盐胁迫对水稻生长发育影响及1-甲基环丙烯调控机制

【作者】 张均华； Sajid Hussain； 黄洁； 黄晶； 朱练峰； 曹小闯； 朱春权； 孔亚丽； 金千瑜；

【机构】 中国水稻研究所；

【摘要】 【研究背景】我国盐碱地面积约5亿亩,可开发利用面积达2亿亩,占我国耕地总面积的10%左右。我国水稻种植面积约4.3亿亩,受盐碱影响的水稻面积超过我国水稻种植总面积的20%盐胁迫下水稻植株乙烯释放量的急剧增加,可激发水稻与成熟相关的一系列生理生化反应,严重抑制水稻生长与籽粒发育。1-甲基环丙烯(1-MCP)可通过抑制乙烯与受体的结合降低植物乙烯释放量。目前1-MCP对盐胁迫下水稻生长特征及籽粒发育特性的影响尚未有研究报道。本研究通过解析盐胁迫下水稻生理生化特征及相关蛋白表达,明确盐渍区水稻产量潜力低、植株耐盐性能差的内在机理,并通过1-MCP调控水稻强势粒、弱势粒发育特征来提高盐渍区水稻产量潜力,促进盐渍区土壤资源的高效利用。【材料与方法】盆栽试验于2016-2018年在中国水稻研究所温室进行。水稻品种为两优培九(耐盐)与日本晴(盐敏感);盐胁迫水平包括0(对照,CK),1.5 g NaCl/kg干土(低度盐胁迫,LS),4.5 g NaCl/kg干土(中度盐胁迫,MS)以及7.5 g NaCl/kg干土(重度盐胁迫,HS)。1-MCP处理包括水稻孕穗中期施用1-MCP以及不施用1-MCP。【结果与分析】水稻孕穗中期施用1-MCP可降低水稻籽粒,尤其显著降低弱势粒的乙烯释放量,并可显著提升水稻弱势粒的灌浆速率。与不施用1-MCP相比,施用1-MCP的供试水稻剑叶光合速率、气孔导度、呼吸速率、SPAD值以及叶面积指数均有较大幅度提高。1-MCP对两优培九灌浆速率及籽粒重量的提升作用优于日本晴。与不施用1-MCP相比,施用1-MCP的两优培九在CK、LS、HS水平下的产量分别提升35.6%、37.6%和35.3%。施用1-MCP可改善水稻叶片生化特征,包括提高超氧化物歧化酶活性、叶绿素含量、脯氨酸含量和蛋白质合成等,降低叶片丙二醛、H2O2含量,进而提高盐胁迫下供试水稻干物重等。随盐胁迫水平提高,日本晴的剑叶细胞膜透性要高于两优培九。盐胁迫也显著降低了供试水稻根系活力以及剑叶的蛋白表达。盐胁迫对两优培九根系活力的抑制作用轻于日本晴处理。ITRAQ蛋白定量分析表明,与CK相比,LS、MS、HS处理的两优培九叶片分别有28、368和491个蛋白上调表达。日本晴在HS盐胁迫水平下未能存活。与CK相比,LS和MS处理的日本晴叶片分别有239和337个蛋白上调表达。盐胁迫水平下,两优培九叶片蛋白上调表达量高于日本晴处理,这可能是两优培九耐盐性能优于日本晴处理的原因。【结论】1-MCP可显著提升盐胁迫下水稻剑叶光合特征及籽粒灌浆速率,可改善盐胁迫下水稻生理、生长及生化特征参数,可作为提升盐渍区土壤及水稻生产力的重要改良措施。更多还原