【摘 要】
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缺铁是水稻生长过程中一种常见的逆境胁迫,通常造成水稻减产以及谷物铁离子含量过少。相对于治理缺铁胁迫的传统手段,生物方法环境友好且易于推广,具有很大的价值。实验室前期筛选出一株水稻内生放线菌Streptomyces hygroscopicus OsiSh-2,该菌在缺铁环境中能够高效摄取铁,因此能够通过竞争铁元素抑制稻瘟病菌的生长。本论文以OsiSh-2为研究对象,探究其在缺铁情况下对宿主水稻生长的
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缺铁是水稻生长过程中一种常见的逆境胁迫,通常造成水稻减产以及谷物铁离子含量过少。相对于治理缺铁胁迫的传统手段,生物方法环境友好且易于推广,具有很大的价值。实验室前期筛选出一株水稻内生放线菌Streptomyces hygroscopicus OsiSh-2,该菌在缺铁环境中能够高效摄取铁,因此能够通过竞争铁元素抑制稻瘟病菌的生长。本论文以OsiSh-2为研究对象,探究其在缺铁情况下对宿主水稻生长的影响及作用机制,相关的研究结果如下:（1）OsiSh-2能够促进水稻生长,并缓解缺铁胁迫对水稻生长的影响。将接种OsiSh-2（E+）和未接种OsiSh-2（E-）的水稻幼苗分别培养在含铁浓度2.0或0 mg/L的水培液中,发现在缺铁情况下,OsiSh-2可以显著提高水稻苗期生长相关指标,包括株高、根长、地上和地下部分鲜干重、叶绿素含量和光合作用速率,尤其是光合作用速率增加了92.8%。另外,E+水稻的叶绿素合成（HemA1）和光合作用过程相关基因（atpE）的表达量比E-水稻分别上调了近0.51倍和0.37倍。同时,在正常铁环境下,OsiSh-2对水稻幼苗也产生了一样的影响,生物量显著提高,光合作用速率增加了35.5%,HemA1和atpE的表达量比E-水稻分别上调了近0.51倍和0.47倍。而且,分蘖期E+水稻的光合作用速率和分蘖数分别比E-水稻显著提高了11.1%和24.4%;到水稻成熟期,E+水稻主穗的穗粒数、单穗重和穗长得到提高,尤其是单穗重提高了14.4%。（2）OsiSh-2促进了水稻对铁离子的转运和积累。缺铁环境下,E+水稻的铁离子吸收率和地上、地下部分铁离子积累量要显著高于E-水稻,分别提高了14.0%,59.1%和64.6%;且E+水稻的铁离子转运基因OsFRDL1的表达量显著上调了将近0.76倍。同时,在正常情况下,E+水稻的籽粒中的Fe元素也比E-水稻显著提高了41.9%。（3）解析了缺铁逆境下OsiSh-2促进水稻的铁吸收、保证生长的两种策略。检测水稻根系分泌物中不同类型铁载体产量、植物铁载体合成（OsNAS1和OsNAS2）和转运相关基因（OsYSL15）的表达量,发现OsiSh-2通过提高自身特有铁载体的分泌（增加了近44.4%）,促进水稻根际Fe3+的吸收,同时负反馈调控降低了水稻自身所产铁载体产量,节省了植物抗逆所需的能量;另一方面,检测水稻和内生菌的酸化能力和高铁还原酶活性,水稻中高铁还原酶合成相关基因（OsFRO1和OsFRO2）和Fe2+转运蛋白（OsIR T1和OsNRAMP1）相关基因的表达量,发现OsiSh-2通过加强水稻根际的高铁还原酶活性和环境酸化程度,促进了 Fe2+形成并被转运进水稻体内,使水稻在缺铁环境中依然能够较好的生长。总之,在缺铁环境下,水稻内生放线菌OsiSh-2可以通过增强水稻对Fe3+的螯合能力和对Fe3+的还原能力和来帮助水稻摄取环境中的铁元素,并促进水稻体内铁的转运,保证各组织铁的供应,来减缓缺铁胁迫对水稻的影响,以保证水稻的生长。本论文为内生菌与宿主相互作用,共同抵抗逆境胁迫的模式提供了新的依据,并为开发适用于缺铁环境的生物肥料提供了理论基础。
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