玉米苗期对渍害的响应及外源调节剂的调节机制

发布时间：2020-07-04 05:03

【摘要】：渍涝是亚热带和热带地区玉米主要的非生物胁迫,严重影响玉米的生长和产量。玉米苗期阶段被认为对渍涝胁迫极为敏感。然而,玉米苗期的易受影响的阶段尚不完全清楚,同时也迫切需要提高玉米苗期耐渍害的措施。因此,我们进行了一系列的试验从形态、生理、解剖结构及生化等多方面探明玉米苗期对渍害的响应,及外源植物生长调节剂的应用效果,继而从生理生化角度揭示应用外源调节剂提高玉米耐渍的潜力。主要研究结果如下。1.通过盆栽试验,利用3个玉米品种,即HZ-32、兴肯6(XK-6)和郑单958(ZD-958),在2叶期(V2)、3叶期(V3)、4叶期(V4)、5叶期(V5)和6叶期(V6)分别设置渍水(WL)与常规水分处理(CK),探明玉米苗期易受渍害影响的阶段。结果表明,综合3个品种看,V2、V3和V4阶段渍水处理玉米苗期叶片光合速率、干物质和叶面积的下降程度要显著高于V5和V6阶段(P0.05)。与其他生长阶段相比,V2和V3阶段处理根系干物质大幅度减少(P0.05)。然而,V2阶段玉米苗的根长、表面积和体积均显著高于其他阶段渍水处理。从地上部分的生长看,HZ-32品种对渍害的耐受能力要高于其他2个品种。2.本研究探讨了在渍水条件下,玉米苗期喷施外源亚精胺(SP)、芸苔素内酯(BR)和γ-氨基丁酸(GABA)的效果及其最佳施用浓度。在2016及2017年进行了盆栽试验,采用2个玉米品种,包括XK-6和ZD-958,分别在V3和V5阶段进行了14天渍水处理,同时设置了渍水(WL)与正常水分处理(CK),研究了不同植物生长调节剂(PGR)处理下玉米苗期叶绿体超微结构、光合作用、抗氧化能力和活性氧(ROS)的产生等。结果表明,PGR处理可有效提高玉米苗期的耐渍能力。与WL处理相比,SP、BR和GABA施用处理,玉米苗期植株干重显著增加25%、44%和34%,叶绿素含量分别提高了20%、46%和34%(P0.05)。此外,PGR的施用也提高了叶片光合性能,有效地减轻了叶绿体超微结构的损伤。此外,PGR应用显著降低了ROIs的水平,这与ROIs酶活性降低有关,并显著提高了在渍害胁迫下叶片中抗氧化物和非抗氧化酶的活性。三种调节剂相比,BR和GABA对玉米苗期渍害有较好的调节效果。3.在PGR选择基础上,着重研究了BR和GABA处理玉米苗期根生长、解剖结构及其相关生化变化。结果表明,渍害显著促进了根系中ROIs生成,增加了通气组织的面积和形成,破坏了根系结构,最终抑制了玉米苗期植株的生长。然而,BR和GABA施用增强了玉米根系对渍害的适应,减少了ROS的产生、抑制了通气组织的形成,提高了皮层活细胞的数量和抗氧化能力。值得注意的是,与淹水胁迫相比,BR和GABA处理玉米根系干重分别增加81%和57%,根长分别增加86%和61%,根体积分别增加58%和65%,根系皮层活细胞数量分别增加46%和31%(P0.05)。与此同时,BR和GABA处理根系通气组织面积分别减少了52%和35%,使ROIs(H_2O_2和~·O_2~-)的含量分别减少了69.25%和46.15%(P0.05)。总体来看,BR处理对玉米V3阶段受渍根系生长的调节比GABA处理更有效。4.为了更深入地了解BR对玉米苗期渍害调控机制的认识,本研究利用iTRAQLC-MS/MS技术对ZD-958品种在BR加淹水处理(BR),淹水处理(WL)和正常生长(CK)三种处理条件下的玉米根进行了系统的全蛋白组定量研究。本研究总共鉴定到了4235个蛋白,其中BR vs CK,WL vs CK和BR vs WL对比分析分别鉴定到了509,760和592差异蛋白,其中上调蛋白数目分别为257,110和519个。通过对差异蛋白的GO分析,研究了不同处理之间具有相似变化趋势的蛋白,以及差异蛋白。本研究找到了11个高度上调表达的蛋白,分析表明这些蛋白参与了氧化还原过程,暗示了他们在淹水处理过程中可能扮演了重要的作用,外施BR可以激活相应的防御机制,提高玉米苗期耐渍能力。总之,渍害对玉米苗期地上和根系生长都有较大的不利影响,特别是V2和V3阶段的幼苗。然而,PGR的施用,如BR和GABA,可以通过激活抗氧化防御系统,改善叶绿体的超微结构和光合特性,减少通气组织的形成,从而促进渍害胁迫的玉米幼苗生长和根系结构的完整性。此外,外源BR和GABA施用可以保护玉米幼苗免受渍害引起的氧化胁迫,可能与调节参与氧化还原过程蛋白质有关,从而能减少根皮层细胞的死亡,形成通气组织。然而,还需要进一步的研究更深入地了解PGR调节玉米苗期耐渍的机制。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513


本文编号：2740678