生長素參與鉀脅迫下煙草側(cè)根生長發(fā)育機(jī)制研究.pdf

1、鉀是植物生長發(fā)育所必需的大量元素之一。土壤溶液中的鉀濃度在0.025～5mM，但在植物根際鉀濃度通常低于0.3 mM。但即使在鉀充足或施用鉀肥的土壤中，鉀的有效性也會受到如干旱等的影響而下降。這就意味著植物在其生長發(fā)育的各個階段都可能會遭受低鉀脅迫。植物根系感受并響應(yīng)根際鉀脅迫對于植物適應(yīng)鉀脅迫具有重要意義。煙草是重要的經(jīng)濟(jì)作物，鉀對于煙草的生長和品質(zhì)都非常重要。煙草雖然是直根系作物，可其主根并不發(fā)達(dá)，其根系主要是由多級側(cè)根組成的。在鉀

2、脅迫條件下煙草根系形態(tài)是如何響應(yīng)的目前并不清楚。生長素作為一種重要的植物內(nèi)源激素，在植物側(cè)根萌發(fā)和側(cè)根伸長過程中起到重要作用。在鉀脅迫條件下生長素是如何參與低鉀調(diào)控?zé)煵輦?cè)根生長發(fā)育的機(jī)制也不清楚。本文以煙草為試材，首先研究了鉀脅迫條件下煙草根系形態(tài)的變化，在此基礎(chǔ)上研究了生長素在煙草植株體內(nèi)的分布及生長素外流轉(zhuǎn)運(yùn)體PIN基因的表達(dá)，然后通過施用外源生長素NAA和生長素運(yùn)輸抑制劑NPA來進(jìn)一步明確生長素在參與低鉀脅迫調(diào)控?zé)煵莞瞪L中的作

3、用。主要結(jié)果如下:
　　1.采用溫室水培處理，研究正常鉀營養(yǎng)(2mM)和低鉀脅迫(0.01 mM)條件下煙草地上和根系的生物量、鉀含量以及側(cè)根發(fā)生和伸長的變化。結(jié)果表明，與正常鉀處理(2mM)相比，鉀脅迫處理下(0.01mM)煙草地上部和根系的生物量顯著下降;總根長和根系體積也顯著下降，降幅分別為26％和50％。進(jìn)一步的分析表明，本實(shí)驗(yàn)條件下鉀脅迫處理導(dǎo)致煙草根系長度的降低的原因是因?yàn)闊煵莸囊患墏?cè)根的發(fā)生和伸長受抑制造成的。通過研

4、究一級側(cè)根的發(fā)生和伸長的動態(tài)變化發(fā)現(xiàn)，在鉀脅迫處理第7天開始，與正常鉀處理相比一級側(cè)根的發(fā)生和伸長開始出現(xiàn)顯著下降。
　　2.采用溫室水培處理，在兩個鉀處理下利用HPLC測定煙草倒一和倒二葉及根系的生長素濃度，明確生長素在煙草體內(nèi)的分布;利用DR5::GUS轉(zhuǎn)基因煙草進(jìn)一步確定鉀脅迫條件下植株體內(nèi)生長素的分布;利用[3H] IAA來研究鉀脅迫下生長素極性運(yùn)輸?shù)挠绊?利用定量PCR手段，研究鉀脅迫和正常營養(yǎng)下側(cè)根中PIN基因表達(dá)差異

5、。結(jié)果表明，與正常供鉀處理相比，鉀脅迫條件下煙草植株倒一葉、倒第二葉和根系的生長素濃度均顯著降低，降幅分別為34％、32％和43％，;與此相對應(yīng)的是，新生葉、根莖結(jié)合處和根尖的DR5::GUS表達(dá)量均顯著降低，這說明加脅迫條件下生長素的合成與運(yùn)輸都受到抑制;進(jìn)一步[3H]IAA極性運(yùn)輸試驗(yàn)結(jié)果表明根系中[3H]IAA放射性活度顯著降低;qPCR的結(jié)果表明，生長素極性運(yùn)輸基因PIN1，PIN1b，PIN4和PIN9在鉀脅迫下均發(fā)生下調(diào)，其

6、中PIN4和P1N9下調(diào)幅度較大;而PIN3和PIN3b在兩種鉀營養(yǎng)下均沒有顯著差異。綜上所述，與正常供鉀處理相比，鉀脅迫條件下生長素從地上部向根系的運(yùn)輸煙草顯著被抑制，PIN1、PIN1、 PIN4和PIN9這四個基因在調(diào)節(jié)鉀脅迫下生長素的極性運(yùn)輸中起到重要作用。
　　3.前期的研究表明，鉀脅迫抑制了煙草的一級側(cè)根的發(fā)生和伸長。而且鉀脅迫抑制了生長素從地上部向根系的極性運(yùn)輸。但是鉀脅迫下根系生長的變化是否與根中生長素濃度的下降相