糜子耐中性混合盐鉴定与耐盐机制研究

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土壤盐渍化是可持续农业发展和生态平衡的巨大威胁。从经济效益和土壤改良效果出发,耐盐植物的栽培是不二之选。然而,大多数植物对盐分敏感,无法在高盐浓度下完成生命周期。糜子(Panicum miliaceum L.)作为世界干旱和半干旱地区广泛种植的传统作物,生长周期短、节水效率高,对不良环境特别是盐碱地的适应性强,是盐碱地开发利用的优势作物。迄今,关于糜子耐盐性主要集中于单盐方面,中性混合盐(Na Cl和Na2SO4,NMS)研究甚少。因此,采用NMS研究糜子的耐盐性对揭示其耐盐机制和实现农业可持续发展具有重要的意义。本研究包括以下内容:(一)采用培养皿发芽和水培的方法对6份耐盐性差异大的糜子资源进行芽苗期耐NMS的鉴定;(二)对苗期耐盐品种(LS9)和敏盐品种(JS7)在160 mmol·L-1 NMS条件下分别胁迫0、3 h、6 h、12 h、24 h和7 d进行表型、生理指标和全长转录组测序分析。研究结果如下:(1)糜子芽苗期耐NMS的鉴定160 mmol·L-1的NMS浓度为糜子芽苗期耐盐性鉴定的最适浓度。6份资源耐盐性顺序芽期为晋黍7号>东乡朵麻糜>宁糜13号>齐黍1号>龙黍9号>龙黍19号;苗期为龙黍9号>龙黍19号>齐黍1号>宁糜13号>晋黍7号>东乡朵麻糜;糜子种质芽苗期的耐NMS强弱无显著相关性。构建糜子芽苗期耐NMS种质资源的综合评价体系,芽鲜重(SFW)、芽长(BL)、发芽指数(GI)、发芽势(GP)和根鲜重(RFW)为芽期耐NMS鉴定指标;株高(PH)、地上部干重(ADW)和地上部鲜重(AFW)为苗期耐NMS鉴定指标。(2)糜子苗期对NMS的生理响应160 mmol·L-1 NMS胁迫0 h、3 h、6 h、12 h、24 h和7 d,耐盐品种(LS9)株高与对照相比呈逐渐增加的趋势,敏盐品种(JS7)呈逐渐降低的趋势。LS9地上部鲜重呈先降低后增加最后降低的趋势,JS7呈先增加后降低的趋势,表明短期胁迫后对幼苗生长有促进作用。LS9的SOD活性较对照呈先降低后升高的趋势,JS7呈逐渐升高的趋势;LS9中POD活性呈先降低后升高随后又降低的趋势,JS7呈先增加后降低的趋势;两品种的CAT活性和SP含量均呈逐渐增高的趋势。表明细胞中抗氧化酶和渗透物质协同清除体内多余的ROS。LS9中MDA含量呈先增加后降低最后增加的趋势,JS7呈先降低后升高的趋势,且JS7中的相对增长率远大于LS9,细胞膜受到的伤害越严重。(3)NMS胁迫后叶片的全长转录组分析进一步对不同胁迫时长下LS9和JS7的叶片进行全长转录组测序分析,结果显示共获得17712个SSR标记,6706个新基因位点,51898个新的转录本,1449个lnc RNA。LS9和JS7分别产生4270和3933个差异表达基因(DEG)。JS7胁迫处理3 h、6 h、12h、24 h和7 d分别产生1328、666、1765、1646和1314个DEG,上调表达DEG分别为895、356、1114、1058和929个,下调DEG分别为433、310、651、588和385个,共同表达DEG为123个。而LS9产生更多的DEG,分别为710、848、2892、2159和1660个,上调DEG分别有466、450、1786、1363和1042个,下调DEG分别为244、398、1106、796和618个,共同表达DEG为207个。GO富集、KEGG富集和STEM分析发现,耐盐和敏盐品种在不同时间点的表达趋势和富集条目显著不同,表明两个品种对盐胁迫有不同的响应机制。分别对LS9和JS7的DEG富集表明,NMS胁迫后的耐盐品种相比于敏盐品种通过植物激素信号转导、植物MAPK信号传导途径、淀粉和蔗糖的代谢和光合作用对盐胁迫响应有更好的调节,为全面揭示糜子耐盐机制奠定基础。
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