硅營養(yǎng)影響不同基因型水稻抗蟲性的機理.pdf

1、水稻（Oryza sativaL.）是世界上最重要的糧食作物之一，在我國糧食生產(chǎn)中占有極其重要的位置。咀嚼式口器昆蟲稻縱卷葉螟（Cnaphalocrocis medinalis, rice leaf floder,LF）是水稻專食性害蟲，可對水稻產(chǎn)量造成極大的損害。水稻是典型的硅（Silicon, Si）積累型植物，其中水稻對硅營養(yǎng)的吸收是通過Lsi1轉(zhuǎn)運蛋白完成的，經(jīng)鑒定 Lsi1基因的表達僅在根基部內(nèi)皮層和外皮層的外端表達，所以Ls

2、i基因在根基部的表達對水稻吸收硅起到至關(guān)重要的作用。
　　硅既增加宿主植物的物理抗性，又可誘導(dǎo)宿主植物產(chǎn)生化學(xué)抗性。茉莉酸及其類似物茉莉酸甲酯等（統(tǒng)稱 jasmonates，JAS）是一類植物激素，普遍存在于植物體內(nèi)，是植物體內(nèi)重要防御信號物質(zhì)，在抗蟲反應(yīng)中起到重要的作用。本論文以O(shè)sLsi1基因的RNA干涉(RNA interference, RNAi)轉(zhuǎn)基因水稻為研究材料，以相應(yīng)的野生型(WT)水稻為對照材料，在水培條件下，以

3、施硅（Si+）和不施硅（Si-)處理，比較兩個水稻材料在稻縱卷葉螟取食后的一系列生理生化和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑響應(yīng)上的差異，進而揭示硅營養(yǎng)影響水稻抗蟲性的機理，為今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用硅肥來提高抗蟲性，減少農(nóng)藥對環(huán)境的污染和保證糧食安全提供理論指導(dǎo)。
　　主要研究結(jié)果如下：
　　1.首先，發(fā)現(xiàn)施硅促進水稻生長，具體表現(xiàn)為地上部株高和地下部根長均有所增長。進一步檢測發(fā)現(xiàn)施硅處理的水稻葉片硅含量和根系硅吸收量也顯著升高，尤其是施硅后發(fā)現(xiàn)野生

4、型水稻比OsLsi1-RNAi材料的吸收更多的硅。此外與抗蟲物理防御相關(guān)的蠟質(zhì)含量在施硅處理的野生型（WT+Si）最高，均顯著高于RNAi+Si、WT和RNAi處理。生物測定表明，稻縱卷葉螟取食WT+Si處理的水稻葉片后，害蟲體重增量分別比取食RNAi+Si、WT和RNAi處理的減少了55.3％、46.3%和63.4%，說明硅在水稻植株內(nèi)的沉積確實可以提高植株的抗蟲性。
　　2.其次，進一步檢測了被稻縱卷葉螟取食后的水稻植株葉片和

5、根系中防御酶及保護酶活性，發(fā)現(xiàn)過氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性分別在12 h、24 h和48 h達到最高值。其中稻縱卷葉螟取食施硅的野生型水稻（WT+Si）葉片中POD酶活性最高，在24 h時達到最大值，而RNAi+Si、WT和RNAi三個處理間POD酶活性無顯著差異；根系中POD酶活性與葉片中POD酶活性變化趨勢相似，呈現(xiàn)先升高后降低趨勢。水稻葉片和根系中的PPO酶活性則都

6、在蟲害取食后的12 h達到最大值，WT+Si處理植株的PPO酶活性顯著高于其他三個處理。雖然蟲害取食未施硅的野生型水稻（WT）后也能誘導(dǎo)葉片和根系中的SOD酶活升高，但施硅后能更顯著提高野生型水稻的SOD酶活性，進而提高其抗蟲性。水稻葉片和根系中的CAT酶活性變化趨勢相似，蟲害取食也同樣誘導(dǎo)WT+Si處理中的CAT酶活性顯著提高。與此同時，研究發(fā)現(xiàn)丙二醛（MDA）含量在蟲害取食的WT+Si處理中含量最低，在RNAi處理中含量最高。而游離

7、脯氨酸含量在蟲害取食24 h后的WT+Si處理中最高。可見，通過對野生型和OsLsi1基因的RNA干涉材料進行施硅和不施硅處理，進一步證明硅營養(yǎng)在植物抗蟲中扮演著非常重要的角色。
　　3.最后，用實時熒光定量PCR在分子水平上檢測了與咀嚼式口器昆蟲相關(guān)的JA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑關(guān)鍵基因的相對表達量。結(jié)果表明，稻縱卷葉螟取食可誘導(dǎo)水稻葉片和根系OsLOX、OsAOS和COR-INSENSITIVE1(COI1a和COI1b）基因表達，且發(fā)現(xiàn)

8、蟲害取食預(yù)先進行施硅處理的水稻，基因的誘導(dǎo)表達量高。此外，也檢測了影響昆蟲消化的胰蛋白酶抑制劑基因（OsBBPI）的誘導(dǎo)表達量，發(fā)現(xiàn)蟲害取食預(yù)先施硅處理的水稻，可顯著誘導(dǎo)該基因表達，且誘導(dǎo)表達量在WT+Si處理中最高，在沒有施硅的RNAi材料中最低。另外還發(fā)現(xiàn)單獨施硅對水稻OsBBPI, OsLOX, OsAOS, OsCOI1a, OsCOI1b基因的表達幾乎不產(chǎn)生影響，而OsLsi1基因的表達卻與硅處理呈正相關(guān)，與稻縱卷葉螟的取食與