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铁毒广泛分布在热带和亚热带地区,严重影响了水稻的产量。本实验从18个品种中筛选出相对耐亚铁的水稻品种协优9308和敏感品种IR64,研究水稻根边缘细胞(简称BC)的生物学特性及对铁毒的响应,探索边缘细胞缓减铁毒害的作用和机理。
1.水稻边缘细胞形状大多呈椭圆形或长杆状。协优9308、IR64两个水稻品种的边缘细胞数目分别在根长为20 mm、35 mm时达到最大值1795个、1772个。边缘细胞的存活率在66%-90%之间,两个品种边缘细胞活性随着根长的伸长而升高,在根长20 mm时活性最高,随着根的进一步伸长,活性下降。根冠PME活性随根长的伸长而降低,两者均在根长为3 mm时达到最大值(协优9308为0.166H+/root cap·h,IR64为0.164H+/root cap·h)。BC数目、存活率、根冠PME活性、黏胶层厚度变化在不同根长、不同品种中存在差异。
2.两个铁毒耐性不同的水稻品种的边缘细胞对铁毒的响应有较大差异。两个品种水稻边缘细胞数目随着铁毒处理浓度的上升呈现先上升后下降的趋势,铁毒耐性品种协优9308的边缘细胞数目在Fe2+浓度为100 mg/L时达到最大值,而敏感品种IR64在Fe2+浓度超过50 mg/L后就转为抑制。两个品种水稻的边缘细胞存活率均随着Fe2+浓度的增加呈现下降的趋势,协优9308的边缘细胞存活率在Fe2+处理浓度达到200 mg/L时下降较大,IR64在Fe2+处理浓度从50 mg/L上升到100 mg/L时边缘细胞存活率下降幅度高达33.90%;随着处理时间的增加,两个品种水稻的边缘细胞存活率总的来说呈现下降趋势;离体铁毒处理对边缘细胞存活率的影响较活体处理大。根冠PME活性随着Fe2+溶液浓度的增加先升高后下降,协优9308在处理浓度为200 mg/L时达到最大值,而IR64在处理浓度为100 mg/L时达到最大。亚铁胁迫能刺激边缘细胞黏液的分泌,随着处理浓度的增加黏胶层厚度变大。亚铁胁迫严重破坏了边缘细胞的内部结构和根尖细胞结构。
3.PI和Hoechst33342双重染色结果显示敏感品种IR64的边缘细胞在Fe2+处理浓度为50 mg/L时出现了程序性死亡;协优9308在Fe2+处理浓度为100 mg/L下,观察到较多程序性死亡的细胞。协优9308在100 mg/L的Fe2+处理下出现了梯状条带,即DNA梯(DNA ladder)。协优9308边缘细胞胞外POD活性随着处理浓度的增加呈现先上升后下降的趋势,当处理浓度达到200 mg/L时活性最大;而IR64边缘细胞胞外POD活性则在浓度为50 mg/L时达到最大值。协优9308边缘细胞胞外NADH活性随着处理浓度的上升而升高,但IR64边缘细胞胞外NADH活性随着处理浓度的上升呈现先上升后下降的趋势,在处理浓度为100 mg/L时达到最大。
4.采用静置培养(保持边缘细胞附于根尖)和摇床培养(移除根尖边缘细胞),研究水稻边缘细胞的铁毒防御功能。铁毒处理抑制根的伸长、降低幼根的含水量,移除边缘细胞的根相对伸长率以及含水量均低于保留边缘细胞的根。在200 mg/L铁毒处理下,根尖保护酶活性受到抑制(除静置培养下协优9308的POD活性),摇床培养对酶活性的抑制程度较大。铁毒处理后的根段铁含量远远大于对照组,静置培养下五个根段(0-2 mm、2-4 mm、4-6 mm、6-8 mm、8-10 mm)的铁含量依次上升;摇床处理下0-2 mm、2-4 mm、4-6 mm、6-8 mm四个根段之间的铁含量较接近,不存在显著性差异。说明边缘细胞在水稻铁毒防御中起着一定的作用。