S-诱抗素诱导玉米抗旱性机制研究

发布时间：2020-07-13 23:06

【摘要】：玉米(Zea mays)被认为是世界三大粮食作物之一,总产量和播种面积仅次于水稻和小麦。干旱作为一个国际性急待解决的问题,且随着全球气温不断升高干旱问题愈发明显。非生物胁迫中的水分胁迫目前被认为是影响玉米产量最主要因素,它的发生将严重制约着玉米的产量提高。黄淮海夏玉米地区是我国重要的玉米主产区,常因干旱胁迫原因造成玉米产量下降。生产中S-诱抗素对作物抗逆性的影响以及在农业中的应用已经越来越受到人们的关注。本研究采用了水培种植方式研究了S-诱抗素浸种对PEG模拟干旱胁迫下玉米种子萌发及幼苗生长的影响;采用温室土培的种植方式研究了不同干旱胁迫下不同浓度的S-诱抗素喷雾对玉米幼苗的生理生化影响和重度干旱胁迫下S-诱抗素最佳浓度及其合成抑制剂钨酸钠对干旱胁迫下玉米幼苗的生理生化及内源激素的影响;并利用荧光定量PCR技术研究了S-诱抗素对玉米Asr1表达的影响。主要研究结果如下:1)15%PEG-6000模拟干旱试验研究发现,不同浓度的S-诱抗素浸种在一定程度上能提高干旱胁迫下玉米种子的发芽率、发芽势及幼苗的生物量,系统聚状分析和相关性状分析表明4 mg·kg~-11 S-诱抗素浸种效果最好。叶面喷施4 mg·kg~(-1)的S-诱抗素溶液后干旱胁迫的不同时间段内提高了玉米叶片中内源ABA含量、游离脯氨酸和可溶性糖含量,降低了叶片中H_2O_2、MDA含量,显著增强了叶片中抗氧化保护酶活性,提高玉米Asr1基因的相对表达量,且抗旱性强的郑单958内源ABA含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、抗氧化酶活性及Asr1基因的相对表达量均高于浚单20。表明S-诱抗素处理通过增加内源ABA含量,诱导幼苗的抗氧化酶活性增加,提高Asr1基因的相对表达量,减少干旱对玉米叶片造成的氧化伤害,一定程度上提高了玉米幼苗对干旱胁迫的适应能力,且对郑单958的效果更显著,为进一步应用S-诱抗素缓解玉米干旱胁迫提供参考依据。2)温室土培方法研究结果表明:干旱胁迫下,S-诱抗素喷雾增加了玉米的净光合作用和水分利用率,降低胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率和气孔导度,减缓叶绿素的降解,提高玉米幼苗内源ABA含量,加强玉米对逆境胁迫信号的感受,诱导了抗氧化保护酶SOD、CAT、POD、PPO活性增强,减少MDA含量,提高了玉米Asr1基因相对表达量,从而减轻干旱胁迫对玉米造成的氧化损伤,提高玉米耐受性。通过主成分分析得到XD20-MD的综合评价由大到小依次为T3㧐T2㧐T4㧐T1㧐T5㧐T6(T1:5 mg·kg~(-1)S-ABA;T2:15 mg·kg~(-1) S-ABA;T3:25 mg·kg~(-1) S-ABA;T4:35 mg·kg~(-1) S-ABA;T5:干旱对照;T6:正常浇水);XD20-SD的综合评价由大到小依次为T3㧐T2㧐T1㧐T4㧐T5㧐T6;ZD958-MD的综合评价由大到小依次为T3㧐T2㧐T4㧐T6㧐T1㧐T5;ZD958-SD的综合评价由大到小依次为T3㧐T2㧐T1㧐T5㧐T4㧐T6;综合不同品种不同干旱研究发现,T3处理下的玉米抗旱性最强。3)温室土培方法,试验结果表明:重度干旱胁迫下,S-诱抗素提高了玉米叶片的叶绿素含量,从而提高光合作用。S-诱抗素处理提高了玉米内源ABA含量,降低了内源ZT、GA3、IAA含量,提高ABA/ZT、ABA/GA3和ABA/IAA的比值,但不同部位的比值有差异,这可能是提高玉米抗旱性重要的生理基础,根据因子及主成分得分即可对S-诱抗素处理下玉米不同部位的抗旱性进行综合评价,S-诱抗素处理的玉米不同部位的综合评价由大到小依次为叶㧐根㧐茎。综合研究发现,S-诱抗素处理对玉米叶片抗旱性最强。而钨酸钠处理结果则表现相反,加重了干旱对玉米的伤害程度,S-诱抗素及内源ABA合成抑制剂钨酸钠对重度干旱胁迫下玉米不同部位(根、茎、叶)具有重要调节作用。S-诱抗素对重度干旱胁迫下玉米抗旱性的增强,可能与4种内源激素的信号传导密切相关。
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S513
【图文】：

中国农业,统计年鉴,种植面积,总产量

其中玉米种植面积 42399.0 千公顷，占粮食种植总面积的 36%（图1-1）；从 1998 年到 2017 年，我国玉米产量呈现出逐年增高的趋势，2015 年和 2016 年玉米产量达到最高，约占当年粮食总产量的 40%，2017 年我国粮食的总产量达到66160.72 万吨，其中玉米总产量为 25907.07 万吨，占我国粮食总产量的 39%（图 1-2）（中国农业统计年鉴，2017）。实际生活中，玉米不仅是人们生活中重要的粮食，同时也是重要的饲料和工业原料，它以其不可替代的特性，成为生产奶、肉、蛋、油等畜产品最重要的饲料来源，被广泛地应用在食品、医药、化学、酿造、纺织等工业，因此玉米的产量和品质直接关系到人类生活的诸多方面（胡广东，2002；聂乐兴

中国农业,统计年鉴,产量,作物

2图 1- 2 截止到 2017 年我国玉米产量（中国农业统计年鉴，2017）Figure 1- 2 China's corn production as of 2017 (China Agricultural Statistical Yearbook, 2017)1.1 干旱胁迫对植物的生理变化的影响水分胁迫下，由于作物本身蒸腾作用大于其吸收量使得作物体内发生水分亏损，水动态平衡被进一步打破，进而使作物自身细胞出现失水现象，如果发生严重的水分缺失则会引起植物细胞发生质壁分离，从而对作物自身造成不可修复的机械损伤（黄升谋，2009；李培培，2014）；植物组织发生水分亏损时，膜脂分子结构因为作物组织细胞失

诱导基因,干旱胁迫,超氧化物阴离子自由基,抗坏血酸过氧化物酶

EC 1.11.1.6）、过氧化物酶（POD，EC 1.11.1.7）、抗坏血酸过氧化物酶（APX，.1.6）、多酚氧化酶（PPO，EC 1.10.3.2）、苯丙氨酸解氨酶（PAL，EC 4.3.1.5）氧化防御系统，如脯氨酸（Pro）、可溶性蛋白等，已有大量研究证明保护酶活胁迫之间彼此关联（Kaya et al., 2014; 柯贞进等，2015）。干旱胁迫下，非酶物耗清除过量的 ROS，SOD 将超氧化物阴离子自由基 O2-氧化为 H2O2，而 CAT 将 H2O2还原为 H2O，彼此作用可将细胞内的活性氧维持在一个平衡水平，保的稳定性（Jiang and Zhang, 2002b; Zhao et al., 2016; 李永生等，2016）。物抗旱的分子机制Functional Proteins Regulatory Proteins

【参考文献】