水稻根系高效吸收硅素的生理机制研究

论文摘要

本试验于2005-2007年连续三年在河南农业大学科教园区与河南农业大学作物生长发育调控重点实验室进行.采用室外池栽水培与室内盆栽水培相结合的试验方法,选择硅素吸收速率差异显著的四个水稻品种为试验材料,高效硅素吸收品种:TN1、白香粳;低效硅素吸收品种:卷叶粳、一目惚。以国际水稻研究所吉田昌一的营养液配方为基础配方,通过设置不同的硅素浓度,研究了不同硅素水平下水稻根系形态、糖酵解途径、氧化磷酸化和磷酸戊糖途径关键酶活性等与硅素吸收的关系,并通过代谢抑制剂的处理方式,探讨了根系ATP合成对硅素吸收的影响。分析了不同硅素效率品种间吸收硅素能力差异的原因,研究主要结果如下:1、硅素吸收动力学研究表明四个水稻品种的最大吸收速率TN1、白香粳分别比卷叶粳、一目惚高出35.6%、28.8%与43.5%、36.3%,表明TN1、白香粳为高效吸收硅素品种,卷叶粳、一目惚为低效硅素吸收品种。2、随着硅素水平的提高,根长变短、根条数增多、侧根数减少、根直径稍微有所增加但差异不显著,生物量比较发现,地上部生物量增加,根冠比减小。侧根在整个硅素吸收中起占主导作用,根系越长、侧根数越多越有利于硅素的吸收。随着硅素含量升高,IAA、ZR、GA3呈上升趋势,ABA呈下降趋势,IAA/ABA、ZR/ABA比值在逐渐升高,ABA/GA3比值在下降。3、抑制剂的加入显著降低了根系ATP的含量,其中DNP是氧化磷酸化的解偶联剂,0.5mMDNP抑制6个小时以后,而硅素的吸收量被抑制了90%。经过HgCl2处理的四个水稻品种硅素吸收量明显下降,对照之间两个高效品种与两个低效品种之间的吸收量差异达极显著水平,白香粳根中的ATP含量最高,TN1次之,处理后四个品种的硅素吸收量差异不明显,但与对照之间的差异达极显著水平。四个品种对照高出处理分别为:TN1为92.5%、卷叶粳96.7%、白香粳88.7%、一目惚91.3%,平均抑制率达92.3%。4、随着硅素水平的提高,磷酸戊糖途径,糖酵解途径、三羧酸循环途径同步为硅素吸收提供能量,并且相互影响,从硅素吸收下降情况进行比较,糖酵解三羧酸循环是关键途径,磷酸戊糖途径在其中平均占42%。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 文献综述
• 1.1 硅素的作用
• 1.2 研究硅素历程
• 1.2.1 水稻对硅素的吸收模式
• 1.2.2 水稻吸收硅素的动态变化
• 1.2.3 硅素在水稻中的分布、存在形态及含量
• 1.3 水稻对硅素吸收机理及分子机制
• 1.3.1 水稻对硅素的主动运输
• 1.3.2 硅素具有特殊吸收形式-胞饮
• 1.4 研究水稻吸收硅素所采用的技术与方法
• 1.5 硅素对水稻有益性的影响及作用作用机制机理
• 1.6 硅素吸收生理调控的可行性
• 2 引言
• 3 材料与方法
• 3.1 试验设计
• 3.1.1 2005年试验
• 3.1.2 2006-2007年
• 3.2 测定项目与方法
• 3.2.1 硅的比色测定
• 3.2.2 植株根系形态指标测定
• 3.2.3 植物根系逆境伤害程度
• 3.2.4 呼吸途径中的三种酶
• 3.2.5 PGI活性的测定
• 3.2.6 G-6-PDH和5-PGDH联合酶活性的测定
• 3.2.7 MDH活性的测定
• 3.2.8 根系激素含量测定
• 3.2.9 琥珀酸脱氢酶活性的测定
• 3.2.10 细胞色素氧化酶
• 3.2.11 ATP酶测定方法
• 3.2.12 不同类型根系对硅素的吸收
• 3.2.13 根系ATP含量测定
• 4 结果与分析
• 4.1 不同基因型水稻品种根系吸收硅素动力学参数特性
• 4.2 不同硅素效率基因型水稻根系形态学差异分析
• 4.2.1 不同基因型水稻品种在不同供硅水平下地上部、根部生物量及根冠比变化
• 4.2.2 不同基因型水稻品种对不同供硅水平下根条数的响应
• 4.2.3 不同基因型水稻品种在不同供硅水平下总根长的变化
• 4.2.4 不同供硅水平对不同水稻品种侧根数的影响
• 4.2.5 不同根系部位处理对硅素吸收的影响
• 4.2.6 不同基因型水稻根直径对供硅水平的响应
• 4.2.7 水稻根系形态与硅素吸收的关系
• 4.2.8 水稻根系内源激素含量与硅素吸收的关系
• 4.3 三羧酸循环途径在硅素高效吸收的作用
• 4.3.1 糖酵解过程与硅素高效吸收的关系
• 4.3.1.1 不同基因型水稻品种糖酵解关键酶活性在硅素水平下的变化
• 2处理后根系吸收硅素量及根中ATP含量变化'>4.3.1.2 HgCl₂处理后根系吸收硅素量及根中ATP含量变化
• 4.3.2 三羧酸循环途径在硅素高效吸收中的作用
• 4.3.2.1 三羧酸循环途径关键酶活性与硅素吸收的关系
• 4.3.2.2 丙二酸处理对水稻苗期琥珀酸脱氢酶活性的影响
• 4.3.3 氧化磷酸化过程在硅素吸收的作用
• 4.3.3.1 氧化磷酸化解偶联剂DNP处理后细胞色素氧化酶活性变化
• 4.3.3.2 不同呼吸代谢途径能量合成抑制剂对ATPase活性的影响
• 4.3.3.4 ATP、ATPase活性与硅素吸收的相关性分析
• 4.4 磷酸戊糖途径在硅素吸收的作用
• 4.4.1 不同正磷酸钠浓度对品种TN1硅素吸收的影响
• 4.4.2 不同基因型水稻在磷酸戊糖途径受到抑制情况下的硅素量
• 4.4.3 不同基因型水稻品种在磷酸戊糖途径受到抑制情况下根中ATP含量变化
• 4.5 不同代谢途径抑制剂处理对水稻苗期根系细胞相对电导率的影响
• 5 结语与讨论
• 5.1 不同品种的硅素吸收动力学参数分析
• 5.2 不同基因型水稻根系形态与硅素吸收的关系
• 5.3 三羧酸循环系统对硅素吸收的作用
• 5.4 磷酸戊糖途径对硅素吸收的影响
• 参考文献
• 英文摘要
• 缩略词表