水稻内生放线菌OsiLf-2提高水稻耐低氮胁迫特性及其机制初步研究

发布时间：2020-08-26 17:48

【摘要】：氮是水稻生长发育过程中需求量最大和最重要的营养元素之一。由于土壤中的氮资源有限,目前水稻生产多通过大量施用氮肥,或者转基因手段提高植株的氮利用率。前者会造成环境污染且导致能源浪费,后者转基因植物的可控性和稳定性较低。因此,采用绿色的提高水稻氮利用率的方法为水稻可持续化发展所亟需。植物内生菌能与植物形成互利互惠的共生关系,具有促进植物生长,提高宿主氮吸收和代谢水平的潜力。本文利用实验室前期在水稻中分离得到的一株具有抗病促生能力的内生放线菌Streptomyces albidoflavus OsiLf-2,对其在氮胁迫条件下对水稻的促生作用、氮同化能力等的影响展开了研究,为进一步深入了解内生菌-水稻氮高效生物转化机制以及其在农业生产上开发应用提供依据。首先,本论文对低氮胁迫下,内生放线菌OsiLf-2对水稻生长的影响进行了检测。利用黄原胶包埋水稻种子的方式构建水稻-内生放线菌共生体,催芽移苗后即进入无氮和低氮胁迫环境水培培养,胁迫浓度分别为0 mmol/L、0.05 mmol/L、0.5 mmol/L(NH4+),胁迫时间为21d。结果显示低氮胁迫对水稻生长有负面影响,但经过OsiLf-2包埋处理的水稻,其株高、叶宽、茎宽、叶夹角、根长、鲜重、干重、叶绿素含量、可溶性糖含量均较未处理水稻有一定提高,尤其是反映植物抗逆性强弱的可溶性糖含量具有显著性提高。表明OsiLf-2具有提高水稻耐低氮胁迫的能力,促进水稻生长。随后对低氮胁迫下,水稻抗逆相关的关键防御酶:过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、多酚氧化酶(PPO)的酶活性进行检测。发现在无氮和低氮胁迫下酶活几乎都显著高于对照组。可见内生放线菌OsiLf-2具有提高防御性酶活增强水稻抵御低氮胁迫的能力。最后为了探明内生放线菌OsiLf-2增强水稻耐低氮胁迫的机制,对低氮胁迫下,OsiLf-2处理后水稻氮同化相关酶:谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)和硝酸还原酶(NR)的活性进行分析。结果显示,低氮胁迫下OsiLf-2包埋处理水稻,叶片中三种酶活性显著高于对照组。进一步选择水稻氮同化途径中相关基因:NH4+转运基因OsAMT2;1,氮同化关键基因OsGS1;1、OsGS2、OsNADH-GOGAT2、OsFd-GOGAT,研究其低氮胁迫下的表达情况。Real-time PCR检测结果显示OsiLf-2包埋处理组的水稻叶片,上述各基因的相对表达量基本都显著高于对照组,表明OsiLf-2在低氮胁迫下具有提高水稻氮生物转化能力。综上所述,在低氮胁迫下,水稻内生放线菌OsiLf-2可以通过调节水稻防御酶的活性,同时上调水稻氮同化相关基因的表达,提高氮同化相关酶活来增强水稻氮用率,从而增强水稻对低氮胁迫的耐受力,最终促进水稻的生长。内生菌联合植物促进氮素高效生物转化,对环境友好,为减少氮肥施用和新型生物肥料研发提供了新的资源。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511
【图文】：

图１．１邋ＮＨ４＋的同化［１９］逡逑

宿主植物,论文选题,抗逆性,放线菌

图１．２植物内生放线菌提高宿主植物抗逆性逡逑选题背景、研究内容与思路逡逑选题背景逡逑全球重要的粮食作物，其种植面积接近我国耕地面积２５％，２０％Ｗ。在水稻种植过程中施用氮肥是我国普遍种植方式，相当普遍，更为严重的是大量施用氮肥，会对土壤造成不个营养元素之间的失衡，多种元素之间发生拮抗作用，最终受到一定程度的影响［１］。据统计，每提高１％的氮肥利用率，美元在肥料上的投入［７４】。因此，促进植物氮吸收、提高氮用的研宄迫在眉睫，而通过植物－内生菌共生关系提高氮利新大陆［７９］。逡逑生菌与植物之间通过长期进化形成了有利于植物生长的互惠一

标准方差,平均值,可溶性糖含量,水稻

逡逑图２．２氮胁迫下水稻叶片组织叶绿素含量测定结果逡逑注：图中数值代表的是平均值±标准方差（＊尸￥邋０．０５，邋／检验）逡逑２．３．４水稻叶片可溶性糖含量测定逡逑可溶性糖含量是反映植物抗逆性强弱的一项重要生理指标，在逆境的环境下，逡逑植物的可溶性糖含量越高，细胞渗透势就越大，植物在逆境下细胞失水的可能性逡逑就越小，由此带来的结果可以直接提升植物的成活率。糖分本身作为植物的营养物逡逑质之一，积累的量越多，也越有助于植物在逆境中存活下来，供给植物各方面的营逡逑养物质。除了衡量抗逆能力外，对于经济作物而言，可溶性糖含量也可以作为考察逡逑其品质的指标之一。逡逑在Ｏｍｍｏｌ／Ｌ、０．０５ｍｍｏｌ／Ｌ、Ｏ．５ｍｍｏｌ／Ｌ邋（ＮＨ４＋）三个不同浓度的氮胁迫逆境逡逑处理条件下，内生菌处理的水稻中可溶性糖含量均显著高于对照组。说明水稻－内逡逑生菌共生体展现出自身在抗逆方面的优势

【参考文献】