(yǎng)液培養(yǎng)野生型秈稻鹽狩(Shiokari)，P濃度設(shè)置依次為0、10、50、100和300(正常供P)μM，NO3-濃度設(shè)置依次為0、0.01、1和2.5(正常供NO3-)mM，觀察水稻根系變化。結(jié)果表明，與供應(yīng)300μMP處理（

4、正常供P）相比，隨著供P濃度的降低，水稻種子根和不定根長度顯著增加，供應(yīng)10μMP處理的水稻的種子根長度較正常供P條件下增加91.9％，差異達(dá)極顯著水平，不定根長度變化趨勢與種子根一致，10μM P處理的水稻的不定根長度增加53.5％，差異達(dá)顯著水平;種子根和不定根上的側(cè)根密度隨之降低，與正常供P處理相比，10μM P處理的水稻種子根側(cè)根密度降低49.8％，差異達(dá)極顯著水平;不定根上的側(cè)根密度降低27.4％，差異達(dá)顯著水平。梯度濃度NO

5、3-處理的研究結(jié)果表明，水稻根系表型與梯度濃度P處理相似，即隨供NO3-濃度降低，水稻種子根和不定根長度增加，側(cè)根密度降低。
　　 2.為了研究低P、低N條件下水稻根系發(fā)生的變化是否是由于低P、N促進(jìn)了獨(dú)角金內(nèi)酯的產(chǎn)生，在正常供應(yīng)P、N條件下外源施加GR24(一種具有生物活性的人工合成的獨(dú)角金內(nèi)酯)觀察野生型水稻和獨(dú)角金內(nèi)酯合成突變體(d10和d27)根系形態(tài)變化。結(jié)果表明，與正常供P和供N相比，低P、低N條件下WT、d10、d

6、27根系長度增加，側(cè)根密度均降低，而正常供P、供N基礎(chǔ)上施加GR24后，WT和D突變體根系也出現(xiàn)了長度增加，側(cè)根密度降低的現(xiàn)象，表型趨近于低P、低N處理。這說明獨(dú)角金內(nèi)酯參與了N、P脅迫調(diào)控水稻根系的形態(tài)的建成。
　　 3.水稻根系形態(tài)建成與生長素的合成和極性運(yùn)輸關(guān)系密切，為了探究N、P營養(yǎng)調(diào)控水稻根系變化時(shí)獨(dú)角金內(nèi)酯與生長素之間的關(guān)系，測定了高低濃度N、P培養(yǎng)下的野生型水稻和d10、d27突變體的生長素濃度。結(jié)果表明，低P條件

7、下，野生型水稻的根、冠根點(diǎn)和倒一葉的生長素濃度均顯著高于正常供P處理，這說明低P處理顯著促進(jìn)了生長素的合成和極性運(yùn)輸。與正常供NO3-處理相比，低NO3-條件下野生型水稻倒一葉中生長素濃度顯著高于正常供N處理;而根和冠根點(diǎn)的生長素濃度均顯著低于正常供NO3-處理，這說明低NO3-脅迫促進(jìn)了生長素的合成，但抑制了生長素由地上部向根系的運(yùn)輸，這說明水稻體內(nèi)生長素的合成與運(yùn)輸對于低NO3-和低P脅迫的響應(yīng)是不一樣的。在高低濃度N、P營養(yǎng)中，獨(dú)

8、角金內(nèi)酯合成突變體d10、d27根、冠根點(diǎn)、倒一葉中的生長素濃度均高于野生型。這說明在D突變體中獨(dú)角金內(nèi)酯合成受阻，促進(jìn)了生長素的合成和運(yùn)輸，因而改變了植物地上部以及根系的表型。
　　 4、為了進(jìn)一步探究N、P營養(yǎng)調(diào)控水稻根系形態(tài)改變時(shí)生長素與獨(dú)角金內(nèi)酯的相互作用機(jī)制，測定了生長素外流蛋白OsPIN家族基因以及AUX1的表達(dá)。結(jié)果表明:與正常供P處理相比，低P處理下野生型OsPIN5a基因表達(dá)上調(diào);d27和d10突變體的OsPI

9、N1C表達(dá)上調(diào)。在兩個(gè)氮處理下野生型水稻和兩個(gè)突變體的OsPIN2和AUX1均隨著供氮水平的降低表達(dá)下降;與野生型水稻相比，突變體的OsPIN9和AUX1兩個(gè)基因的表達(dá)差異比較明顯，尤其在低氮條件下均表現(xiàn)出野生型OsPIN9和AUX1的表達(dá)弱于兩個(gè)突變體材料。綜上所述，與正常供應(yīng)養(yǎng)分處理相比，野生型水稻的根系在低P處理生長素濃度增加的原因可能是由于OsPIN5a基因表達(dá)上調(diào)引起的;而野生型水稻的根系在低N處理的生長素濃度降低可能是由于O