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一氧化氮通过增强碱蓬不定根形成参与耐涝性

期刊:Functional Plant BiologyDOI:10.1071/fp15120

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作者及研究机构
该研究由Tianshu Chen、Fang Yuan、Jie Song和Baoshan Wang共同完成。Tianshu Chen、Fie Yuan和Jie Song来自山东师范大学生命科学学院植物逆境生物学重点实验室,Baoshan Wang为通讯作者,其邮箱为bswang@sdnu.edu.cn。该研究于2016年2月4日在线发表在《Functional Plant Biology》期刊上。

学术背景
该研究的主要科学领域为植物逆境生物学,特别是植物在淹水胁迫下的适应机制。淹水胁迫是全球范围内农业生产面临的重要问题之一,每年有超过1700万平方公里的土地受到洪水的影响,导致作物生长和产量下降。淹水会导致土壤氧气供应不足,进而引发植物缺氧和厌氧,影响植物的能量代谢和细胞功能。为了应对淹水胁迫,许多植物通过形成通气组织、不定根(adventitious roots)等形态学特征来增强其耐受性。然而,关于一氧化氮(NO)在植物淹水耐受性中的作用,尤其是其在不定根形成中的机制,尚不清楚。

本研究以真盐生植物碱蓬(Suaeda salsa L.)为研究对象,探讨了NO在淹水胁迫下对碱蓬不定根形成的影响及其可能的机制。碱蓬是一种C3植物,能够在内陆盐碱地和潮间带生长。研究表明,内陆盐碱地的碱蓬在淹水胁迫下会形成大量不定根,而潮间带的碱蓬则主要形成通气组织。因此,碱蓬成为研究NO在淹水耐受性中作用的理想模型。

研究流程
研究分为以下几个步骤:
1. 植物材料与处理
- 从黄河三角洲盐碱地采集碱蓬种子,播种于含沙的盆中,在温室中培养60天。
- 进行7天的药物处理,包括对照组(CK0和CK)、NO供体硝普钠(SNP)、NO清除剂CPTIO以及SNP+CPTIO组合处理。
- 处理结束后,对植物进行淹水处理,淹水时间为5天和14天。

  1. 不定根形成与生长测量

    • 淹水5天后,测量植物高度、不定根数量、不定根长度及直径。
    • 淹水14天后,测量植物干重。
  2. NO含量测定

    • 使用NO特异性荧光探针DAF-FM DA对不定根尖端进行染色,通过激光共聚焦显微镜观察并测量NO荧光强度。
  3. 酶活性测定

    • 测定不定根中硝酸还原酶(NR)和一氧化氮合酶(NOS)的活性,以探讨NO生成的途径。
  4. 细胞完整性检测

    • 通过Evans蓝染色法检测不定根细胞的完整性,评估细胞膜的损伤程度。
  5. 数据分析

    • 使用ANOVA和Duncan多重检验对数据进行统计分析,比较不同处理组之间的差异。

主要结果
1. SNP促进不定根形成
- SNP处理显著增加了碱蓬在淹水胁迫下的不定根数量和长度,而CPTIO处理则抑制了SNP的这种效应。

  1. NO含量与酶活性变化

    • SNP处理提高了不定根尖端的NO含量,同时降低了NR活性,但增加了NOS活性,表明NO的生成主要通过NOS相关途径。
  2. 细胞完整性保护

    • SNP处理提高了不定根细胞的完整性,减少了细胞膜的损伤,而CPTIO处理则加剧了细胞损伤。
  3. 植物生长缓解

    • SNP处理显著缓解了淹水胁迫对碱蓬生长的抑制,增加了植物高度和干重。

结论
该研究表明,NO通过促进不定根形成和增强细胞完整性,显著提高了碱蓬对淹水胁迫的耐受性。NO的生成主要依赖于NOS相关途径,而不是NR途径。这一发现不仅揭示了NO在植物逆境适应中的重要作用,还为提高作物淹水耐受性提供了新的理论依据。

研究亮点
1. 重要发现
- NO通过NOS途径促进不定根形成,从而增强碱蓬对淹水胁迫的耐受性。

  1. 方法创新

    • 通过SNP和CPTIO的联合处理,明确了NO在不定根形成中的具体作用机制。
  2. 研究对象特殊性

    • 以碱蓬为研究对象,揭示了其在淹水胁迫下形成不定根的独特适应性机制。

其他价值
该研究为植物逆境生物学提供了新的视角,特别是在淹水胁迫下NO信号通路的研究方面具有重要的科学价值。此外,研究结果对农业生产中提高作物的淹水耐受性具有潜在的应用价值。


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