低氮增强水稻抗二化螟的机制研究

发布时间：2020-07-19 05:02

【摘要】：氮是作物需求量最大的营养元素之一,不但影响作物的生长发育,而且还与作物的抗病虫害能力密切相关。在所有肥料中,氮肥占主导地位,因为氮是限制植物生长和影响作物产量的首要因素。目前我国稻田的氮肥施用量远远高于世界平均水平。氮肥的过量使用减弱了水稻的抗病虫害能力,客观上增加了农业生产上的农药用量,给粮食的安全带来了很大的隐患。本文采用水稻品种日本晴(Oryza sativa L.cv.Nipponbare)为植物材料,以二化螟为害虫,在水培条件下,通过短期低氮以及中长期低氮处理,再进行二化螟虫害处理,研究氮营养与茉莉酸以及乙烯信号途径在水稻抗虫中的关联;并从分子与细胞水平,初步揭示低氮增强水稻抗二化螟的机制。主要研究结果如下:1.低氮处理水稻1,3,5天后接虫7天,与对照组相比,低氮降低了水稻的枯心率,并且使二化螟的体重增长减缓,这说明短期低氮处理能够增强水稻对二化螟的抗性。通过生化分析发现,短期低氮处理诱导了接虫条件下水稻茎中过氧化氢(H_2O_2)以及一氧化氮(NO)的生成,基因表达的分析显示低氮还促进了接虫条件下茉莉酸(JA)、乙烯(ET)信号途径相关基因的表达,以及植物防御相关酶如多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)等的活化,参与抗虫应答。2.低氮处理野生型水稻2周,然后接虫二化螟,二化螟体重的增长率以及水稻的枯心率分析都说明中长期低氮处理能够增强水稻对二化螟的抗性。通过生理生化分析发现,低氮增强水稻茎中可溶性蛋白的含量,但是对总糖含量的影响较小。同时低氮降低水稻叶片叶绿素的含量以及光合能力。然而和短期氮处理相比,中长期低氮处理对于植株体内硝酸还原酶(NR)活性的影响不明显,说明中长期低氮诱导的水稻抗虫应答中,NR介导的信号通路不是主要途径。基因表达的分析显示低氮诱导了接虫条件下JA途径相关基因表达上升,表明中长期低氮处理可能通过JA途径调控水稻的抗二化螟能力。最后通过对植物防御酶多酚氧化酶(PPO)的活性分析,进一步说明中长期低氮处理增强水稻对二化螟的抗性。根据以上结果可以得出,不管是短期低氮处理与还是低氮处理2周,低氮都是增强了水稻对二化螟的抗性。本研究将对揭示低氮提高水稻抗虫性的机理有重要意义,也为农业上合理施用氮肥控制害虫提供指导。
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S435.112.1
【图文】：

茉莉酸,生物合成途径

5图 1.1 茉莉酸生物合成途径[76]Fig.1.1 Biosynthesis of jasmonic acid[76]转导途径licylic acid, SA)是一种简单的酚类化合物，植物体内杨酸有着一定的联系，例如种子萌发、细胞生长、调控，还参与固氮作用以及储藏保鲜，果实成熟等明SA参与植物诱导防御，它能够帮助植物抵抗病虫迫，是植物抗病抗虫反应的内源信号分子[78]。途径的发现是一个曲折的过程，其合成途径起始于化形成SA[79]。当植物受到虫害损伤后，植物体内现起始信号传递，但是在信号传递的过程中，大量的苷酶催化水杨酸2-O-β-葡糖秆（SAG）转化而来。水

二化螟,水稻,体重

2.3 结果与分析2.3.1 短期低氮处理对水稻抗性的影响对水稻进行 1/8 N低氮处理 1 d、3 d 和 5 d后，再进行二化螟取食，取食时间为 1 周，观察二化螟身体大小及虫害取食以后的植株群体与单株生长状态，并统计二化螟的体重增长变化。实验结果表明，短期低氮处理后二化螟的体重变化具有显著性差异（图 2.1）。从生测后二化螟本身的大小来看，随着低氮处理时间的增加，其自身的生长状况与 CK 相比明显的变小。从单株生长及群体生长状态来看，CK 组枯萎状态较严重，低氮处理 3 d时的枯萎状态较 CK与 1 d和 5 d 相比渐弱；同时从数据统计分析比较可以明显地观察到，随着低氮处理时间的增加，二化螟体重增长具有明显的降低趋势，其体重增长率分别为70.20%，44.68%和 57.45%，结果表明短期低氮增强了水稻对二化螟的抗性。从分析得知低氮处理 3 d 时的变化更为明显，所以后期低氮处理时间选择 3 d，进行相关实验，从多个角度去揭示低氮增强水稻对二化螟的抗性。

二化螟,基因表达,水稻,酶活性

第二章短期低氮处理对水稻抗虫性的影响合成途径相关基因表达量（图 2.3，A-C），结果显示在二化螟取食 0 h 时，低氮处理组 NO 合成途径相关基因 OsNiR1、OsNiR2 和 OsNR1 的表达量明显的高于CK 处理组；随后在二化螟取食 0.5 h 时，低氮处理组的基因表达量出现降低趋势，尤其是 OsNiR2 和 OsNR1 。但是在二化螟取食 1 h时，1/8 N低氮处理组基因表达量又出现上升趋势，并且具有显著性差异。硝酸还原酶（NR）是植物氮素同化的限速酶，能够催化植物体内的硝酸盐还原为亚硝酸盐，进而催化亚硝酸盐还原为 NO，所以同时检测不同时间点的 NR 活性（图 2.3，D）。结果表明在二化螟取食 0 h 时，低氮处理组的硝酸还原酶（NR）活性明显高于 CK 组，并且在 0.5 h 出现下降而后又上升的趋势，这一结果与 NO 合成途径相关基因的表达量相符。由此，我们可以得出：低氮促进水稻抗虫过程中 NO 合成途径基因的表达以及硝酸还原酶（NR）的活性。

【参考文献】