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水稻根分泌激素调节生长速度
植物学报
2021, 56 (2):
175-182.
DOI: 10.11983/CBB20133
植物激素是植物体内合成的一类重要小分子物质, 其含量可因外界条件变化而改变, 并作为信号物质调控植物生长发育和适应环境。水培所用介质体积过小会造成植物生长受限、植株矮小, 通常认为是小体积生长介质中营养成分不足所致。研究表明, 在不同体积且不含任何营养物质的纯水中培养的水稻(Oryza sativa)亦表现出不同的生长速度, 幼苗在小体积水中生长缓慢而在大体积水中则生长快速且健壮。用液相色谱-质谱(LC-MS)测定培养液和水稻幼苗的激素含量, 发现相比于大体积培养条件, 小体积培养液中的植物体内积累了较多的ABA、SA和JA-Ile等胁迫相关激素, 最终导致幼苗生长缓慢和生物量积累减少。结果表明植物可能通过感知根际激素浓度来预测外界水量限制, 并据此调节生长速度, 以最大限度地适应外界环境。研究结果对揭示根分泌激素的生理功能以及优化植物工厂的水培条件具有借鉴意义。  View image in article
图4
不同体积水培后水中激素含量
(A)-(H)0.1和4 L纯水培养水稻幼苗12天后水中ABA、SA、JA-Ile、IAA、cZ、cZR、iP和iPR的含量。* 差异显著(P<0.05); *** 差异极显著(P<0.001)。
正文中引用本图/表的段落
植物根部会向生长介质中释放一些有机小分子类物质, 起到改变生长介质物理、化学或生物状态以利于自身生长的作用(Gargallo-Garriga et al.2018)。培养12天后我们测定了水稻幼苗从根部向水中分泌的激素含量, 结果显示, 0.1 L水培水中ABA浓度为4 L大体积水的24.39倍(图4A), SA和JA-Ile等胁迫相关激素浓度分别为4 L水培水的1.54和88.11倍(图4B, C)。因此推测很有可能是胁迫相关激素浓度的升高反作用于水稻幼苗根部, 进而引起水稻一系列内源激素的变化并最终导致0.1 L小体积水中幼苗生长迟缓、株高较矮及生物量较低的表型(图1A-D)。而不同体积水中IAA浓度无显著差异(图4D)。此外, 我们还检测了水中细胞分裂素类激素的含量, 但未检测到tZ与tZR, cZR、iPR有显著不同, 而cZ和iP的含量在不同体积水培条件下差异不大(图4E-H)。
为排除营养物质绝对含量和相对浓度对水稻幼苗生长的影响, 本研究用不同体积的纯水培养萌发水稻。水稻幼苗生长时通过根部向水中分泌一系列小分子物质, 其中包括ABA、JA-Ile和SA等重要的胁迫相关激素。在4 L大体积水中, 这些激素浓度较低, 不会影响水稻幼苗的正常生长发育; 而在0.1 L小体积水中这些激素浓度升高(图4A-C)。高浓度ABA、JA-Ile和SA等抑制性激素反作用于水稻根部, 造成水稻根部ABA、JA-Ile和SA浓度升高(图3A-C), 进而导致水稻地上部组织相应激素浓度升高(图2A-C)。水稻地上部组织IAA和tZR、cZR、iPR等非活性形式的细胞分裂素降低(图2D, F, H, J), 并使根部积累大量的IAA和tZ、cZ、iP等活性形式的细胞分裂素, 以调控根部生长和向水性(图3D, E, G, I), 并促进水分和营养物质的吸收。由此, ABA、SA、JA-Ile与生长素和各类活性形式的细胞分裂素在植物体内发生复杂的相互作用, 使水稻幼苗维持合适的生长速度并最大限度地适应环境。
本文的其它图/表
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