利用硅转运蛋白突变体研究水稻中硅与水杨酸信号协同抗虫的机理

发布时间：2020-07-15 09:08

【摘要】：水稻(Oryza sativa L.)是我国重要的粮食作物之一。褐飞虱(Nilaparvata lugens Stal,BPH)属同翅目飞虱科(Homoptera:Delphacidae)昆虫,是亚洲最主要的水稻害虫,严重危害我国粮食安全。水稻是一种典型的喜硅(Silicon,Si)植物,水稻通过Lsil转运蛋白可以主动吸收硅。硅被水稻吸收进入体内之后对其抗性影响很大,其中在提高水稻抗虫性方面的作用机理主要体现在两个方面,一个是物理防御,另一个是化学防御。水杨酸(Salicylic acid,SA)是植物的一种内源信号物质,SA参与植物很多生理生化反应,在植物对刺吸式口器害虫的抗虫反应中起到关键作用。本文采用硅转运蛋白突变体OsLsi1和相应的大力野生型WT水稻材料,在水培条件下,通过加硅(+Si)和不加硅(-Si)、加水杨酸或不加水杨酸处理,研究硅与水杨酸信号途经在水稻抗虫中的协同效应;并从生理和分子层面,揭示硅提高水稻抗褐飞虱的机制。为农业上施用硅肥提供理论依据,从而减少化肥农药的使用,保障生态安全和粮食安全。主要研究结果如下:1.首先,施硅增加了水稻的株高,对根长影响不明显;加硅促进水稻地上部物质的积累,抑制水稻地下部物质的积累;施硅显著提高水稻茎秆的硅含量。说明施硅可以影响水稻的生长,改变水稻体内物质的分配。施硅明显提高水稻对褐飞虱的抗性,施硅可以降低褐飞虱对宿主的选择性,降低褐飞虱的蜜露量,对褐飞虱的产卵量以及孵化数都有明显抑制,施硅还可以减少水稻植株上褐飞虱的存活数,加硅水稻在褐飞虱为害后也表现出更强的活力。以上结果证明施硅可以提升水稻对褐飞虱的抗性。2.其次,通过生理生化分析发现,施硅增强了水稻植株中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)三种氧化酶活性。一方面说明氧化酶系在刺吸式昆虫诱导的植物防御反应中具有重要作用,另一方也说明硅可以诱导水稻氧化酶系产生较大幅度的变化,帮助植物更快速响应褐飞虱的侵染、识别ROS信号分子、激活相应的防御系统,从而提高抗虫性。施硅还提高了苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性。然而,施硅处理水稻可溶性糖和氨基酸含量并没有发生显著改变,可能施硅未能通过改变水稻营养状况而提升抗虫能力。3.最后,SA处理与BPH虫害均可以提升水稻体内的硅含量,说明硅在水稻抵御害虫胁迫时有重要的作用,并且SA与Si有密切关系。施硅可以诱导虫害下水稻SA的升高,说明硅提高抗虫性与SA途经有关,硅参与水稻抗虫是通过影响SA信号转导途径完成的,并再次证实Si与SA存在关联。紧接着发现无论是加硅还是喷施SA都能降低褐飞虱取食量,既加硅又喷施SA的效果比单独加硅与单独喷施SA处理效果总和更好。更进一步证明Si还与SA互作,即互相协同抵御BPH为害。之后,发现在水稻虫害之下SA合成途径的关键基因OsICS1和OsPAL的表达量跟硅有关,即加硅可以增强这两个基因的表达量,验证了虫害下加硅水稻SA增量更大的事实。另外JA、ET途经相关的基因表达量在褐飞虱胁迫下受硅影响不明显,GA途经的OsCPS1基因表达量受到了硅的影响,说明GA途经可能也参与到硅抗虫作用之中。可见,硅提升水稻抗虫性不单单与SA有关,与其它信号途经可能也有关。除此之外,施硅可以诱导水稻抗褐飞虱基因BPH3的表达,说明硅可以调控水稻抗褐飞虱基因的表达抵御虫害。
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S435.11
【图文】：

２．３．１施硅对水稻生长影响逡逑（１）施硅对水稻株高根长的影响逡逑从图２－１可以看出，野生型（ＷＴ）加硅（＋Ｓｉ）处理的水稻株高最长，为逡逑５７．６邋ｃｍ，不加硅（－Ｓｉ）株高为５１＿７邋ｃｍ，就野生型而言，加硅后水稻株高平均逡逑局出５．９ｃｍ，且达到了显著性差异。突变体水稻ｆｃＬｓｉｉ力Ｐ桂与不加桂培养株高逡逑差异很小，统计上无差异显著性。同时，从水稻的根长可以看出，野生型（ＷＴ）逡逑加硅（＋Ｓｉ）处理的水稻根长比对照略短，甚至不如处理组的根长，但逡逑不存在统计学上的差异；加硅水稻与对照比，两者根长不存在差异。说逡逑明加硅可以促进水稻株高的长度，但施硅对根长影响不明显。逡逑８０邋－逡逑囵ＷＴ逡逑３邋ＷＴ＋Ｓｉ逡逑６０邋－逦＾逦ａ逦曰邋ＯｓＬｓｉｌ逡逑！逦ａ邋Ｔ逦＾邋ＯｓＬｓｉｌ＋Ｓｉ逡逑｜＿W ＿逡逑ｉｌｉｌ逦■■■逡逑株高逦根长逡逑Ｐｌａｎｔ邋ｈｅｉｇｈｔ逦Ｒｏｏｔ邋ｈｅｉｇｈｔ逡逑图２－１施硅处理对水稻株高和根长的影响逡逑注：数据使用平均值土标准误（ｎ＝１０），柱上的字母代表差异显著性（ＰＣｆｔ仍0逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｅｆｆｅ

２．３．１施硅对水稻生长影响逡逑（１）施硅对水稻株高根长的影响逡逑从图２－１可以看出，野生型（ＷＴ）加硅（＋Ｓｉ）处理的水稻株高最长，为逡逑５７．６邋ｃｍ，不加硅（－Ｓｉ）株高为５１＿７邋ｃｍ，就野生型而言，加硅后水稻株高平均逡逑局出５．９ｃｍ，且达到了显著性差异。突变体水稻ｆｃＬｓｉｉ力Ｐ桂与不加桂培养株高逡逑差异很小，统计上无差异显著性。同时，从水稻的根长可以看出，野生型（ＷＴ）逡逑加硅（＋Ｓｉ）处理的水稻根长比对照略短，甚至不如处理组的根长，但逡逑不存在统计学上的差异；加硅水稻与对照比，两者根长不存在差异。说逡逑明加硅可以促进水稻株高的长度，但施硅对根长影响不明显。逡逑８０邋－逡逑囵ＷＴ逡逑３邋ＷＴ＋Ｓｉ逡逑６０邋－逦＾逦ａ逦曰邋ＯｓＬｓｉｌ逡逑！逦ａ邋Ｔ逦＾邋ＯｓＬｓｉｌ＋Ｓｉ逡逑｜＿W ＿逡逑ｉｌｉｌ逦■■■逡逑株高逦根长逡逑Ｐｌａｎｔ邋ｈｅｉｇｈｔ逦Ｒｏｏｔ邋ｈｅｉｇｈｔ逡逑图２－１施硅处理对水稻株高和根长的影响逡逑注：数据使用平均值土标准误（ｎ＝１０），柱上的字母代表差异显著性（ＰＣｆｔ仍0逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｅｆｆｅ

ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ邋ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋（邋Ｐ邋＜邋０．０１，ｎ＝１０邋）逡逑（２）加硅对褐飞虱取食量的影响逡逑由图２－５可以看出，ＷＴ处理水稻上取食４８邋ｈ的褐飞虱蜜露量约为９．４逡逑ｃｍ２，邋ＷＴ＋Ｓｉ水稻上取食的蜜露量约为５．６邋ｃｍ２，两个处理间褐飞虱蜜露量面积达逡逑到了显著性水平。ＯｓＬ／７褐飞虱蜜露量约为丨２．１邋ｃｍ２，邋ＣＷ＾ｚ７＋Ｓｉ水稻上取食的逡逑褐飞虱蜜露量约为８．９邋ｃｍ２。两个处理水稻褐飞虱蜜露面积在显著差异。野生型逡逑加硅水稻比野生型水稻褐飞虱蜜露量减少了大概４０．７％，突变体加硅水稻比突逡逑变体水稻褐飞虱蜜露量减少２６％。由此可见，水稻加硅能显著降低褐飞虱蜜露逡逑量

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;中外科学家为水稻降砷“解毒”[J];江西饲料;2018年03期

2 ;中外科学家为水稻降砷“解毒”[J];科学种养;2018年08期

3 段艳芳;;水稻“防癌”新招——碱基天然变异[J];知识就是力量;2017年09期

4 ;水稻基因资源从6方面创新[J];北京农业;2008年08期

5 周艳红;朱建丽;马闯;程遥;;水稻基因结构分析与预测建模[J];华中科技大学学报(自然科学版);2008年04期

6 ;种控制硅积累的水稻基因被发现[J];现代农业科技;2006年05期

7 ;我国科学家“解读”水稻基因[J];发明与革新;2002年06期

8 钱前,滕胜,曾大力,华志华,黄大年;21世纪我国水稻基因工程的发展策略与重点领域[J];中国稻米;2001年05期

9 冯孝忠;;日本耗巨资研究水稻基因图[J];种子世界;1991年12期

10 凌忠专;;水稻基因分析的现状[J];福建稻麦科技;1987年01期

相关会议论文 前10条

1 任斌;严芳;旷永洁;张大伟;林宏辉;周焕斌;;植物基因组单碱基替换技术在水稻上的开发及应用[A];2018全国植物生物学大会论文集[C];2018年

2 谢联辉;;植病科学与人类未来——有关基础性、战略性和前瞻性的若干问题[A];农业生物灾害预防与控制研究[C];2005年

3 陈志军;李辉;李阳生;朱英国;;一个新的水稻基因RWP34的克隆和初步分析[A];湖北省遗传学会第七次代表大会暨学术讨论会论文摘要集[C];2004年

4 杨芳;孙毅;黄寿光;陈旭君;;CRISPR/Cas9系统敲除水稻基因的研究[A];植物病理学研究进展——中国植物病理学会第十二届青年学术研讨会论文选编[C];2015年

5 陈石燕;王宗阳;;T-DNA介导的promoter trap系统[A];中国植物生理学会第九次全国会议论文摘要汇编[C];2004年

6 赵基洪;;水稻与菰属间性状转移研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（下册）[C];2001年

7 王景余;孙海波;李艳萍;邹美智;;水稻遗传转化研究及应用进展[A];中国农业生物技术学会第三届会员代表大会暨学术交流会论文摘要集[C];2006年

8 李磊;李广旭;吴茂森;陈华民;何晨阳;;受Xoo抑制的水稻基因OsCtBP-A的分子克隆及其表达分析[A];第四届中国植物细菌病害学术研讨会论文集[C];2008年

9 郭龙彪;曾大力;董国军;葫时开;钱前;;超级稻产量的分子设计育种[A];中国遗传学会植物遗传和基因组学专业委员会2009年学术研讨会论文摘要汇编[C];2009年

10 李仁忠;李建业;;用Gumbel分布推算南方水稻基因隔离距离极值[A];粮食安全与现代农业气象业务发展——2008年全国农业气象学术年会论文集[C];2008年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报记者 马爱平;破解水稻高产优质“密码”[N];科技日报;2018年

2 长沙晚报记者 周和平 通讯员 何静;重组基因，“设计”最好的水稻品种[N];长沙晚报;2018年

3 经济日报·中国经济网记者 常理;设计水稻不再是梦[N];经济日报;2018年

4 本报记者 李丽颖;我国主导水稻基因国际研究 离“设计水稻”更近一步[N];农民日报;2018年

5 中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所博士研究生 王长盛;水稻基因有趣的小故事[N];文汇报;2018年

6 通讯员 许天颖;南京农业大学万建民团队：杂交水稻的“送子观音”[N];中国教育报;2018年

7 本报记者 施红艳 通讯员 许天颖;水稻基因也“自私”[N];江苏科技报;2018年

8 记者 齐芳 张士英;我国水稻分子设计育种取得新进展[N];光明日报;2018年

9 本报记者 耿挺;中国水稻获抗稻瘟病“极品装备”[N];上海科技报;2017年

10 首席记者 许琦敏;“基因克星”如何对抗“水稻癌症”[N];文汇报;2017年

相关博士学位论文 前10条

1 孙文强;水稻长叶毛基因Hairy Leaf 6的图位克隆与功能分析[D];华中农业大学;2017年

2 章佳;水稻CCT家族基因的功能研究和Hd1的重新克隆[D];华中农业大学;2017年

3 蔡维;一氧化氮在水稻开花及非生物胁迫应答中的功能研究[D];武汉大学;2015年

4 高峰;miR396调控水稻产量的分子机理研究[D];武汉大学;2015年

5 杨丽玉;fsv1水稻胚珠发育过程中基因表达及不育机理研究[D];武汉大学;2016年

6 孙允芳;水稻OsSEC18和OsVPS37基因的功能研究[D];武汉大学;2013年

7 张会敏;水稻铁稳态正调控因子OsPRI1促进铁平衡[D];中国科学技术大学;2018年

8 王丹;GWAS定位水稻苗期耐冷基因和抗白叶枯基因[D];湖南农业大学;2017年

9 张小惠;两个水稻叶形基因的精细定位及遗传分析[D];四川农业大学;2016年

10 剧成欣;不同水稻品种对氮素响应的差异及其农艺生理性状[D];扬州大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 吕海林;菲胁迫下的水稻生物标志基因研究[D];福建农林大学;2015年

2 邓兴鹏;基于hadoop的分布式杂交水稻算法研究[D];湖北工业大学;2018年

3 夏文艳;实践十号返回式卫星搭载对水稻光合作用的影响研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

4 胡继雄;基于杂交水稻算法的关联规则挖掘应用研究[D];湖北工业大学;2018年

5 王俊;基于杂交水稻算法的贝叶斯网络结构学习研究[D];湖北工业大学;2018年

6 侯玉倩;基于杂交水稻优化算法集成极限学习机研究[D];湖北工业大学;2018年

7 李程勋;过量表达Lsi1提高水稻修复UV-B伤害的机制研究[D];福建农林大学;2015年

8 徐继敏;外源硅对不同水稻品种镉迁移积累的影响[D];中南林业科技大学;2018年

9 肖之源;miR444b.2和RPW8.1调控稻瘟病抗性及水稻农艺性状的研究[D];四川农业大学;2017年

10 张晟铖;水稻种子预处理诱发水稻抗虫和抗逆性的研究[D];福建农林大学;2018年

本文编号：2756290