聚γ-谷氨酸缓解水稻干旱、高盐和低温胁迫的生理机制

摘要

聚γ-谷氨酸(简称γ-PGA)是由微生物发酵产生的一种具有生物活性的大分子物质。目前己发现其促进作物生长的应用效果,但增强抗性及其机制未明。干旱、盐害和低温是农作物生长和产量的主要非生物影响因素。本文通过溶液培养的方法,考察了外源γ-PGA对杂交水稻在干旱、高盐、低温胁迫下生长和生理的影响,探讨了其在缓解幼苗3种逆境下的作用效果和生理机制。具体结果如下:
　　 1.水培条件下添加12.5％聚乙二醇-6000(PEG-6000)模拟干旱胁迫,使用外源100、200 mg·L-1γ-PGA后,水稻幼苗的叶枯率降低,叶鲜重、干重和叶片活力明显提高,添加γ-PGA处理的水稻幼苗的耐旱性强于对照组。γ-PGA处理的幼苗叶片中活性氧的累积量减少,胁迫间脯氨酸、游离氨基酸和可溶性总糖含量的增长幅度较对照分别提高1.32％～8.62％、2.29％～10.71％、13.01％～28.57％,差异达显著水平(P<0.05),并且γ-PGA可明显减缓干旱胁迫下钾离子含量降低的速率。
　　 2.在水培营养液中添加150 mmol·L-1 NaCl盐胁迫,同时添加外源γ-PGA,研究其对水稻幼苗在盐胁迫下产生的影响。发现,盐胁迫对水稻生长具有显著抑制作用,而使用不同浓度的γ-PGA处理能显著缓解这种抑制情况。选择100 mg·L-1的γ-PGA做进一步研究,其缓解幼苗盐胁迫伤害的生理效应主要体现在以下3个方面:经γ-PGA处理的水稻幼苗抗氧化酶活性得到了增强,由盐胁迫引起的氧化伤害水平降低；水稻叶片中积累了较少的Na+并保持着较低的钠钾比；幼苗能更快速的合成渗透调节物质来缓解渗透势的压力。由此认为,100 mg·L-1的外源γ-PGA通过缓解离子毒害和渗透调节,降低过氧化伤害,增强了水稻盐胁迫下的抗性。
　　 3.水稻种子萌发期(26～28℃)使用γ-PGA处理7 d,随后将萌发7 d的水稻低温(4～6℃)胁迫处理2 d(此时无γ-PGA)的方法,研究外源γ-PGA对水稻种子萌发及幼苗在低温下生长和生理的影响。结果显示:与无γ-PGA处理的对照相比,100 mg·L-1外源γ-PGA处理7 d后的水稻根、芽鲜重和干重有不同程度提高,且物质转运率提高了31.81％,总淀粉酶活性提高了16.33％。在随后的低温中,经γ-PGA处理后的水稻表现出更强的抗逆性,具体表现在:地上部和地下部重量的丢失得到缓解,存活率更高；根尖中积累较少的活性氧,保持了较高的根系活力。表明γ-PGA能提高种子萌发活性,使幼苗更健壮,增强幼苗抗低温能力。综上,外源γ-PGA对缓解水稻干旱、盐害和低温胁迫具有积极作用,通过调节逆境胁迫下幼苗的一些生理生化物质水平,增强水稻幼苗的抗逆性。