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世界上超过一半的人口以水稻为主食。水稻在种子萌发和幼苗早期生长过程中对包括重金属、盐害、低温和干旱在内的多种非生物胁迫敏感。非生物胁迫是影响作物生长和产量的主要因素。因此,本论文从生理、分子和代谢水平上研究非生物胁迫下,种子引发和等离子处理对2个水稻品种(钱优1号(QY)和株两优06(ZY))种子萌发及种子活力的影响。研究结果有助于更好地了解非生物胁迫下种子萌发和幼苗生长的调控机理。并且通过分析逆境相关的生理和分子指标,发掘提高水稻抗逆性和种子活力的有效方法。研究取得的主要结果如下:1.聚乙二醇引发调控纳米氧化锌胁迫下水稻生理、分子及代谢机制纳米氧化锌胁迫下,30%PEG引发显著提高了 2个水稻品种幼苗的生长指标,且QY较ZY提高更明显。引发提高了 2个品种的α-淀粉酶活性和可溶性糖含量,显著提高光合色素含量,而超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性及丙二醛(MDA)含量均显著下降。基因表达量分析结果表明,纳米氧化锌胁迫下,与未引发种子相比,PEG引发的种子中APXa、APXb、CATa、CATb、CATc、SOD1、SOD2和SOD3等基因的表达量均下调。胁迫条件下,苗和根中GR1、GR2、Amy2A和Amy3A基因表达量提高,且处于较高转录水平。超微结构分析表明,纳米氧化锌胁迫下,2个水稻品种幼苗叶肉和根部细胞受到显著破坏,并且株两优06表现更明显。然而,PEG引发显著缓解了纳米氧化锌的胁迫影响,改善了水稻叶肉与根的细胞结构。此外,不同浓度的纳米氧化锌胁迫下,2个水稻品种的种子经过引发处理后,谷胱甘肽还原酶(GR)活性、活性氧(ROS)积累和脯氨酸含量下降。傅里叶变换红外光谱学(FTIR)分析表明,引发处理对纳米氧化锌胁迫下2个水稻品种的官能团结构均无显著影响。2.腐殖酸引发调控纳米氧化锌诱导下的水稻幼苗生理及分子变化纳米氧化锌胁迫下,与对照相比,腐殖酸(HA)引发显著促进了水稻种子萌发和幼苗表现,总可溶蛋白、可溶性糖和淀粉含量均有显著提高,种子萌发过程中的脱落酸(ABA)含量也显著高于对照。同时,纳米氧化锌胁迫下赤霉素(GA)含量下降。引发处理降低了 ABA分解代谢关键基因OsABA8ox2和OsNCED1的表达水平。与此相反,引发处理诱导了胁迫条件下GA合成相关基因OsGA20ox2和OsGA3ox1的上调表达。胁迫条件下,引发处理降低了抗氧化酶活性、活性氧和丙二醛含量。与对照相比,纳米氧化锌胁迫下的根部依文思蓝、氮蓝四唑(NBT)和3,3-二氨基联苯胺(DAB)均有较高吸收值,表明根部细胞生活力下降,并伴有剧烈的氧化活动。超微形态分析表明,HA引发显著改善了纳米氧化锌胁迫下根尖和叶肉组织的细胞超微结构。3.冷等离子体处理和外源水杨酸引发提高水稻幼苗的耐盐性在盐胁迫(150 mM NaCl)下,水杨酸(SA)引发和冷等离子体单独或组合处理均能促进种子萌发和幼苗生长。与未处理种子相比,冷等离子体处理和SA引发均提高了盐胁迫下幼苗的光合色素含量、光合气体交换和叶绿素荧光。冷等离子体处理和SA引发组合处理显著提高两个水稻品种盐胁迫下的抗氧化酶活性。盐胁迫下,冷等离子体和SA引发单独或组合处理均能上调次生代谢相关酶活性。盐胁迫下,ROS积累和MDA含量增加,而用SA和冷等离子体处理(单独或组合)降低了 ROS和MDA含量。结果表明,盐胁迫下,SA引发和冷等离子体处理(单独或组合)均能提高植物对营养物质的吸收。ZY的超微结构变化比QY明显,而SA引发和冷等离子体处理(单独或组合)均有助于恢复盐胁迫下的细胞膨压。4.亚精胺和5-氨基乙酰丙酸引发提高冷胁迫下水稻幼苗的多胺代谢多胺(PAs)已被证明与植物应答非生物胁迫(包括冷胁迫)有关。冷胁迫下,2个水稻品种的发芽率、幼苗生长和活力指数均下降;与未引发种子相比,亚精胺(Spd)和5-氨基乙酰丙酸(ALA)引发均能提高上述生理指标,且提高了总酚、黄酮和甜菜碱含量。与正常生长条件相比,冷胁迫显著降低了水稻α-淀粉酶活性、可溶性糖和可溶性蛋白含量。然而,Spd和ALA引发均能显著提高上述指标的含量,且QY提高更为明显。此外,冷胁迫显著提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性,在Spd和ALA引发的种子中相关酶活性进一步提高。冷胁迫下,Spd和腐胺(Put)含量下降,而精胺(Spm)含量则上升。引发处理提高了多胺生物合成相关酶的水平,包括精氨酸脱羧酶(ADC)、鸟氨酸脱羧酶(ODC)和S-腺苷蛋氨酸脱羧酶(SAMDC),编码这些酶的基因相对表达量也相应得到提高。此外,与未引发种子相比,引发处理改善了叶片细胞和胚细胞的超微结构。5.茉莉酸甲酯引发通过调控水稻种子代谢途径缓解聚乙二醇诱导的干旱胁迫与未引发处理相比,2.5 mM茉莉酸甲酯(MeJA)引发提高了水稻种子发芽率和种子活力;在正常和干旱条件下,5 mM MeJA引发均会降低发芽率和种子活力。幼苗生长指标(根长、苗高、苗鲜重、苗干重)在干旱条件下降低,而与5 mM MeJA引发和未引发处理相比,2.5 mM MeJA引发促进了幼苗的生长。干旱条件下,光合作用指标如净光合作用(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)均下降,而2.5 mM MeJA引发提高了这些光合作用指标。同时,2.5 mM MeJA引发也提高了叶绿素含量和PSII的光化学效率(Fv/Fm)。干旱条件下,2.5mM MeJA引发提高了水势、水分利用率(WUE)和相对含水量(RWC),降低了电导率。气相色谱分析表明,干旱胁迫下2个水稻品种根、苗的综合代谢物浓度发生变化,与对照相比,脯氨酸含量显著提高。本研究进一步增进了对水稻抗旱机制的认识,为水稻在高度缺水地区的广泛种植提供了理论依据。