【摘 要】
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铵是水稻等喜铵作物的首选氮源,但不合适的铵浓度会对植物造成明显的毒害作用。土壤中的许多物质都能缓解这种毒害作用,其中研究得最多的缓解物质是钾和硝酸盐。然而,以前对钾或硝酸盐缓解植物铵毒害的研究是独立进行的,尚无系统研究两种物质的缓解作用是否存在协同效应。本研究发现,K+和NO3-共同存在时,对铵毒害胁迫条件下植物生长的缓解效果,明显强于两个离子单独存在时的缓解效果。基于这一现象,推测K+和NO3-
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铵是水稻等喜铵作物的首选氮源,但不合适的铵浓度会对植物造成明显的毒害作用。土壤中的许多物质都能缓解这种毒害作用,其中研究得最多的缓解物质是钾和硝酸盐。然而,以前对钾或硝酸盐缓解植物铵毒害的研究是独立进行的,尚无系统研究两种物质的缓解作用是否存在协同效应。本研究发现,K+和NO3-共同存在时,对铵毒害胁迫条件下植物生长的缓解效果,明显强于两个离子单独存在时的缓解效果。基于这一现象,推测K+和NO3-在铵毒害的缓解过程中存在协同作用。通过对不同缓解离子处理下水稻幼根的各种表型、生理生化、生长素指标的检测和转录组测序数据分析,证明了这种协同作用的存在,同时证明了Os CIPK18是该协同作用的一个分子节点。主要研究结果如下:1.铵毒害胁迫条件下,K+和NO3-的协同缓解作用使水稻幼根的胚芽鞘冠根和不定根的数目和体积增加,胚生主根及其侧根的长度增长,这种协同作用还能使根尖细胞形态、分生区和伸长区的长度、根冠和分生区前端的生长素信号分布恢复到非铵毒害状态。2.铵毒害胁迫条件下,K+和NO3-的共同存在不会上调水稻幼根GS/GOGAT代谢系统的活力,但能上调Os GDH1的表达量。NO3-的存在会促进水稻幼根对K+的吸收,K+的存在会使NO3-在幼苗的地上和地下部分的分配变得更均匀,从而提高了根中K+与NO3-的含量,使根系的营养、电荷和氧化还原状态更均衡,这可能是钾与硝酸盐协作缓解铵毒害的机制之一。3.铵毒害胁迫条件下,K+与NO3-的共同存在会抑制水稻幼根的根际酸化程度,这可能是钾与硝酸盐协作缓解铵毒害的又一机制。与K+和NO3-的单独缓解处理组相比,KNO3缓解处理组水稻幼根的转录组状态更接近于非铵毒害处理组,这从转录水平上证明了这种协同作用的存在。该协同作用涉及到细胞骨架和细胞壁合成系统、多种离子和糖转运系统、抗氧化系统、多种激素合成和调控系统、钙调系统、转录和翻译及翻译后水平的调控系统等。4.Os CIPK18的缺失会使KNO3对水稻幼根铵毒害的缓解效果减弱,但不影响KCl和Na NO3的缓解效果。这表明Os CIPK18可能是K+与NO3-在铵毒害的协同缓解作用中的一个分子节点。
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