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水稻作为用水量最多的重要粮食作物之一,其生产受干旱影响严重。因此,提高水稻的抗旱性具有十分重要的意义。内生菌稳定定殖在宿主体内,可与宿主协同进化、互惠共生,具有增强植物抗逆性的潜力。本研究以从水稻叶片分离得到的内生放线菌StreptomycesalbidoflavusOsiLf-2(以下简称OsiLf-2)为实验材料,分别采用其孢子悬浮液种子包埋法(水培实验)和喷施叶片法(土培实验)处理水稻(籼稻9311),设置OsiLf-2处理组(E+)和未处理对照组(E-)。在水培实验中利用20%聚乙二醇6000(PEG)模拟干旱胁迫,土培实验中进行自然干旱胁迫,分析OsiLf-2对水稻抗旱性的影响。本论文旨在探究内生放线菌调控水稻抗旱性的特点和生理机制,取得了以下研究结果:
(1)OsiLf-2能够缓解干旱胁迫对水稻生长的影响。PEG模拟干旱胁迫处理7d后,E+处理组幼苗的生长生理指标均显著高于E-组,其中地上和地下鲜重分别提高47.8%和47.6%。进一步发现E+处理组幼苗的叶绿素含量和净光合速率均比E-组显著提高了30.6%和12.5%。而自然干旱胁迫处理后,E+处理组水稻的产量相关指标均显著高于E-组,尤其是穗长和穗粒数分别提高13.8%和46.6%。说明干旱胁迫条件下OsiLf-2能够帮助水稻提高其光合作用,稳定水稻的产量。
(2)干旱条件下OsiLf-2能够帮助维持水稻细胞膜的完整性。PEG模拟胁迫1.5小时后,E-组幼苗的叶片和根系均已经出现H2O2的积累,而E+组基本没有出现。同时,E+处理组的抗氧化相关酶(SOD、POD、CAT)的活性提高,幼苗电导率及丙二醛含量指标均显著低于E-组。表明OsiLf-2能够减少干旱胁迫引起的过量ROS,缓解对幼苗细胞膜的伤害,维持了细胞膜的完整性。
(3)干旱条件下OsiLf-2能够提高水稻中渗透调节物质的含量。在PEG模拟胁迫条件下,E+处理组的水稻幼苗的脯氨酸和可溶性糖含量提高,可见OsiLf-2可能通过提高渗透调节物质含量以保持细胞或组织的持水能力,减少干旱对水稻造成的伤害。
(4)干旱条件下OsiLf-2提高了水稻抗旱基因的表达量。在PEG模拟胁迫条件下,E+处理组的水稻幼苗中的抗旱相关基因(OsLEA3,OsP5CS1,OsP5CS2,OsMYB4和OsWRKY11)的表达量均得到提高,增强了其抗旱性能。
综上所述,水稻内生菌OsiLf-2提高了水稻幼苗在干旱胁迫下的渗透调节能力、抗氧化酶活性、光合特性和抗旱相关基因的表达,促进了水稻幼苗生物量的积累和根系的发育,并提高水稻产量。本研究为进一步将OsiLf-2开发成生物肥料,用于增强水稻抵御逆境的能力提供了理论基础。
(1)OsiLf-2能够缓解干旱胁迫对水稻生长的影响。PEG模拟干旱胁迫处理7d后,E+处理组幼苗的生长生理指标均显著高于E-组,其中地上和地下鲜重分别提高47.8%和47.6%。进一步发现E+处理组幼苗的叶绿素含量和净光合速率均比E-组显著提高了30.6%和12.5%。而自然干旱胁迫处理后,E+处理组水稻的产量相关指标均显著高于E-组,尤其是穗长和穗粒数分别提高13.8%和46.6%。说明干旱胁迫条件下OsiLf-2能够帮助水稻提高其光合作用,稳定水稻的产量。
(2)干旱条件下OsiLf-2能够帮助维持水稻细胞膜的完整性。PEG模拟胁迫1.5小时后,E-组幼苗的叶片和根系均已经出现H2O2的积累,而E+组基本没有出现。同时,E+处理组的抗氧化相关酶(SOD、POD、CAT)的活性提高,幼苗电导率及丙二醛含量指标均显著低于E-组。表明OsiLf-2能够减少干旱胁迫引起的过量ROS,缓解对幼苗细胞膜的伤害,维持了细胞膜的完整性。
(3)干旱条件下OsiLf-2能够提高水稻中渗透调节物质的含量。在PEG模拟胁迫条件下,E+处理组的水稻幼苗的脯氨酸和可溶性糖含量提高,可见OsiLf-2可能通过提高渗透调节物质含量以保持细胞或组织的持水能力,减少干旱对水稻造成的伤害。
(4)干旱条件下OsiLf-2提高了水稻抗旱基因的表达量。在PEG模拟胁迫条件下,E+处理组的水稻幼苗中的抗旱相关基因(OsLEA3,OsP5CS1,OsP5CS2,OsMYB4和OsWRKY11)的表达量均得到提高,增强了其抗旱性能。
综上所述,水稻内生菌OsiLf-2提高了水稻幼苗在干旱胁迫下的渗透调节能力、抗氧化酶活性、光合特性和抗旱相关基因的表达,促进了水稻幼苗生物量的积累和根系的发育,并提高水稻产量。本研究为进一步将OsiLf-2开发成生物肥料,用于增强水稻抵御逆境的能力提供了理论基础。