盐胁迫下水稻苗期生理响应及应答机制

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水稻(Oryza sativa)是全球最重要的粮食作物之一,但实际生产过程中不可避免的会受到不同程度的逆境胁迫,导致品种的产量潜力得不到充分的发挥,其中,盐碱是影响水稻稳产的最重要的非生物胁迫因子之一。本试验选用天津地区优质米品种‘津原U99’、‘津川1号’、‘天隆优619’及‘金稻919’作为试验材料,供试品种具备优质食味的特性,在津京冀地区具有一定的代表性,具有实际生产意义。采用水培试验的方法,对供试水稻品种进行0-50 mmol/L Na Cl梯度浓度处理,观察水稻幼苗形态学表现,分析各项生理生化指标变化情况,对比分析转录组中差异表达的基因及其功能,得出以下结论:1.通过测定不同浓度Na Cl溶液处理下,4个供试水稻品种幼苗形态学指标发现:盐胁迫抑制水稻幼苗地上部的正常生长,且高盐浓度(40,50 mmol/L)胁迫时抑制作用更为明显。盐胁迫抑制根系水分与营养物质的积累,水稻幼苗根系鲜重及干重显著减少;盐胁迫处理影响根系形态的正常生长分化,毛细根(直径0-0.5mm)总长度显著提升,根系平均直径显著降低,根尖数显著增多,平均直径最小至0.16mm,根尖数最多可达715个。此外,Na Cl胁迫处理使水稻幼苗根冠比与相对含水量呈现下降趋势。2.盐胁迫下不同品种水稻幼苗叶片中相关生理指标表现不同,与对照相比,“金稻919”幼苗叶片中丙二醛增加量达显著水平;随着盐浓度的增加,与对照相比各供试材料叶片可溶性糖含量、细胞膜透性均有不同程度显著增加;各供试水稻品种幼苗叶片中SOD活性呈先增加后减少的变化趋势,峰值均出现在30mmol/L Na Cl处理组,处理组活性均高于对照组,POD活性逐渐显著提高;随Na Cl溶液浓度的增加,离子浓度的压力差逐渐增大,K+不断流失,Na+不断流入积累,打破离子进出的平衡,抑制营养元素的进入;高盐浓度(40,50 mmol/L)胁迫下,各供试水稻品种幼苗叶片中叶绿素含量有所下降;叶片上气孔长度降低,气孔面积减小,同时叶片失水皱缩,从而导致单位面积内气孔分布更加紧密,密度显著增加;保卫细胞表面皱缩,气孔关闭,从而减少水分散失。3.采用高通量测序技术Illumina对两个供试粳稻幼苗叶片进行转录组测序:经生物信息学分析,与对照相比,盐胁迫处理津原U99幼苗叶片中2932个基因差异表达,津川1号430个基因差异表达,其中,有149个是两个粳稻品种所共有的。对共有的差异表达基因进行GO功能注释,结果表明差异基因分属于信号转导、解毒作用及生长发育过程、转运活性、抗氧化活性、电子载体活动及转录因子活性与蛋白结合等功能组,说明其参与了水稻幼苗叶片的抗性机制;通过聚类分析对比转录组差异基因log2(Fold Change),发现盐胁迫可能与多胺反向转运体、细胞色素p450、PYR/PYL蛋白受体和WRKY转录因子等基因的表达有关。
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