外源钾缓解水稻亚铁胁迫作用和机制得研究.pdfVIP

外源钾缓解水稻亚铁胁迫的作用及机制研究 摘要 水稻在农业生产中占据着重要地位，世界上一半以上的人口的主食来自水稻，使 其成为全球重要的粮食作物。植物亚铁毒害在热带、亚热带地区常见，并被认为是酸 性土壤中抑制水稻生长的重要限制因素，随着全球酸性土壤面积的日益扩大，如何防 治铁毒，寻求一条缓解植物铁胁迫的经济有效的途径，以及如何提高水稻的铁耐性已 成为植物逆境生物学研究的热点领域之一。本实验选用耐铁毒型水稻品种协优9308 和铁毒敏感型品种II优838作为研究材料，采用水培实验，从生理学水平研究外源 钾对铁胁迫下水稻种子萌发特性，生长特性，抗氧化酶系统以及叶绿素荧光特性的影 响：从细胞水平研究外源钾对铁胁迫下水稻根系细胞壁多糖组分以及果胶甲酯酶、酸 性磷酸酶活性变化的影响；从营养学水平研究铁钾互作对水稻元素吸收、运输以及在 植株体内积累与分配规律的影响，从而全面系统的阐述外源钾对铁胁迫下不同耐铁性 基因型水稻生理特性的影响，以期为防治水稻铁毒提供理论依据，并为水稻生长提供 适宜的环境及提高产量提供科学依据。结果概述如下： (1)两种不同基因型水稻种子在高铁胁迫下其幼芽和幼根的生长均受到严重抑 制，抗氧化酶活性与淀粉酶活性均表现出下降趋势，且铁敏感品种II优838的受铁 胁迫程度大于耐铁毒品种协优9308。施加外源钾，铁毒对水稻幼芽和幼根的细胞分 裂及伸长的抑制均得到缓解，外源钾促进了种子的萌发，使其种子的发芽率、发芽指 数、保护酶活性及淀粉酶活性均有提升。外源钾对两种不同基因型水稻II优838及 协优9308的在亚铁胁迫条件下较适宜的缓解浓度均在200 mg·Ld左右。 (2)铁胁迫对水稻抗氧化酶系统及叶绿素荧光特性变化的研究结果表明，250 Fe2+胁迫下，两品种水稻的抗氧化酶活性及叶绿素含量均呈下降趋势，丙二醛 mg·L’1 含量呈现上升趋势，PSII的最大光化学效率Fv／Fm降低，这表明水稻的PSII反应中 心在铁胁迫下受到损害，光合作用的原初反应受到抑制，光合电子的传递过程受阻。 摘要 施加钾能在某种程度上削弱铁毒对光合作用的光抑制，减轻对光合机构的损伤，从而 使水稻能够更好地进行光和作用。 (3)不同浓度的外源钾对水稻的生长特性以及不同器官和亚细胞的元素吸收运输 规律的影响结果表明，铁胁迫条件下水稻吸收运输到体内的元素含量过多，两品种水 稻体内的铁含量显著上升，生长均受到严重抑制，钾、钠、钙、锌等矿质元素的吸收 与运输受阻并出现分配不均衡现象。施加外源钾可以有效解除铁胁迫对水稻生长的抑 制作用，降低水稻体内铁含量，并促进营养元素钾、钠、钙、锌等的吸收，平衡水稻 对矿质营养元素的吸收与分配。在亚细胞中，铁钾元素主要分布于水稻细胞壁组分和 可溶性组分中。由此可知，高铁胁迫影响了其它矿质元素的吸收以及向地上部的运输， 使水稻营养元素的吸收与分配不能达到均衡水平，从而影响水稻的光合作用及呼吸作 用，致使该水稻不能满足人体对营养物质的正常需求，施加适宜浓度的钾有利于平衡 营养元素的吸收运输及分配，从而促进水稻生长。 HCl含量、HC2含量显著增加，II优838酶活性及细胞壁多糖含量提高幅度较大， 表现出其铁毒敏感性；并且随着处理时间的延长，铁胁迫对两种水稻相对根长，PME 活性、HCl含量及HC2含量的影响越显著，但APA活性和果胶含量则没有明显变化。 加入外源钾可以不同程度的降低细胞壁多糖含量及酶活性，随着外源钾浓度升高，水 稻铁毒症状得到了不同程度的缓解，但当钾浓度达到400 mg·L．1时又会对水稻造成新 的胁迫。由此可知，外源钾处理能有效降低根细胞壁的果胶含量，并降低果胶甲酯酶 的活性，使水稻根系与铁结合的羧基位点减少，从而减少铁在细胞壁的吸附。 (5)在250 升，柠檬酸合酶和苹果酸脱氢酶活性上升，乌头酸酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性 下降，除柠檬酸含量变化没有显著差异外，苹果酸和有机酸代谢酶在各处理间均有显 著差异，这表明铁胁迫影响了水稻的三羧酸循环以及乙醛酸循环，使其体内的代谢系 统不能正常工作。外源钾的施加可以不同程度的缓解铁胁迫对有机酸代谢系统的影 响，但依然不能达到对照组的水平。 关键词：水稻：铁胁迫；钾；细胞壁多糖；有