玉米苗期耐鹽自交系的篩選及其耐鹽機(jī)制分析.pdf

1、土壤鹽漬化是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境的全球性重大問(wèn)題，是導(dǎo)致世界范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)減產(chǎn)的重要原因。隨著工業(yè)污染加劇、農(nóng)業(yè)灌溉和化肥使用不當(dāng)?shù)仍?，次生鹽堿化土壤面積還在繼續(xù)擴(kuò)大，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了重大損失。玉米是一種高產(chǎn)作物，具有生長(zhǎng)迅速、生物量大、含糖量高等特點(diǎn)，在我國(guó)播種面積大，分布廣，是主要糧食作物之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。在玉米生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，土壤鹽漬化嚴(yán)重影響了其生長(zhǎng)和產(chǎn)量，玉米苗期是對(duì)鹽脅迫最敏感的發(fā)育時(shí)期，保苗是抗鹽栽培的重要環(huán)

2、節(jié)，所以苗期具有一定抗鹽能力的玉米品種，可以在更嚴(yán)重的鹽堿地上生長(zhǎng)并形成較高的產(chǎn)量。
　　本研究從育種單位選育和保存的113個(gè)玉米自交系中初步篩選獲得耐鹽性強(qiáng)和鹽敏感的材料，結(jié)合抗逆研究中具代表性的自交系以及育種研究中廣泛應(yīng)用的自交系共17個(gè)，以150 mmol/L的NaCl為鹽脅迫濃度，形態(tài)學(xué)表型作為判斷依據(jù)，篩選出了強(qiáng)耐鹽玉米自交系TL1317和高度鹽敏感自交系SL1303。通過(guò)萌發(fā)期、營(yíng)養(yǎng)液水培苗期和土培苗期三個(gè)層次的鹽脅迫

3、試驗(yàn)，確認(rèn)玉米自交系TL1317在萌發(fā)期和苗期都具有強(qiáng)耐鹽性，玉米自交系SL1303具有鹽敏感性，且TL1317的耐鹽性遠(yuǎn)高于其他已發(fā)表的玉米自交系材料，與小麥和茶樹(shù)等相比發(fā)現(xiàn)在鹽脅迫中玉米自交系也具有較強(qiáng)的耐鹽性材料。
　　鹽脅迫響應(yīng)主要分為快反應(yīng)滲透脅迫和慢反應(yīng)離子毒害兩個(gè)階段，通過(guò)系統(tǒng)分析兩個(gè)玉米自交系鹽脅迫前后葉綠素含量(SPAD)、最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、細(xì)胞膜穩(wěn)定系數(shù)(MSI

4、)、相對(duì)含水量(RWC)、地上部分和根部的鮮干重變化、脯氨酸和可溶性糖含量，發(fā)現(xiàn)耐鹽玉米自交系TL1317在滲透脅迫階段的各個(gè)指標(biāo)都顯著優(yōu)于鹽敏感玉米自交系SL1303，耐鹽和鹽敏感材料在鹽脅迫的滲透脅迫階段差異凸顯，各項(xiàng)指標(biāo)的差異點(diǎn)在脅迫3天左右都已經(jīng)出現(xiàn)，研究結(jié)果加深了對(duì)玉米鹽脅迫中滲透脅迫階段的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。
　　離子毒害是鹽脅迫的慢反應(yīng)階段，為分析離子毒害對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響，我們用滲透勢(shì)幾近相同的25％ PEG-6000和150

5、 mmol/L NaCl分別處理兩個(gè)玉米自交系的幼苗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)PEG-6000脅迫條件下，鹽敏感玉米自交系SL1303死亡時(shí)間比150 mmol/LNaCl脅迫延遲了10天，說(shuō)明離子毒害能夠加速玉米幼苗的死亡。為進(jìn)一步分析兩個(gè)材料在離子毒害階段的差異，我們測(cè)定了兩個(gè)玉米自交系根、莖、幼葉和老葉中的離子含量。Na+測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)與鹽敏感玉米自交系SL1303相比，耐鹽玉米自交系TL1317可能具有復(fù)雜的排Na+機(jī)制，能夠保證Na+含量在根、

6、莖和幼葉中都低于鹽敏感自交系SL1303，從而很好地避免了Na+的毒害作用。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)耐鹽自交系TL1317老葉中會(huì)積累大量的Na+，在鹽脅迫過(guò)程中逐漸脫落，而鹽敏感自交系SL1303老葉中Na+含量基本維持不變，并且會(huì)很快脫落，推測(cè)耐鹽自交系TL1317能夠利用老葉積累一部分的Na+然后通過(guò)自然脫落將其排出，這種耐鹽機(jī)制在玉米中還未見(jiàn)報(bào)道。K+濃度在兩玉米自交系中也存在差異，尤其在根部差異明顯，研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致兩個(gè)玉米自交系K+穩(wěn)態(tài)差異的

7、主要原因是兩個(gè)玉米自交系根部對(duì)K+吸收和保留的能力不同，鹽敏感玉米自交系SL1303根部K+快速流失導(dǎo)致平衡被打破，從而可能引起一系列的代謝紊亂，而耐鹽玉米自交系TL1317在鹽環(huán)境下能夠正常吸收K+，來(lái)抵御植物體內(nèi)積累的Na+。
　　為探索玉米自交系耐鹽的分子機(jī)制，我們對(duì)兩個(gè)玉米自交系的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行測(cè)序分析，通過(guò)對(duì)測(cè)序結(jié)果匯總分析發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)玉米自交系中下調(diào)基因的數(shù)目明顯高于上調(diào)基因的數(shù)目，推測(cè)鹽環(huán)境可能抑制了玉米的正常生理代謝。此

8、外，鹽敏感自交系SL1303的差異表達(dá)基因數(shù)量比耐鹽自交系TL1317相對(duì)要多，結(jié)合SL1303中脯氨酸積累異常，推測(cè)鹽脅迫對(duì)鹽敏感自交系SL1303植株造成更為嚴(yán)重的傷害，細(xì)胞內(nèi)環(huán)境紊亂，因此脯氨酸異常積累，且鹽脅迫后差異表達(dá)基因更多。同時(shí)我們也結(jié)合生理生化結(jié)果，選擇了部分基因進(jìn)行qRT-PCR的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)鹽脅迫條件下，耐鹽自交系TL1317與鹽敏感自交系SL1303中高親和的K+轉(zhuǎn)運(yùn)體基因，Ca2+運(yùn)輸基因，LRR蛋白激酶，水通道蛋