铁在植物响应铵胁迫中的作用及机制研究
铵态氮是植物吸收利用的主要氮源形态之一，由于氮肥尤其是铵态氮肥的过量施用、以及不合理的施肥方式和不利的环境因素，使得局部土壤容易发生铵态氮的大量积累，进而影响作物的生长发育。阐明植物铵毒害及耐铵机制，可为作物耐铵性状的遗传改良提供科学依据。鉴于易发生铵毒的淹水土壤环境通常存在较高水平的可溶态铁，本论文以模式植物拟南芥及相关突变体为主要供试材料，水稻为辅助材料，并结合植物生理学和分子生物学方法，研究了铁在植物响应铵胁迫中的作用及其机制。主要研究结果如下: 琼脂平板培养试验发现，在同一铁浓度处理下，与2mM NO3-相比，2mM NH4+处理下野生型拟南芥根系伸长受到明显抑制;在铵胁迫下，提高铁浓度会进一步抑制根系的伸长。此外，通过营养液培养法同样发现在铵胁迫下，铁浓度的提高使得野生型拟南芥的根系和地上部的生长受阻。尽管水稻是生长在淹水厌氧土壤中的喜铵植物，但在铵胁迫下供铁水平的提高也会抑制水稻根系的伸长，因此铁在铵胁迫抑制植物根系伸长中起重要作用。通过微分干涉显微镜观察不同处理的根系细胞形态和分隔板实验发现，根尖区域分生区细胞数目和伸长区长度的减少是造成根系伸长受阻的原因，表明根尖区域是铁在铵胁迫下抑制根系伸长中的主要作用区域。进一步利用拟南芥的铁吸收突变体irt1和铁存储的突变体fer研究发现，植物铁的吸收和储存功能的缺失并不影响根系伸长，表明铁调控铵胁迫抑制根系仲长过程与铁的吸收和储存无关。通过测定根系的总铁含量和质外体铁含量发现，与供硝处理相比，铵胁迫处理下的总铁含量降低，但质外体铁含量显著提高，说明根系质外体铁的积累可能是铵胁迫导致根系伸长受抑制的主要原因。为此，采用Perls/DAB和Turnbull/DAB染色研究了根系质外体铁的分布情况，结果表明铵胁迫引起的植物根系伸长抑制与根系质外体铁积累有关。 基于上述结果，进一步研究了质外体铁积累在铵胁迫抑制根系伸长中的机制。结果表明，在2mM NH4+和50μM Fe处理条件下，多铜氧化酶突变体lpr1-lpr的根系伸长长度显著高于野生型Col-0，表明多铜氧化酶LPR参与了铵胁迫抑制拟南芥根系伸长的过程。Perls/DAB和Turnbull/DAB染色结果显示，多铜氧化酶突变体lpr1-lpr2质外体铁的积累显著降低，表明LPR多铜氧化酶介导了铵胁迫下的根系质外体铁积累的增加。此外，采用aniline blue和NBT染色发现，在2mM NH4+和50μMFe处理条件下，与野生型Col-0相比，多铜氧化酶突变体lpr1-lpr2的根系胼胝质和超氧化物的积累显著减少。 综合以上结果，认为LPR多铜氧化酶介导的植物根系质外体铁积累是铵胁迫抑制根伸长的一个重要原因。
植物生理;铵胁迫;铁元素;分子机制
浙江大学
硕士
植物营养学
金崇伟
2019
中文
Q945.12
2019-05-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）