外源鉀緩解水稻亞鐵脅迫的作用及機制研究.pdf

1、水稻在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著重要地位,世界上一半以上的人口的主食來自水稻,使其成為全球重要的糧食作物。植物亞鐵毒害在熱帶、亞熱帶地區(qū)常見,并被認為是酸性土壤中抑制水稻生長的重要限制因素,隨著全球酸性土壤面積的日益擴大,如何防治鐵毒,尋求一條緩解植物鐵脅迫的經(jīng)濟有效的途徑,以及如何提高水稻的鐵耐性已成為植物逆境生物學研究的熱點領(lǐng)域之一。本實驗選用耐鐵毒型水稻品種協(xié)優(yōu)9308和鐵毒敏感型品種Ⅱ優(yōu)838作為研究材料,采用水培實驗,從生理學水平研究外

2、源鉀對鐵脅迫下水稻種子萌發(fā)特性,生長特性,抗氧化酶系統(tǒng)以及葉綠素熒光特性的影響;從細胞水平研究外源鉀對鐵脅迫下水稻根系細胞壁多糖組分以及果膠甲酯酶、酸性磷酸酶活性變化的影響；從營養(yǎng)學水平研究鐵鉀互作對水稻元素吸收、運輸以及在植株體內(nèi)積累與分配規(guī)律的影響,從而全面系統(tǒng)的闡述外源鉀對鐵脅迫下不同耐鐵性基因型水稻生理特性的影響,以期為防治水稻鐵毒提供理論依據(jù),并為水稻生長提供適宜的環(huán)境及提高產(chǎn)量提供科學依據(jù)。結(jié)果概述如下:
　　 (1

3、)兩種不同基因型水稻種子在高鐵脅迫下其幼芽和幼根的生長均受到嚴重抑制,抗氧化酶活性與淀粉酶活性均表現(xiàn)出下降趨勢,且鐵敏感品種Ⅱ優(yōu)838的受鐵脅迫程度大于耐鐵毒品種協(xié)優(yōu)9308。施加外源鉀,鐵毒對水稻幼芽和幼根的細胞分裂及伸長的抑制均得到緩解,外源鉀促進了種子的萌發(fā),使其種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、保護酶活性及淀粉酶活性均有提升。外源鉀對兩種不同基因型水稻Ⅱ優(yōu)838及協(xié)優(yōu)9308的在亞鐵脅迫條件下較適宜的緩解濃度均在200 mg·L-1左右。

4、
　　 (2)鐵脅迫對水稻抗氧化酶系統(tǒng)及葉綠素熒光特性變化的研究結(jié)果表明,250mg·L-1 Fe2+脅迫下,兩品種水稻的抗氧化酶活性及葉綠素含量均呈下降趨勢,丙二醛含量呈現(xiàn)上升趨勢,PSⅡ的最大光化學效率Fv／Fm降低,這表明水稻的PSⅡ反應(yīng)中心在鐵脅迫下受到損害,光合作用的原初反應(yīng)受到抑制,光合電子的傳遞過程受阻。施加鉀能在某種程度上削弱鐵毒對光合作用的光抑制,減輕對光合機構(gòu)的損傷,從而使水稻能夠更好地進行光和作用。

5、　　 (3)不同濃度的外源鉀對水稻的生長特性以及不同器官和亞細胞的元素吸收運輸規(guī)律的影響結(jié)果表明,鐵脅迫條件下水稻吸收運輸?shù)襟w內(nèi)的元素含量過多,兩品種水稻體內(nèi)的鐵含量顯著上升,生長均受到嚴重抑制,鉀、鈉、鈣、鋅等礦質(zhì)元素的吸收與運輸受阻并出現(xiàn)分配不均衡現(xiàn)象。施加外源鉀可以有效解除鐵脅迫對水稻生長的抑制作用,降低水稻體內(nèi)鐵含量,并促進營養(yǎng)元素鉀、鈉、鈣、鋅等的吸收,平衡水稻對礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收與分配。在亞細胞中,鐵鉀元素主要分布于水稻細

6、胞壁組分和可溶性組分中。由此可知,高鐵脅迫影響了其它礦質(zhì)元素的吸收以及向地上部的運輸,使水稻營養(yǎng)元素的吸收與分配不能達到均衡水平,從而影響水稻的光合作用及呼吸作用,致使該水稻不能滿足人體對營養(yǎng)物質(zhì)的正常需求,施加適宜濃度的鉀有利于平衡營養(yǎng)元素的吸收運輸及分配,從而促進水稻生長。
　　 (4)協(xié)優(yōu)9308和Ⅱ優(yōu)838的相對根長呈現(xiàn)大幅度下降,APA、PME、果膠含量、HCl含量、HC2含量顯著增加,Ⅱ優(yōu)838酶活性及細胞壁多糖含量

7、提高幅度較大,表現(xiàn)出其鐵毒敏感性；并且隨著處理時間的延長,鐵脅迫對兩種水稻相對根長,PME活性、HCl含量及HC2含量的影響越顯著,但APA活性和果膠含量則沒有明顯變化。加入外源鉀可以不同程度的降低細胞壁多糖含量及酶活性,隨著外源鉀濃度升高,水稻鐵毒癥狀得到了不同程度的緩解,但當鉀濃度達到400 mg·L-1時又會對水稻造成新的脅迫。由此可知,外源鉀處理能有效降低根細胞壁的果膠含量,并降低果膠甲酯酶的活性,使水稻根系與鐵結(jié)合的羧基位點減

8、少,從而減少鐵在細胞壁的吸附。
　　 (5)在250 mg·L-1 Fe2+處理下,協(xié)優(yōu)9308和Ⅱ優(yōu)838的蘋果酸和檸檬酸含量均上升,檸檬酸合酶和蘋果酸脫氫酶活性上升,烏頭酸酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性下降,除檸檬酸含量變化沒有顯著差異外,蘋果酸和有機酸代謝酶在各處理間均有顯著差異,這表明鐵脅迫影響了水稻的三羧酸循環(huán)以及乙醛酸循環(huán),使其體內(nèi)的代謝系統(tǒng)不能正常工作。外源鉀的施加可以不同程度的緩解鐵脅迫對有機酸代謝系統(tǒng)的影響,但