锌铁螯合物引发对杂交水稻种子活力和低温、淹水及其复合逆境抗性调控的研究

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杂交水稻是我国重要的粮食作物,在粮食生产中起到重要作用。提高杂交水稻陈种子利用价值和直播过程对低温、淹水及其复合逆境的抗性,对杂交水稻生产具有重要意义。提高杂交水稻种子活力,可以提高田间成苗率、田间逆境的抵抗能力,继而提高杂交水稻产量。通过种子处理可以提高种子活力,种子引发是种子处理中一种发展较快的方法。本文以杂交水稻Y两优689陈种子(YLY689)和领优华占(LYHZ)种子为材料,开展锌铁螯合物引发对杂交水稻陈种子和低温、淹水及其复合逆境下种子活力、生理生化和蛋白质组学影响的研究,主要研究结果如下:研究了锌铁螯合物引发对杂交水稻陈种子萌发的影响和机理。锌铁螯合物引发显著提高了Y两优689陈种子活力和生活力。与未引发对照比,发芽率从77.9%提高至87.4%,发芽指数从11.48提高至16.99。锌铁螯合物引发促进了ɑ-淀粉酶、过氧化物酶(P OD)、过氧化氢酶(CAT)、赤霉素(GA)和脱落酸(ABA)合代谢相关基因的表达,显著提高了ɑ-淀粉酶、POD、CAT、APX活性和蔗糖、葡萄糖、GA含量及GA/ABA比率,显著降低ABA和丙二醛(MDA)含量。蛋白质组学分析表明,锌铁螯合物引发调控种子萌发的差异蛋白主要与核糖体构成、RNA转运、蛋白质加工、蛋白质泛素化水解、吞噬体、过氧化酶体和氨基酸、核苷酸、脂类、蔗糖和淀粉新陈代谢、线粒体电子传递、糖酵解、TCA循环相关。锌铁螯合物引发促进核糖体蛋白、水通道蛋白、丝氨酸羧肽酶、ɑ,β-淀粉酶、蔗糖合酶、β-1,3-葡聚糖酶、苯丙氨酸解氨酶、精氨酸脱羧酶、脂氧合酶、异柠檬酸裂解酶、POD、CAT等蛋白的上调及其编码基因的表达。表明,锌铁螯合物引发可以提高杂交水稻陈种子的活力和生活力。研究了锌铁螯合物引发对低温逆境下(5℃)杂交水稻种子萌发的影响和机理。锌铁螯合物引发显著提高了领优华占种子低温逆境后恢复生长的种子活力和生活力。与未引发对照比,发芽率从82.7%提高至96.0%,发芽指数从18.41提高至31.73。锌铁螯合物引发促进了ɑ-淀粉酶、POD、APX、超氧化物歧化酶(SOD)、GA和生长素(IAA)代谢和低温逆境响应基因的表达,显著提高了ɑ-淀粉酶、POD、APX和SOD活性和可溶性糖、GA、IAA含量及GA/ABA比率,显著降低过氧化氢(H2O2)含量。蛋白组分析发现锌铁螯合物引发调控种子萌发过程中对低温抗性的差异蛋白主要与核糖体构成、蛋白质加工和氨基酸、蔗糖和淀粉新陈代谢、木质素合成、线粒体电子传递、发酵作用、TCA循环、抗坏血酸和谷胱甘肽氧化还原反应相关。锌铁螯合物引发促进RNA、NAD、ATP结合蛋白、核糖体蛋白、G-box因子、乙醇脱氢酶、丝氨酸羧肽酶、己糖激酶、几丁质酶、丙酮酸脱氨酶、果糖激酶、POD、APX和ɑ-淀粉酶等蛋白的上调及其编码基因的表达。表明,锌铁螯合物引发可以提高杂交水稻种子对低温逆境的抗性,以及复合逆境后恢复生长的能力。研究了锌铁螯合物引发对淹水逆境下杂交水稻种子萌发的影响和机理。锌铁螯合物引发显著提高了淹水逆境后恢复生长种子的活力和生活力。与未引发对照比,发芽率从67.0%提高至93.3%,发芽指数从17.63提高至27.88。锌铁螯合物引发促进了ɑ-淀粉酶、β-淀粉酶、POD、GA和ABA代谢和淹水逆境响应基因的表达,显著提高了ɑ-淀粉酶、β-淀粉酶、POD活性和可溶性糖、GA含量及GA/ABA比率,显著降低ABA、超氧阴离子(O2-)和MDA含量。蛋白组分析发现锌铁螯合物引发调控种子萌发过程中对淹水抗性的差异蛋白主要与核糖体构成和氨基酸、核苷酸、脂类、蔗糖和淀粉新陈代谢、线粒体电子传递、糖酵解、TCA循环相关。锌铁螯合物引发促进RNA、ATP结合蛋白和NAD H脱氢酶、几丁质酶、丝氨酸羧肽酶、天冬氨酸肽链内切酶、脂肪氧化酶、β-葡糖苷酶、丙酮酸激酶、ɑ-淀粉酶、β-淀粉和POD等蛋白的上调及其编码基因的表达。表明,锌铁螯合物引发能提高杂交水稻种子对淹水逆境的抗性,以及淹水逆境后恢复生长的能力。研究了锌铁螯合物引发对低温-淹水复合逆境下杂交水稻种子萌发的影响和机理。锌铁螯合物引发显著提高了复合逆境后恢复生长种子活力和生活力,相对未引发,发芽率从81.0%提高至93.2%,发芽指数从19.79提高至28.43。锌铁螯合物引发促进了ɑ-淀粉酶、POD、CAT、APX、超氧化物歧化酶(SOD)、GA、ABA代谢和低温、淹水逆境响应基因的表达,显著提高了ɑ-淀粉酶、POD、CAT、APX、SOD活性和可溶性糖、G A含量及GA/ABA比率,显著降低MDA和ABA含量。蛋白组分析发现锌铁螯合物引发调控种子萌发过程中对低温-淹水复合逆境抗性的差异蛋白主要与核糖体构成、蛋白质加工和脂类、酚类、氨基酸、蔗糖和淀粉新陈代谢、木质素合成、线粒体电子传递和抗坏血酸和谷胱甘肽氧化还原反应相关。锌铁螯合物引发促进金属阳离子结合、钙离子结合蛋白、细胞色素c和S-腺苷甲硫氨酸合酶、泛素化酶、苯丙氨酸脱羧酶、β-葡萄糖苷酶、果糖激酶、几丁质酶、丝氨酸羧肽酶、细胞色素氧化酶、ɑ-淀粉酶、β-淀粉酶、P OD和APX等蛋白的上调和编码基因表达。表明,锌铁螯合物引发能提高杂交水稻种子对复合逆境的抗性,以及复合逆境后恢复生长的能力。总之,锌铁螯合物引发后,随着杂交水稻种子抗氧化酶活性的提高,脂质过氧化作用的减弱,淀粉、GA代谢水平的增强,最终提高了杂交水稻陈种子和低温、淹水及其复合逆境下种子的活力和生活力,提高了杂交水稻种子对低温、淹水及其复合逆境抗性。
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