调环酸钙缓解水稻苗期盐胁迫的效应和机制

来源 :黑龙江八一农垦大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:evaclamp
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在全球气候变暖的背景下,海平面逐年上升,盐胁迫已成为严重威胁植物生长与发育的重要非生物胁迫。调环酸钙(Prohexadione-calcium,Pro-Ca)作为延缓型植物生长调节剂,当植物遭受外界刺激时可以提高植物的抗逆能力。水稻作为中国的主要粮食作物,了解其抗逆机制,并探索相应的缓解措施对于推动水稻产业的发展具有重要意义。为此,本试验就Pro-Ca对盐胁迫下水稻的调控开展相关研究。以基因型不同的IR29及长毛谷(HD96-1)水稻为试验材料,在日光连栋温室内进行盆栽试验,于水稻一叶一心期叶面喷施Pro-Ca(浓度为100mg·L-1)并进行盐胁迫处理。综合运用形态学、生理学、转录组学等技术手段探究Pro-Ca缓解水稻苗期盐胁迫的效应与机制。主要研究结果如下:1.盐胁迫阻碍了水稻幼苗的生长,主要表现为水稻地上部生长、根系生长及干物质积累受到抑制,并使水稻秧苗充实度及壮苗指数下降。叶面喷施Pro-Ca进一步降低了水稻的株高,其中对HD96-1水稻株高的降低效果最为显著。盐胁迫下,Pro-Ca对IR29及HD96-1水稻干物质积累量均产生了促进作用,提高了茎基宽、叶面积、根长、根表面积及总根体积,增加了秧苗充实度及壮苗指数。并最终使IR29水稻两个时期的耐盐指数分别提高20.51%和15.17%,使HD96-1水稻两个时期的耐盐指数分别提高30.26%和20.95%。2.转录组数据分析结果显示,在CK vs S比较组中检测到331个上调表达差异基因和224个下调表达差异基因;在CK vs S+Pro-Ca比较组中检测到197个上调表达差异基因和304个下调表达差异基因。其中仅在盐胁迫下响应的差异表达基因中有75个显著下调基因,仅在Pro-Ca调控下响应的差异表达基因中有97个显著上调基因。对这些基因进行KEGG通路分析及GO分析发现,盐胁迫下水稻下调了光合作用、钾离子转运、钠钾质子逆向转运体活性、MAPK信号转导通路及ERF、NAC、MYB及WRKY等耐盐转录因子家族相关基因。而在外源Pro-Ca后,这些基因不再被盐胁迫诱导而显著下调,相反使叶绿体、光反应修复、光系统I中的光合电子传递及ERF、WRKY、b HLH等耐盐转录因子家族相关基因上调。3.盐胁迫阻碍水稻光合作用正常进行。叶面喷施Pro-Ca后,有效缓解了盐胁迫对IR29及HD96-1水稻叶片光合色素的降解,提高了水稻叶片光合色素(Chla、Chlb及Car)含量及水稻光合气体交换参数(Tr、Ci、Gs),使光系统II的最大光化学效率(Fv/Fm)及潜在活性(Fv/Fo)提高。最终使IR29水稻两个时期的净光合速率(Pn)分别提高40.13%和9.26%,使HD96-1水稻两个时期的Pn分别提高22.23%和17.55%。4.盐胁迫破坏了水稻叶片活性氧(ROS)代谢平衡,使超氧阴离子(O2·-)、H2O2过量积累,加速了膜脂过氧化进程,导致丙二醛(MDA)含量和电解质渗透率(EL)显著增加。同时盐胁迫破坏了水稻抗氧化系统,使酶类抗氧化物质(SOD、POD、CAT及APX)的活性和非酶类抗氧化物质(As A、GSH)的含量下降。叶面喷施Pro-Ca后提高了IR29及HD96-1水稻叶片中抗氧化酶的活性,增加了非酶类抗氧化物质的含量,有效抑制了MDA、H2O2及O2·-的增加。并使IR29水稻两个时期的EL分别下降16.32%和2.53%,使HD96-1水稻两个时期的EL分别下降6.75%和23.31%。5.盐胁迫破坏了水稻地上部及地下部Na+、K+稳态,使水稻叶片可溶性蛋白含量降低。叶面喷施Pro-Ca提高了水稻可溶性蛋白的含量,并使水稻地上及地下部分Na+含量下降,K+含量上升。最终使IR29水稻地上部及地下部钠钾比分别下降87.3%和85.87%,使HD96-1水稻钠钾比分别下降92.6%和76.41%。Pro-Ca有效缓解了盐胁迫对IR29及HD96-1水稻的离子稳态及渗透调节的破坏。综上所述,盐胁迫抑制了水稻幼苗光合速率,打破离子稳态,加剧膜脂过氧化程度,影响水稻幼苗正常的生长发育。外源Pro-Ca通过上调光合作用相关基因,提高了水稻光合色素含量,增强了水稻的光合作用;通过提高抗氧化酶活性及非酶抗氧化剂的含量,减轻了氧化应激和膜脂过氧化;增加了可溶性蛋白含量,提高了水稻渗透调节能力;上调了细胞离子稳态相关基因,降低Na+含量,提高K+含量,维持了细胞离子稳态。最终Pro-Ca增强了IR29及HD96-1水稻抵御盐胁迫的能力,促进盐胁迫下水稻正常的生长与发育。
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