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盐胁迫对水稻氮代谢的影响及一氧化氮的调控作用

【摘要】:盐胁迫严重抑制了水稻的生长发育,一氧化氮(NO)参与调控植物体内多种生理代谢过程,在逆境条件下调节作用更显著。一些促进氮代谢增强的物质及能耗较少的代谢过程,可能在提升水稻耐盐性、增强养分吸收与利用中起重要作用。目前关于盐胁迫下NO调节氮代谢的研究多报道于其他植物,在水稻研究中主要关注NO提升植株抗氧化酶活性,关于NO调节水稻氮代谢的具体途径及介入机制尚未见报道。本研究采用水培试验与土培试验相结合的方法。水培试验采用前期筛选出的耐盐品种津原85和盐敏感品种辽粳763。水培试验处理分别为:对照、硝普钠处理(SNP,为NO供体)、盐处理、盐+硝普钠处理。研究NO对水稻抗逆调节物质、氮代谢酶活性及氮代谢相关基因表达量的影响,明确NO对水稻生理生化的调节作用,阐明外源NO提高水稻耐盐性能并调节氮代谢的机理。土培试验重点研究NO对盐胁迫下水稻产量潜力的调控。研究结果表明:1、根据水稻幼苗对不同盐胁迫浓度的响应特征,初步筛选出较耐盐和盐较敏感的品种。进一步明确初选水稻品种幼苗生长特点、体内钠钾积累量、渗透调节物质等随盐胁迫强度增加的变化特征,结合水稻各品种生长周期和品种特点,筛选出耐盐性能差异大的两个水稻品种,分别是津原85与辽粳763。根据耐盐品种津原85、盐敏感品种辽粳763对SNP的响应特点,确定津原85和辽粳763的适宜SNP调控浓度分别为10μmol·L~(-1)和25μmol·L~(-1)。2、外源一氧化氮对提高水稻耐盐性有正向调控作用,并减少Na~+进入水稻叶片。与单纯盐处理相比,盐胁迫下施用SNP后津原85与辽粳763的过氧化物酶活性均显著增加,并调控叶片脯氨酸含量增加。盐胁迫处理一天后,水稻体内产生的内源NO增加,说明NO对盐胁迫有响应,推测NO可能在盐胁迫早期就参与调控水稻植株反应。3、NO主要调控盐胁迫下水稻叶片氮含量增加,大幅度提高水稻叶片谷氨酸脱氢酶活性,并促进蔗糖积累。NO调控基因表达水平因水稻品种耐盐性不同存在差异。对于辽粳763,盐胁迫下NO主要通过调控氮代谢相关基因表达量升高,增强氮代谢;而津原85盐胁迫下氮代谢相关基因表达均显著上调,盐胁迫下外源NO显著降低了因盐诱导的基因表达升高,促进更多能量转移到逆境防御。4、土培试验结果显示NO缓解盐胁迫对水稻生长的抑制作用,促进干物质积累。盐胁迫下,NO调控水稻结实率升高,进而减少盐胁迫下的产量损失。盐胁迫下不同水稻品种对NO调控的反应机制不同,可能与供试水稻品种特性有关。盐胁迫条件下,水稻体内用来维持正常生理代谢过程的能量和物质,一部分用来提供水稻抵抗盐逆境的能量,一部分用来维持基本生长和代谢活动。蔗糖、脯氨酸等物质可为水稻氮代谢提供还原力,同时也可以作为渗透调节物质。因此,NO可能作为信号调节水稻耐盐性和氮代谢之间的平衡,使水稻植株更好的适应盐胁迫。

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