【摘要】：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(yuǎn)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(dòng)方案》,因此,研究氮素對(duì)根系形態(tài)建成的影響及根系形態(tài)改變對(duì)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(jìn)根毛發(fā)生及伸長,茉莉酸也能抑制根伸長生長、促進(jìn)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(jī)理還不清楚,本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)材料,研究了銨態(tài)氮和硝態(tài)氮對(duì)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(jī)理。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:1.銨態(tài)氮(NH_4~+)抑制水稻幼苗種子根伸長生長,促進(jìn)根毛的發(fā)生及伸長生長;硝態(tài)氮(NO_3~-)對(duì)水稻幼苗種子根伸長生長的影響不大,但也能促進(jìn)根毛的發(fā)生及伸長生長。用不同濃度的NH_4~+和NO_3~-處理水稻幼苗,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:低濃度(0.25 mM)的NH_4~+和NO_3~-都能抑制水稻幼苗種子根的伸長生長,并達(dá)到顯著水平(P0.05),且NH_4~+對(duì)種子根伸長生長的抑制率(23.2%)大于NO_3~-(6.4%);隨著氮濃度的增加,NH_4~+對(duì)種子根伸長生長的抑制作用越來越強(qiáng)烈,而NO_3~-對(duì)種子根伸長生長的抑制作用卻不再增加,4 mM NH_4~+和4mM NO_3~-對(duì)種子根伸長生長的抑制率分別為61.1%和6.4%。NH_4~+與NO_3~-都能促進(jìn)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.NH_4~+誘導(dǎo)水稻幼苗根系茉莉酸含量升高,進(jìn)而促進(jìn)根系對(duì)銨態(tài)氮的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和同化;NO_3~-誘導(dǎo)水稻幼苗根系茉莉酸含量升高,進(jìn)而促進(jìn)根系對(duì)硝態(tài)氮的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和同化。用4 mM NH_4~+和4 mM NO_3~-分別處理水稻幼苗,結(jié)果表明:與對(duì)照缺氮處理相比,NH_4~+和NO_3~-都能誘導(dǎo)水稻幼苗根系茉莉酸合成關(guān)鍵酶基因表達(dá),促進(jìn)茉莉酸的合成,增加根系茉莉酸含量;NH_4~+誘導(dǎo)銨吸收轉(zhuǎn)運(yùn)同化相關(guān)基因表達(dá)上調(diào),促進(jìn)根系對(duì)NH_4~+的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和同化;NO_3~-誘導(dǎo)硝態(tài)氮吸收轉(zhuǎn)運(yùn)同化相關(guān)基因表達(dá)上調(diào),促進(jìn)根系對(duì)NO_3~-的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和同化。而在NH_4~+處理的同時(shí),利用3μM茉莉酸合成抑制劑布洛芬(IBU)處理水稻幼苗,緩解了NH_4~+誘導(dǎo)的茉莉酸含量升高,緩解了銨吸收轉(zhuǎn)運(yùn)同化相關(guān)基因表達(dá)上調(diào);在NO_3~-處理的同時(shí),利用3μM IBU處理水稻幼苗,緩解了NO_3~-誘導(dǎo)的茉莉酸含量升高,緩解了硝吸收轉(zhuǎn)運(yùn)同化相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)。3.NH_4~+誘導(dǎo)水稻幼苗根系茉莉酸含量升高,進(jìn)而誘導(dǎo)根尖過渡區(qū)(根尖分生區(qū)與伸長區(qū)之間的一層細(xì)胞)細(xì)胞分化,使分生區(qū)長度變短,導(dǎo)致根長變短。4 mM的NH_4~+處理水稻幼苗,結(jié)果表明:與對(duì)照缺氮處理相比,NH_4~+誘導(dǎo)水稻幼苗根系茉莉酸含量升高;NH_4~+誘導(dǎo)Os IAA3(該基因能促進(jìn)過渡區(qū)細(xì)胞分化為伸長區(qū)細(xì)胞)表達(dá)上調(diào),促進(jìn)根尖過渡區(qū)細(xì)胞分化;NH_4~+誘導(dǎo)根尖分生區(qū)長度減小,只有對(duì)照的48.5%,導(dǎo)致根長變短。而在NH_4~+處理的同時(shí),利用3μM IBU處理水稻幼苗,消除了NH_4~+誘導(dǎo)的根尖分生區(qū)減小,消除了NH_4~+對(duì)根伸長生長的抑制。另外,與野生型相比,NH_4~+對(duì)COI1-RNAi水稻幼苗種子根伸長生長的抑制作用減弱,4 mM的NH_4~+分別處理野生型與COI1-RNAi水稻,結(jié)果表明,與對(duì)照缺氮處理相比,NH_4~+對(duì)野生型種子根伸長生長的抑制率是61.1%,而對(duì)COI1-RNAi種子根伸長生長的抑制率只有32.5%;在COI1-RNAi根中,OsIAA3的表達(dá)不受NH_4~+誘導(dǎo),根尖分生區(qū)長度受NH_4~+的抑制作用減小。上述結(jié)果表明,NH_4~+通過促進(jìn)茉莉酸合成,增加根系茉莉酸含量,促進(jìn)根尖過渡區(qū)細(xì)胞分化,減少分生區(qū)長度,進(jìn)而抑制根的伸長生長。4.NH_4~+和NO_3~-誘導(dǎo)水稻幼苗根系茉莉酸含量升高,進(jìn)而促進(jìn)根毛發(fā)生及伸長相關(guān)基因表達(dá),促進(jìn)水稻幼苗根毛的發(fā)生及伸長。4 mM的NH_4~+與4 mM NO_3~-分別處理水稻幼苗,結(jié)果表明,與對(duì)照缺氮處理相比,NH_4~+和NO_3~-誘導(dǎo)根系茉莉酸含量升高,根毛發(fā)生及伸長相關(guān)基因表達(dá)上調(diào),促進(jìn)根毛的發(fā)生及伸長;而分別在NH_4~+和NO_3~-處理的同時(shí),利用3μM IBU處理水稻幼苗,抑制了NH_4~+和NO_3~-誘導(dǎo)的根毛的發(fā)生及伸長。此外,與野生型相比,NH_4~+和NO_3~-對(duì)COI1-RNAi水稻幼苗根毛發(fā)生及伸長的促進(jìn)作用減弱,NH_4~+與NO_3~-不能誘導(dǎo)COI1-RNAi根毛發(fā)生與伸長相關(guān)基因表達(dá)上調(diào),這進(jìn)一步證實(shí)了根毛的發(fā)生及伸長生長與茉莉酸有關(guān)。上述結(jié)果表明,NH_4~+與NO_3~-通過促進(jìn)茉莉酸合成,增加根系茉莉酸含量,進(jìn)而促進(jìn)根毛發(fā)生及伸長相關(guān)基因表達(dá),促進(jìn)根毛的發(fā)生與伸長。綜上所述,本實(shí)驗(yàn)以日本晴及COI1-RNAi水稻為材料,發(fā)現(xiàn)茉莉酸參與NH_4~+抑制水稻幼苗種子根伸長生長過程的調(diào)控,參與NH_4~+和NO_3~-誘導(dǎo)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),NH_4~+通過增加水稻幼苗根系茉莉酸含量,進(jìn)而促進(jìn)Os IAA3的表達(dá),促進(jìn)根尖過渡區(qū)細(xì)胞分化,使分生區(qū)減小,從而抑制水稻幼苗種子根伸長生長;NH_4~+與NO_3~-增加水稻幼苗根系茉莉酸含量,進(jìn)而促進(jìn)根毛發(fā)生及伸長相關(guān)基因表達(dá),促進(jìn)根毛的發(fā)生及伸長。
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【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S511

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊建昌;;水稻根系形態(tài)生理與產(chǎn)量、品質(zhì)形成及養(yǎng)分吸收利用的關(guān)系[J];中國農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年01期

2 李保海;施衛(wèi)明;;擬南芥幼苗對(duì)高NH_4~+響應(yīng)的特征及不同生態(tài)型間的差異[J];土壤學(xué)報(bào);2007年03期

3 王憲澤,王曉云,馮p，

本文編號(hào)：2467151