一種增強(qiáng)作物抗環(huán)境非生物脅迫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種作物培養(yǎng)和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)方法，具體為一種通過植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用來增加作物根部的硝態(tài)氮分配比例，從而增強(qiáng)作物抗逆性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地球上約有20%的表層土壤受到環(huán)境非生物脅迫的影響。這些土壤不僅分布在沙漠和半沙漠地區(qū)，而且還通常分布在肥沃的平原、河谷和沿海這些人口密集的灌溉地區(qū)。環(huán)境非生物脅迫主要可以分為兩種:濕地脅迫和干旱脅迫。濕地脅迫是指靠海的沼澤地區(qū)，這些地區(qū)受到海水高鹽含量的影響而產(chǎn)生鹽脅迫。干旱地區(qū)脅迫主要分布在內(nèi)陸的沙漠邊緣。其它一些脅迫的影響地區(qū)主要為內(nèi)陸湖和河流地區(qū)。環(huán)境非生物脅迫是指土壤或水源中含有的鹽分或重金屬物質(zhì)等已經(jīng)影響到了作物的正常生長(zhǎng)。因此，提高作物環(huán)境非生物脅迫條件下的抗性，建立起一套提高作物抗逆的完整技術(shù)體系，對(duì)于減輕逆境脅迫對(duì)作物的影響和提高作物產(chǎn)量都至關(guān)重要。
[0003]硝態(tài)氮是陸生植物主要的氮源。在植物體內(nèi)，硝態(tài)氮可以代謝為銨鹽，通過谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶(GS-GOGAT)循環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝彼?，而谷氨酸可以進(jìn)一步生成其他的氨基酸，從而參與構(gòu)建蛋白質(zhì)、核苷酸、葉綠素等各類分子。而更為重要的是，硝態(tài)氮本身和許多硝態(tài)氮的下游代謝產(chǎn)物可以作為信號(hào)分子調(diào)控植物的代謝、發(fā)育、生長(zhǎng)和植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)。硝態(tài)氮進(jìn)入植物體內(nèi)后，除了少部分在根部同化或儲(chǔ)存在液泡中，大多數(shù)硝態(tài)氮會(huì)通過長(zhǎng)途轉(zhuǎn)運(yùn)到植物的地上部分，在那里利用光合作用提供的碳骨架、能量和還原力，被同化為有機(jī)氮。由于這種氮同化的方式能夠?qū)⑻?、氮代謝直接偶聯(lián)起來，具有能量進(jìn)化優(yōu)勢(shì)，因此成為大多數(shù)植物的優(yōu)先選擇。由此可見，硝態(tài)氮的長(zhǎng)途轉(zhuǎn)運(yùn)過程決定了硝態(tài)氮在植物地上和地下部位的分配比例，并進(jìn)而決定了氮素同化的效率。
然而，當(dāng)外界環(huán)境不利時(shí)(例如低溫、弱光或重金屬)，會(huì)有更多的硝態(tài)氮積存在根部，即逆境誘導(dǎo)的硝態(tài)氮再分配。該過程使得硝態(tài)氮同化過程中的碳氮代謝解偶聯(lián)，可能會(huì)使得能量利用效率下降。然而這一生理過程仍然在進(jìn)化過程中保存下來并被許多植物所采用。一種解釋是，根中硝態(tài)氮的同化不會(huì)與葉中二氧化碳的固定爭(zhēng)奪還原力和能量，有利于植物在不利環(huán)境下的生長(zhǎng)。因此，從這一點(diǎn)來說，逆境誘導(dǎo)的硝態(tài)氮再分配(即逆境條件下讓更多的硝態(tài)氮累積在作物的根系中)對(duì)于提高植物的抗逆性有重要的意義。
在模式植物的研宄中發(fā)現(xiàn)，逆境誘導(dǎo)的硝態(tài)氮再分配主要是由兩個(gè)硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NRT1.MT7.6介導(dǎo)的。前者主要表達(dá)在根部的中柱鞘細(xì)胞，負(fù)責(zé)硝態(tài)氮向木質(zhì)部的裝載，后者主要表達(dá)在木質(zhì)部的薄壁細(xì)胞，負(fù)責(zé)硝態(tài)氮自木質(zhì)部的卸載。正常情況下，根部吸收的硝態(tài)氮通過.Τ1.5裝在進(jìn)入木質(zhì)部導(dǎo)管，轉(zhuǎn)移至地上部分，而地上部分的NRTL m其卸載至木質(zhì)部薄壁細(xì)胞，進(jìn)而通過共質(zhì)體運(yùn)輸至葉肉細(xì)胞。然而，當(dāng)逆境來臨時(shí)，根部NRTL 5表達(dá)量下調(diào)，減少了硝態(tài)氮向木質(zhì)部的裝載；同時(shí)，NRTL 6表達(dá)量上調(diào)，在根部卸載硝態(tài)氮。通過這種高度協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，地上、地下部分的硝態(tài)氮比例在不同的環(huán)境條件下得以被精密調(diào)節(jié)。而且，體內(nèi)逆境誘導(dǎo)的硝態(tài)氮再分配發(fā)生缺失的植物對(duì)逆境如重金屬鎘、鹽脅迫、干旱等更為敏感。這些發(fā)現(xiàn)暗示了逆境誘導(dǎo)的硝態(tài)氮再分配可能以降低能量利用效率為代價(jià)提高對(duì)植物的抗性。
可見，國內(nèi)外對(duì)硝態(tài)氮的地上、地下部分配已經(jīng)有較多研宄，但是如何利用硝態(tài)氮的長(zhǎng)途轉(zhuǎn)運(yùn)來調(diào)控作物對(duì)于環(huán)境非生物脅迫的抗性仍然沒有很好的辦法。此外，硝態(tài)氮長(zhǎng)途轉(zhuǎn)運(yùn)的這種高度協(xié)同的轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控在面對(duì)多種逆境時(shí)都會(huì)發(fā)生，暗示逆境誘導(dǎo)的硝態(tài)氮再分配是一種面對(duì)逆境的普遍機(jī)制。但是，逆境誘導(dǎo)的硝態(tài)氮再分配是如何被啟動(dòng)的，啟動(dòng)后是怎樣發(fā)揮作用并與外界環(huán)境相互作用的，仍然知之甚少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，將以上【背景技術(shù)】中提到的理論知識(shí)通過作物外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)(1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸和茉莉酮酸甲酯)的添加得以實(shí)際應(yīng)用，提供一種可以顯著增加作物根部硝態(tài)氮累積的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)方式，從而明顯提高作物對(duì)環(huán)境非生物脅迫的抗性，增強(qiáng)作物對(duì)于生長(zhǎng)環(huán)境中重金屬污染、鹽脅迫等環(huán)境非生物脅迫的抗性。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種增強(qiáng)作物抗環(huán)境非生物脅迫的方法，包括以下步驟:將幼苗置于環(huán)境非生物脅迫的模擬池中，將同時(shí)含有1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸與茉莉酮酸甲酯的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑溶液均勻?yàn)⒌接酌绲娜~片上，噴灑的量以生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑溶液完全濕潤所有葉片為準(zhǔn)。
[0006]方法原理:(I)作物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑(1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸和茉莉酮酸甲酯)的葉片噴灑可以使硝態(tài)氮長(zhǎng)途轉(zhuǎn)運(yùn)基因的表達(dá)量發(fā)生變化；(2 )硝態(tài)氮長(zhǎng)途轉(zhuǎn)運(yùn)基因發(fā)生變化以后使得更多的硝態(tài)氮分配到作物的地下部分；(3)作物地下部分硝態(tài)氮的累積比例增加可以顯著增強(qiáng)作物的抗逆性。
[0007]上述的方法中，優(yōu)選的，所述幼苗為水稻幼苗與油菜幼苗。
[0008]上述的方法中，優(yōu)選的，所述水稻幼苗的培養(yǎng)包括以下步驟:水培采用Yoshida營養(yǎng)液(國際水稻研宄所Yoshida營養(yǎng)液配方)，培養(yǎng)容器上面漂浮一個(gè)泡沫聚苯乙烯薄板，薄板上有120個(gè)孔:橫排12個(gè)、豎排10個(gè)，每孔播I兜，每兜2粒，薄板底部為尼龍網(wǎng)，種子播在其上，隨機(jī)排列，播種前先把種子放入50°C烘箱內(nèi)破除休眠3天，預(yù)先催芽，催芽后的水稻種子都用蒸餾水培養(yǎng)3~6天以后，再用Yoshida營養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)。
[0009]上述的方法中，優(yōu)選的，所述油菜幼苗的培養(yǎng)包括以下步驟:將油菜籽粒浸種于體積分?jǐn)?shù)為20%的次氯酸鈉進(jìn)行表面消毒30~50 min，用蒸餾水沖洗3~6遍以后在玻璃網(wǎng)室的土培中發(fā)芽，所用營養(yǎng)液為賀格蘭德(Hoagland)完全營養(yǎng)液，每5天澆一次營養(yǎng)液，每次澆100 ml，玻璃網(wǎng)室中晝夜平均溫度29°C /19°C,自然濕度和光照，光照強(qiáng)度為205~230 Ue/(m2.s) ο
[0010]上述的方法中，優(yōu)選的，所述環(huán)境非生物脅迫的模擬池中，鹽和鎘脅迫濃度分別為50-150 mmol.Γ1 NaCl、50?200 ymol.Γ1 CdCl2，所述水稻按6600株/畝的密度進(jìn)行移栽，所述油菜按8000株/畝的密度進(jìn)行移栽。
[0011]上述的方法中，優(yōu)選的，所述1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸的處理濃度為10~100μ mo I.ΙΛ茉莉酮酸甲酯(MeJA)的處理濃度為50-200 μ mo I.L'
[0012]上述的方法中，優(yōu)選的，所述生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理的時(shí)期為從水稻移栽后的幼苗期到灌漿期，以及從油菜移栽后的幼苗期到角果發(fā)育期，包括從移栽后的幼苗期開始每6天均勻的噴灑一次植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑直到進(jìn)入水稻的灌漿期結(jié)束，以及油菜的角果發(fā)育期結(jié)束。
[0013]上述的方法中，優(yōu)選的，所述水稻的Yoshida營養(yǎng)液中加入NH4NO3, NaH2PO4.2H β,K2SO4, CaCl2, MgSO4.7Η 20，使大量營養(yǎng)元素N、P、K、Ca、Mg在營養(yǎng)液中的含量分別為35-45,8-12,35-45,35-4045,35-45 mg/L ；同時(shí)在 Yoshida 營養(yǎng)液中加入 MnCl2* 4H 20，(NH4)6Mo7O24.2H 20，H3BO3, ZnSO4.7H 20，CuSO4.5H 20，F(xiàn)eCl3.6H 20，使微量營養(yǎng)元素 Mn、Mo、
B、Zn、Cu、Fe 在營養(yǎng)液中的含量分別為 0.4-0.6,0.04-0.06,0.18-0.22,0.018-0.022、0.008-0.012、1.8-2.2 mg/Lo
[0014]上述的方法中，優(yōu)選的，所述油菜所用賀格蘭德(Hoagland)完全營養(yǎng)液組成包括 4~6 mmol.L 1 KNO3,0.5~1.5 mmol.1, 1 KH2PO4,6—8 mmol.L 1 MgSO4,4—6 mmol.L 1Ca (NO3) 2.4H20，2-4 mmol.L-1 Fe-EDTA，0.4-0.6 mg.L-1 B，0.4-0.6 mg.L-1 Mn，0.04-0.06mg.L 1 Zn,0.01—0.03 mg.L 1 Cu,0.005—0.015 mg.L 1 Mo。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明所使用的外源作物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑(1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸和茉莉酮酸甲酯)能夠有效調(diào)控硝態(tài)氮在作物地上、地下部的分配，從而顯著提高作物抗環(huán)境非生物脅迫的能力，為增強(qiáng)作物的抗逆性提供可行的調(diào)節(jié)手段。具體表現(xiàn)為:
(1)目前還沒有一種方法能夠?qū)I養(yǎng)調(diào)控和環(huán)境非生物脅迫調(diào)控相協(xié)調(diào)，本方法采用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)(1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸和茉莉酮酸甲酯)可以將作物的抗逆性與硝態(tài)氮的分配調(diào)控相結(jié)合；
(2)現(xiàn)有的技術(shù)可以觀測(cè)到作物根部累積更多的硝態(tài)氮以后可以顯著影響作物的氮素利用效率，但是并不了解作物吸收硝態(tài)氮的分配調(diào)控可以調(diào)節(jié)作物的抗逆性，本方法通過植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的施用，可以使作物地下部的硝態(tài)氮累積比例增加25%左右，顯著增強(qiáng)了作物的抗逆性；
(3)現(xiàn)有的技術(shù)僅僅知道逆境條件下可以使作物產(chǎn)生更多的乙烯和茉莉酸，但并不清楚產(chǎn)生更多的乙烯和茉莉酸對(duì)作物抗逆性的作用，本方法利用乙烯和茉莉酸類物質(zhì)的噴施，充分說明逆境條件下產(chǎn)生的激素對(duì)作物硝態(tài)氮營養(yǎng)分配的調(diào)節(jié)能力及其對(duì)作物抗逆性的影響；
(4)對(duì)水稻和油菜施用了植物外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑(1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸和茉莉酮酸甲醋)處理以后，使作物在強(qiáng)逆境生長(zhǎng)條件下(50~150 mmol.L^1NaCK 50-200 μ mo I.L—1CdCl2)的存活率分別提高了 30%和45%左右。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中鹽脅迫環(huán)境下添加生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑與不添加生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑水稻的生長(zhǎng)速率對(duì)比圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中水稻收獲期成活率的對(duì)比圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中水稻抽穗期地下/地上部硝態(tài)氮含量的比值對(duì)比圖。
[0020]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中水稻葉綠素a含量的對(duì)比圖。
[0021]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中水稻總?cè)~綠素(葉綠素a+葉綠素b)含量的對(duì)比圖。
[0022]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中水稻干物質(zhì)量的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說明書較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體的實(shí)施例。
[0024]除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。<