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本研究以水稻作为实验材料,探讨在水分胁迫条件下,外施逆境信号物质茉莉酸甲酯(MeJA)对不同抗旱水稻品种抗旱性的影响,通过测定叶片水势,保护酶活性(SOD,POD,CAT),脂氧合酶(LOX)活性,渗透调节(有机渗透调节物质包括可溶性糖含量,脯氨酸含量,游离氨基酸含量,无机渗透调节物质包括K<+>,Ca<2+>,Mg<2+>含量),叶片MDA含量,光合作用,叶绿素荧光,叶绿素含量,内源ABA含量等系列生理生态指标,研究外源MeJA提高水稻抗旱性的生理生态机理,从而为水稻作物的生理节水和抗旱稳产提供理论依据和实践指导。
本研究选择抗旱性较强的中二欧6和抗旱性较弱的丰华占水稻,研究了干旱逆境下喷施茉莉酸甲酯(MeJA)对水稻幼苗抗旱的生理效应。结果表明,两个品种在干旱处理后叶片水势比对照显著减小。与单独干旱相比,喷施MeJA,能显著提高抗旱性较强的中二欧6水稻品种的叶片水势,而对丰华占影响则不大。干旱条件下,丰华占和中二欧6两个品种叶片保护性酶(SOD,CAT,POD)活性,游离氨基酸,脯氨酸及可溶性糖含量均比对照显著增加,而经MeJA处理后,各指标含量比干旱处理均有所降低。其中POD活性,游离氨基酸,可溶性糖及脯氨酸含量均与干旱处理有显著差异。从各指标看,中二欧6品种比丰华占品种增长要小。
不同浓度MeJA处理对水稻抗旱性的影响也有所不同。在水稻遭受干旱胁迫时,施加三个不同浓度(250μM,2.5μM,0.25μM)的MeJA,研究其对水稻抗旱性的影响。结果表明,干旱处理使水稻叶片中水势、叶绿素含量显著下降,而喷施MeJA则起到缓解下降效应;水分胁迫后叶片MDA含量、电导率、LOX活性及无机渗透调节物质均显著上升,而不同浓度的MeJA处理后这些指标有明显下降,显示MeJA能在一定程度上缓和水稻所受的干旱胁迫。但MeJA的调节作用存在浓度效应,0.25μM MeJA处理抗旱效果最好,2.5μM次之,然后是250μM。表明低浓度比高浓度调节作用更显著,更有利于植株各生理指标接近于对照。
不同程度干旱胁迫下不同浓度(250μM,2.5μM,0.25μM)MeJA处理对水稻抗旱性的研究表明,随着水分胁迫的加深,水稻叶片中各生理生化指标均有相应的变化,叶片MDA含量,电导率及LOX活性都有不同程度的增加,而叶片水势显著下降,且与对照形成显著差异,也就是说明,水稻遭受伤害随着干旱加剧而增加。施加MeJA后,水稻遭受胁迫的程度有所缓解,不过在高度干旱情况下,MeJA并不能使水稻完全恢复到对照水平,水稻仍然受一定程度的伤害,其中浓度较小的MeJA处理使水稻恢复较多,可以认为是增强水稻抗旱性的较适宜浓度。通过添加茉莉酸信号途径的抑制剂SHAM处理水稻后,发现水稻叶片中的各项生理生化指标均有相应变化。在与对照具有显著差异性的干旱处理条件下,施加MeJA后,叶片的水势,叶绿素含量,叶绿素荧光值,蒸腾速率,气孔导度,细胞间二氧化碳浓度等都有明显升高,LOX活性及内源ABA含量则有所下降,表现与对照接近的趋势。在施加MeJA的基础上喷施SHAM后,这种变化受到了显著抑制,表现与干旱处理接近的趋势。SHAM能够特异性地抑制脂氧合酶的活性,从而阻断植物体内茉莉酸信号途径。本实验通过同时喷施MeJA和SHAM,与仅施MeJA的处理进行比较,验证了SHAM确实对MeJA具有一定程度的抑制作用,从而进一步说明水稻处于干旱条件下,叶面喷施MeJA对水稻的抗旱性具有明显的诱导效应。
总之,通过水稻品种实验,MeJA的浓度效应实验,干旱程度实验及化学调控实验等几个研究,表明茉莉酸甲酯能明显降低水分胁迫条件下水稻受伤害程度,也即在生理上提高了水稻的抗旱性。同时还发现,MeJA的调节作用存在浓度效应,低浓度比高浓度调节作用更显著。