我所水稻耐鹽堿生理機(jī)制研究取得新進(jìn)展
全世界有超過8億公頃的土地受到鹽化或堿化的影響，嚴(yán)重威脅世界糧食安全和生態(tài)安全。研究表明，在新開墾的鹽堿地上種植水稻能夠加速鹽堿地改良的步伐。然而，水稻作為鹽敏感作物，在鹽堿脅迫下其生長發(fā)育及產(chǎn)量受到嚴(yán)重抑制。因此，揭示水稻響應(yīng)鹽堿脅迫的生理機(jī)制對水稻耐鹽堿育種以及鹽堿稻作區(qū)水稻增產(chǎn)具有重要的科學(xué)意義。
土壤堿化往往與鹽化相伴而生，鹽堿脅迫的顯著特征是高鹽和高堿脅迫引起的離子毒害，高pH和高滲透壓引起的植物生長或生理生化障礙。目前，對鹽堿脅迫脅迫因子的研究主要集中在鹽脅迫和滲透脅迫，而對堿脅迫的研究相對較少。中科院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所鹽漬土生態(tài)與改良學(xué)科組用Na2CO3，NaCl和PEG6000溶液模擬三種脅迫因子，揭示了水稻對不同脅迫因子的生理響應(yīng)。結(jié)果表明，滲透脅迫對種子的萌發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)烈抑制作用，其次為堿脅迫（pH=11.18）和鹽脅迫（EC=10.93mS/cm），致死閾值分別為35，70和200mmolC/L，表明種子萌發(fā)的初級階段，水分仍是限制萌發(fā)的主要因子。而進(jìn)入水稻幼苗生長階段，堿脅迫的生長抑制更為嚴(yán)重，幼苗總根長、總根表面積、根數(shù)以及根體積和株高均顯著下降。進(jìn)一步分析幼苗根系的傷害度以及細(xì)胞凋亡相關(guān)基因OsNAC4的表達(dá)水平發(fā)現(xiàn)，堿脅迫對幼苗根細(xì)胞造成了嚴(yán)重傷害。以上結(jié)果表明，堿脅迫主要是通過對根系造成致命傷害進(jìn)而嚴(yán)重抑制幼苗的生長發(fā)育。同時發(fā)現(xiàn)，水稻在鹽堿脅迫下積累大量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，并且在堿脅迫下積累最多，推測其可能是水稻應(yīng)答堿脅迫引發(fā)細(xì)胞損傷導(dǎo)致的一種結(jié)果。
上述該研究工作得到了中國科學(xué)院西部行動計(jì)劃(KZCX2-XB3-06)，公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(No.200903001)等資助，可為揭示植物適應(yīng)鹽堿脅迫的分子機(jī)制以及耐鹽堿水稻分子育種提供重要線索。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在美國Agronomy Journal上。
論文作者：呂丙盛，李曉薇，馬紅媛，魏立興，姜昌杰*，梁正偉*。
相關(guān)論文：
Bing-Sheng Lv, Xiao-Wei Li, Hong-Yuan Ma, Yang Sun, Li-Xing Wei, Chang-Jie Jiang,* and Zheng-Wei Liang*（2013）Differences in Growth and Physiology of Rice in Response to Different Saline-Alkaline Stress Factors. Agronomy Journal . 105（4）:1119-1128.
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