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独角金内酯参与氮、磷营养调控水稻根系生长的作用机制研究

作　者: 黄荣
导　师: 张亚丽
学　校: 南京农业大学
专　业: 植物营养
关键词: 水稻根系氮磷营养生长素独角金内酯
分类号: Q945.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

植物通过调节自身形态变化适应外界环境,根系是作物吸收养分的主要器官,其形态在很大程度上决定植物从土壤中吸收养分的能力。植物根系的形态建成除受本身的遗传因素决定外,还受外界环境因素如土壤养分供应的影响,如氮(N)、磷(P)是植物生长所必需的大量元素,其形态、有效性和分布状况直接影响植物根系的形态建成。除了受环境因素如养分供应的影响外,植物根系的形态建成还受多种植物激素协调控制。独角金内酯作为一种新的植物激素,被发现能够调控植物地上部分枝和根系的形态建成。在多种植物上的研究表明在N、P营养胁迫下独角金内酯合成增加。植物根系的发生和伸长与生长素的合成和极性运输密切相关,生长素在地上部合成,通过极性运输到达根尖。研究表明,生长素与独角金内酯互相调节共同控制植物地上部分枝以及根系形态建成。因此独角金内酯在N、P营养胁迫下是否参与了植物根系形态的建成以及在调控植物根系生长过程中与生长素的协调作用机制成为本文的主要研究内容。在本研究中,观察了野生型和独角金内酯合成突变体(d10、d27)在系列N、P浓度营养下根系形态,并在高低浓度N、P营养下施加GR24观察其根系形态变化,测定了野生型及突变体的生长素浓度以及生长素相关基因的表达。已取得的结果如下：1.设置梯度N、P浓度营养液培养野生型籼稻盐狩(Shiokari), P浓度设置依次为0、10、50、100和300(正常供P)μM, NO3浓度设置依次为0、0.01、1和2.5(正常供NO3-)mM,观察水稻根系变化。结果表明,与供应300μM P处理(正常供P)相比,随着供P浓度的降低,水稻种子根和不定根长度显著增加,供应10μM P处理的水稻的种子根长度较正常供P条件下增加91.9%,差异达极显著水平,不定根长度变化趋势与种子根一致,10μM P处理的水稻的不定根长度增加53.5%,差异达显著水平；种子根和不定根上的侧根密度随之降低,与正常供P处理相比,10μM P处理的水稻种子根侧根密度降低49.8%,差异达极显著水平；不定根上的侧根密度降低27.4%,差异达显著水平。梯度浓度N03-处理的研究结果表明,水稻根系表型与梯度浓度P处理相似,即随供N03-浓度降低,水稻种子根和不定根长度增加,侧根密度降低。2.为了研究低P、低N条件下水稻根系发生的变化是否是由于低P、N促进了独角金内酯的产生,在正常供应P、N条件下外源施加GR24(一种具有生物活性的人工合成的独角金内酯)观察野生型水稻和独角金内酯合成突变体(d10和d27)根系形态变化。结果表明,与正常供P和供N相比,低P、低N条件下WT、d10、d27根系长度增加,侧根密度均降低,而正常供P、供N基础上施加GR24后,WT和D突变体根系也出现了长度增加,侧根密度降低的现象,表型趋近于低P、低N处理。这说明独角金内酯参与了N、P胁迫调控水稻根系的形态的建成。3.水稻根系形态建成与生长素的合成和极性运输关系密切,为了探究N、P营养调控水稻根系变化时独角金内酯与生长素之间的关系,测定了高低浓度N、P培养下的野生型水稻和d10、d27突变体的生长素浓度。结果表明,低P条件下,野生型水稻的根、冠根点和倒一叶的生长素浓度均显著高于正常供P处理,这说明低P处理显著促进了生长素的合成和极性运输。与正常供N03-处理相比,低N03-条件下野生型水稻倒一叶中生长素浓度显著高于正常供N处理；而根和冠根点的生长素浓度均显著低于正常供N03-处理,这说明低N03胁迫促进了生长素的合成,但抑制了生长素由地上部向根系的运输,这说明水稻体内生长素的合成与运输对于低N03-和低P胁迫的响应是不一样的。在高低浓度N、P营养中,独角金内酯合成突变体d10、d27根、冠根点、倒一叶中的生长素浓度均高于野生型。这说明在D突变体中独角金内酯合成受阻,促进了生长素的合成和运输,因而改变了植物地上部以及根系的表型。4、为了进一步探究N、P营养调控水稻根系形态改变时生长素与独角金内酯的相互作用机制,测定了生长素外流蛋白OsPIN家族基因以及AUXl的表达。结果表明：与正常供P处理相比,低P处理下野生型OsPIN5a基因表达上调；d27和d10突变体的OsPIN1C表达上调。在两个氮处理下野生型水稻和两个突变体的OsPIN2和AUX1均随着供氮水平的降低表达下降；与野生型水稻相比,突变体的OsPIN9和AUX1两个基因的表达差异比较明显,尤其在低氮条件下均表现出野生型OsPIN9和AUX1的表达弱于两个突变体材料。综上所述,与正常供应养分处理相比,野生型水稻的根系在低P处理生长素浓度增加的原因可能是由于OsPIN5a基因表达上调引起的；而野生型水稻的根系在低N处理的生长素浓度降低可能是由于OsPIN2和AUX1基因表达下调引起的。

独角金内酯参与氮、磷营养调控水稻根系生长的作用机制研究

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