外源γ-氨基丁酸对孕穗期干旱胁迫下寒地粳稻氮代谢及产量的调控效应

发布时间：2020-07-26 21:06

【摘要】：干旱是限制水稻生长和产量形成的主要非生物胁迫之一,减轻干旱胁迫对水稻造成的影响不可忽视。γ-氨基丁酸(GABA)是一种四碳非蛋白质氨基酸,并广泛存在于植物中,在植物的逆境胁迫响应中起着重要作用,适量的喷施外源GABA能够提高水稻的抗逆性,有利于水稻的稳产。本试验以寒地粳稻东农425和松粳6为试验材料,采用不同浓度的GABA叶面喷施方法,研究外源GABA对孕穗期干旱胁迫下寒地粳稻氮代谢及产量形成的调控效应,旨在明确干旱胁迫下外源GABA的最适施浓度,为干旱胁迫下寒地粳稻化控栽培技术提供理论依据和技术支持。主要试验结论如下:1.松粳6与东农425功能叶片硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、谷草转氨酶(GOT)、谷丙转氨酶(GPT)活性变化呈单峰曲线,谷氨酸脱氢酶(GDH)活性呈高-低-高-低的变化趋势。孕穗期干旱胁迫下,功能叶片NR、GS、GOGAT、GOT、GPT活性显著降低,GDH活性显著升高,两品种存在差异。在一定范围内,随着GABA浓度的增加,GDH活性降低,其余氮代谢关键酶活性升高,松粳6与东农425分别在1mmol/L和0.5mmol/L的GABA处理下氮代谢关键酶活性均与对照差异不显著。2.松粳6与东农425籽粒GS、GOGAT活性呈逐渐下降趋势,GDH、GOT、GPT活性呈单峰曲线变化趋势。孕穗期干旱胁迫下,籽粒GOT、GPT活性显著降低,籽粒GS、GOGAT、GDH活性显著升高,两品种存在差异。在一定范围内,随着GABA浓度的增加,GDH活性降低,其余氮代谢关键酶活性升高,松粳6与东农425分别在1mmol/L和0.5mmol/L的GABA处理下GS、GOGAT活性显著高于对照,其余氮代谢酶活性与对照差异不显著。3.松粳6与东农425功能叶片可溶性蛋白含量均呈单峰曲线变化趋势。孕穗期干旱胁迫下,功能叶片可溶性蛋白含量显著增加,松粳6的增幅小于东农425。在一定范围内,随着GABA浓度的增加,可溶性蛋白含量降低,松粳6与东农425分别在1mmol/L和0.5mmol/L的GABA处理下可溶性蛋白含量最低,与对照相比差异不显著。4.孕穗期干旱胁迫下,松粳6与东农425各器官氮素积累量以及茎鞘、叶片氮素转运量、转运率、贡献率显著下降,松粳6降幅大于东农425。在一定范围内,随着GABA浓度的增加,各器官氮素积累量以及茎鞘、叶片氮素转运量、转运率、贡献率升高,松粳6和东农425分别在1mmol/L与0.5mmol/L的GABA各器官氮素积累量以及茎鞘、叶片氮素转运量、转运率、贡献率最高,与对照相比差异不显著。5.松粳6与东农425功能叶片内源GABA含量和谷氨酸脱羧酶(GAD)活性均呈单峰曲线,而籽粒内源GABA和GAD活性呈不断下降趋势。与对照相比,孕穗期干旱胁迫下,功能叶片和籽粒内源GABA含量、GAD活性升高,松粳6增幅小于东农425。在一定范围内,随着GABA浓度的增加,内源GABA含量与GAD活性升高,松粳6和东农425分别在1mmol/L与0.5mmol/L的GABA内源GABA含量与GAD活性最高,并显著高于对照。6.孕穗期干旱胁迫显著降低寒地粳稻干物质积累量、转运量、转运率和产量,但显著提高了茎叶干物质贡献率,产量下降主要是由于每穗粒数和结实率下降导致,松粳6的产量降幅大于东农425。喷施外源GABA提高干物质积累量、转运量、转运率和产量,降低干物质贡献率,松粳6和东农425分别在1mmol/L与0.5mmol/L的GABA处理下产量最高,与对照差异显著,分别达到对照的76.32%和83.45%。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511.22;S423
【图文】：

代谢途径,吡咯啉

东北农业大学农学硕士学位论文半醛脱氢酶（SSADH）[64-65]。GAD 存在于细胞质中，其以 5-磷酸吡哆醛为辅酶，GAD 能不可逆的催化 L-谷氨酸生成 GABA，作物在遇到逆境时，GAD 经过 Ca2+信号传导刺激被化[66-67]，进而提高作物内的 GABA 含量。在 SSADH 的氧化作用和 GABA-T 的催化作用下GABA 分别转化形成琥铂酸和 α-酮戊二酸，二者可以进入三羧酸循环，这些反应一起构GABA 之路，如图 1 所示。第二个途径是由多胺（腐胺、精胺和亚精胺）分解产生 GABA腐胺在二胺氧化酶（DAO）的作用下生成 4-氨基丁醛，精胺和亚精胺在 DAO 和多胺氧化（PAO）的作用下生成 4-（3-氨丙基）-氨基丁醛，然后在脱水生成 1-吡咯啉和 1-（3-丙氨基吡咯啉，再由吡咯啉脱氢酶催化作用生成 GABA 的途径，如图 1 所示。从以上可以看出，加 GABA 含量可能有两条途径，一是提高 GAD 活性，促进 GABA 的合成；而是降低 GABA和 SSADH 活性，抑制 GABA 的分解。但影响 GABA 代谢的主要是 GAD 活性，因为 GA是一系列酶促反应的首个关键酶，对调控 GABA 代谢起着决定性作用。相关研究表明，干旱胁迫能提高棉花幼苗和烟草叶片中 GABA 的含量和 GAD 活性，时也说明谷氨酸转化生成 GABA 是干旱胁迫下 GABA 合成的主要代谢途径[68，28]，在水稻面，前人研究表明在冷水灌溉下水稻功能叶片内 GAD 活性与 GABA 含量显著提高[69]，但于干旱胁迫对水稻 GAD 活性与 GABA 含量影响的研究鲜有报道。

【参考文献】