茉莉酸在水稻幼苗根系響應(yīng)氮素過程中的調(diào)控作用.pdf

1、水稻是一種重要的糧食作物，近年來，水稻產(chǎn)量的提高很大程度上依賴于氮肥的大量施用。目前，我國氮肥施用量遠高于世界平均水平，但是，2015年農(nóng)業(yè)部制訂了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，因此，研究氮素對根系形態(tài)建成的影響及根系形態(tài)改變對氮素吸收利用的影響是十分必要的。前人研究表明，氮素能夠抑制根的伸長生長、促進根毛發(fā)生及伸長，茉莉酸也能抑制根伸長生長、促進根毛發(fā)生及伸長，但目前茉莉酸在水稻幼苗根系響應(yīng)氮素過程的調(diào)控作用及其調(diào)控機理還

2、不清楚，本實驗利用野生型（日本晴）水稻及其轉(zhuǎn)基因COI1-RNAi（COI1是茉莉酸受體）水稻作為實驗材料，研究了銨態(tài)氮和硝態(tài)氮對水稻幼苗種子根伸長生長與根毛發(fā)生及伸長的影響，探索了茉莉酸在水稻幼苗種子根伸長生長與根毛發(fā)生及伸長響應(yīng)氮素過程中的調(diào)控作用及其調(diào)控機理。主要實驗結(jié)果如下:
　　1.銨態(tài)氮(NH4+)抑制水稻幼苗種子根伸長生長，促進根毛的發(fā)生及伸長生長;硝態(tài)氮(NO3-)對水稻幼苗種子根伸長生長的影響不大，但也能促進根毛

3、的發(fā)生及伸長生長。用不同濃度的NH4+和NO3-處理水稻幼苗，實驗結(jié)果表明:低濃度（0.25 mM）的NH4+和NO3-都能抑制水稻幼苗種子根的伸長生長，并達到顯著水平(P＜0.05)，且NH4+對種子根伸長生長的抑制率(23.2％)大于NO3-(6.4％);隨著氮濃度的增加，NH4+對種子根伸長生長的抑制作用越來越強烈，而NO3-對種子根伸長生長的抑制作用卻不再增加，4 mM NH4+和4mM NO3-對種子根伸長生長的抑制率分別為6

4、1.1％和6.4％。NH4+與NO3-都能促進水稻幼苗根毛的發(fā)生與伸長，在一定濃度范圍(0～4 mM)內(nèi)，隨著氮的增加，根毛密度及長度不斷增加。
　　2.NH4+誘導水稻幼苗根系茉莉酸含量升高，進而促進根系對銨態(tài)氮的吸收轉(zhuǎn)運和同化;NO3-誘導水稻幼苗根系茉莉酸含量升高，進而促進根系對硝態(tài)氮的吸收轉(zhuǎn)運和同化。用4 mM NH4+和4 mM NO3-分別處理水稻幼苗，結(jié)果表明:與對照缺氮處理相比，NH4+和NO3-都能誘導水稻幼苗根

5、系茉莉酸合成關(guān)鍵酶基因表達，促進茉莉酸的合成，增加根系茉莉酸含量;NH4+誘導銨吸收轉(zhuǎn)運同化相關(guān)基因表達上調(diào)，促進根系對NH4+的吸收轉(zhuǎn)運和同化;NO3-誘導硝態(tài)氮吸收轉(zhuǎn)運同化相關(guān)基因表達上調(diào)，促進根系對NO3-的吸收轉(zhuǎn)運和同化。而在NH4+處理的同時，利用3μM茉莉酸合成抑制劑布洛芬(IBU)處理水稻幼苗，緩解了NH4+誘導的茉莉酸含量升高，緩解了銨吸收轉(zhuǎn)運同化相關(guān)基因表達上調(diào);在NO3-處理的同時，利用3μM IBU處理水稻幼苗，緩

6、解了NO3-誘導的茉莉酸含量升高，緩解了硝吸收轉(zhuǎn)運同化相關(guān)基因表達上調(diào)。
　　3.NH4+誘導水稻幼苗根系茉莉酸含量升高，進而誘導根尖過渡區(qū)（根尖分生區(qū)與伸長區(qū)之間的一層細胞）細胞分化，使分生區(qū)長度變短，導致根長變短。4mM的NH4處理水稻幼苗，結(jié)果表明:與對照缺氮處理相比，NH4+誘導水稻幼苗根系茉莉酸含量升高;NH4+誘導OsIAA3（該基因能促進過渡區(qū)細胞分化為伸長區(qū)細胞）表達上調(diào)，促進根尖過渡區(qū)細胞分化;NH4+誘導根尖分

7、生區(qū)長度減小，只有對照的48.5％，導致根長變短。而在NH4+處理的同時，利用3μMIBU處理水稻幼苗，消除了NH4+誘導的根尖分生區(qū)減小，消除了NH4+對根伸長生長的抑制。另外，與野生型相比，NH4+對COI1-RNAi水稻幼苗種子根伸長生長的抑制作用減弱，4mM的NH4+分別處理野生型與COI1-RNAi水稻，結(jié)果表明，與對照缺氮處理相比，NH4+對野生型種子根伸長生長的抑制率是61.1％，而對COI1-RNAi種子根伸長生長的抑制

8、率只有32.5％;在COI1-RNAi根中，OsIAA3的表達不受NH4+誘導，根尖分生區(qū)長度受NH4+的抑制作用減小。上述結(jié)果表明，NH4+通過促進茉莉酸合成，增加根系茉莉酸含量，促進根尖過渡區(qū)細胞分化，減少分生區(qū)長度，進而抑制根的伸長生長。
　　4.NH4+和NO3-誘導水稻幼苗根系茉莉酸含量升高，進而促進根毛發(fā)生及伸長相關(guān)基因表達，促進水稻幼苗根毛的發(fā)生及伸長。4mM的NH4+與4mMNO3-分別處理水稻幼苗，結(jié)果表明，與對

9、照缺氮處理相比，NH4+和NO3-誘導根系茉莉酸含量升高，根毛發(fā)生及伸長相關(guān)基因表達上調(diào)，促進根毛的發(fā)生及伸長;而分別在NH4+和NO3-處理的同時，利用3μM IBU處理水稻幼苗，抑制了NH4+和NO3-誘導的根毛的發(fā)生及伸長。此外，與野生型相比，NH4+和NO3-對COI1-RNAi水稻幼苗根毛發(fā)生及伸長的促進作用減弱，NH4+與NO3-不能誘導COI1-RNAi根毛發(fā)生與伸長相關(guān)基因表達上調(diào)，這進一步證實了根毛的發(fā)生及伸長生長與茉

10、莉酸有關(guān)。上述結(jié)果表明，NH4+與NO3-通過促進茉莉酸合成，增加根系茉莉酸含量，進而促進根毛發(fā)生及伸長相關(guān)基因表達，促進根毛的發(fā)生與伸長。
　　綜上所述，本實驗以日本晴及COI1-RNAi水稻為材料，發(fā)現(xiàn)茉莉酸參與NH4+抑制水稻幼苗種子根伸長生長過程的調(diào)控，參與NH4+和NO3-誘導水稻幼苗根毛發(fā)生及伸長過程的調(diào)控。深入探究發(fā)現(xiàn)，NH4+通過增加水稻幼苗根系茉莉酸含量，進而促進OsIAA3的表達，促進根尖過渡區(qū)細胞分化，使分生