【轉(zhuǎn)載】中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)專題文章 | 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院劉軍課題組探析水楊酸引發(fā)提高低溫下水稻種子萌發(fā)活力的生理與分子效應(yīng)
水稻是我國(guó)最重要的糧食作物之一，其種子的萌發(fā)質(zhì)量在很大程度上決定著營(yíng)養(yǎng)體建成以及稻米的產(chǎn)量和品質(zhì)。種子引發(fā)通過(guò)將種子預(yù)吸脹處理，增強(qiáng)酶活性、提前動(dòng)員代謝物及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，是一種有效的增強(qiáng)作物抗逆能力，提高種子萌發(fā)、成苗，甚至產(chǎn)量的播前處理方法。作為喜溫作物，水稻對(duì)溫度反應(yīng)敏感，在15—20 ℃時(shí)種子發(fā)芽緩慢，生長(zhǎng)發(fā)育受到不利影響。然而在我國(guó)多個(gè)亞熱帶水稻產(chǎn)區(qū)，直播稻播種后極易遭受低溫脅迫，給水稻的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅。因此，通過(guò)引發(fā)處理提高種子在低溫下的成苗能力對(duì)確保水稻栽培質(zhì)量以及稻米產(chǎn)量與品質(zhì)具有重要意義。
近期，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物基因研究中心/廣東省農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉軍課題組完成的題為“水楊酸引發(fā)提高低溫下水稻種子萌發(fā)活力的生理與分子效應(yīng)”的研究在《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)》2024年第57卷7期正式發(fā)表。
以秈型三系雜交水稻泰豐優(yōu)208種子為材料，通過(guò)種子引發(fā)處理，分析SA對(duì)種子低溫萌發(fā)活力及生理的影響，并通過(guò)qRT-PCR技術(shù)分析ABA、GA和擴(kuò)展蛋白基因響應(yīng)SA引發(fā)的表達(dá)模式。
水稻種子在常溫（28 ℃）和低溫（15 ℃）下的萌發(fā)進(jìn)程和內(nèi)源水楊酸濃度
低溫（15 ℃）顯著推遲水稻種子萌發(fā)進(jìn)程。在低溫下萌發(fā)1 d種子中，其內(nèi)源SA濃度是常溫（28 ℃）下的1.7倍；但對(duì)于5 d的幼苗而言，低溫下的SA濃度僅為常溫下濃度的0.6%。SA引發(fā)可有效提高種子在低溫下的萌發(fā)活力，尤其以2 000 μmol·L-1 SA效果最為顯著，該濃度顯著提高了低溫下種子的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、鮮重和干重，其中活力指數(shù)分別為未引發(fā)種子（CK1）和水引發(fā)種子（CK2）的3和2倍。
在生理指標(biāo)方面，SA引發(fā)提高了低溫萌發(fā)過(guò)程中種子的可溶性糖、脯氨酸以及活性氧含量，增加了總淀粉酶、β-淀粉酶、超氧化物歧化酶
（SOD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性，降低了丙二醛（MDA）含量。與CK1相比，2 000 μmol·L-1 SA引發(fā)將種子ABA含量降低了79%，同時(shí)將IAA和GA1含量增加了32.2%和2.66倍。
水稻種子低溫萌發(fā)下的生理指標(biāo)變化
在基因表達(dá)方面，對(duì)于2 000 μmol·L-1 SA引發(fā)的種子，ABA合成基因OsNCED2和OsNCED3的表達(dá)量分別比CK1降低了94.26%和90.24%；而ABA分解基因OsABA8’ox2和OsABA8’ox3的表達(dá)量分別為CK1的5.9和3.9倍。與CK1相比，SA引發(fā)顯著上調(diào)了GA合成基因OsCPS1、OsKAO和OsGA20ox1的表達(dá)量，并顯著下調(diào)GA分解基因OsGA2ox2和OsGA2ox6的表達(dá)量。在幾個(gè)候選的細(xì)胞壁松弛因子擴(kuò)展蛋白基因中，除了OsEXPB11外，其余幾個(gè)同源基因均在一定程度上被引發(fā)而上調(diào)表達(dá)。與CK1相比，2 000 μmol·L-1 SA引發(fā)分別使OsEXPA2、OsEXPB4和OsEXPB6的表達(dá)量上調(diào)12.2、5.9和6.1倍。
GA合成和分解相關(guān)基因表達(dá)分析
SA引發(fā)可顯著緩解低溫對(duì)于水稻種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響?？赡苁怯捎赟A提高SOD、CAT等抗氧化酶活性，降低MDA的產(chǎn)生，增加可溶性糖和脯氨酸的含量，進(jìn)而增強(qiáng)種子和幼苗對(duì)于低溫的耐受能力。另一方面，SA引發(fā)通過(guò)降低種子內(nèi)源ABA含量，增加GA1含量，增強(qiáng)總淀粉酶和β-淀粉酶活性，促進(jìn)細(xì)胞壁松弛相關(guān)基因的表達(dá)，從而促進(jìn)低溫下的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。
該研究獲廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃（2020B0202090003，2022B0202110003）、廣東省自然科學(xué)基金（2022A1515012302）、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)學(xué)科團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（202132TD）的資助。
來(lái)源：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)