發(fā)布時(shí)間：2020-07-15 09:08

【摘要】：水稻(Oryza sativa L.)是我國(guó)重要的糧食作物之一。褐飛虱(Nilaparvata lugens Stal,BPH)屬同翅目飛虱科(Homoptera:Delphacidae)昆蟲,是亞洲最主要的水稻害蟲,嚴(yán)重危害我國(guó)糧食安全。水稻是一種典型的喜硅(Silicon,Si)植物,水稻通過Lsil轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可以主動(dòng)吸收硅。硅被水稻吸收進(jìn)入體內(nèi)之后對(duì)其抗性影響很大,其中在提高水稻抗蟲性方面的作用機(jī)理主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面,一個(gè)是物理防御,另一個(gè)是化學(xué)防御。水楊酸(Salicylic acid,SA)是植物的一種內(nèi)源信號(hào)物質(zhì),SA參與植物很多生理生化反應(yīng),在植物對(duì)刺吸式口器害蟲的抗蟲反應(yīng)中起到關(guān)鍵作用。本文采用硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白突變體OsLsi1和相應(yīng)的大力野生型WT水稻材料,在水培條件下,通過加硅(+Si)和不加硅(-Si)、加水楊酸或不加水楊酸處理,研究硅與水楊酸信號(hào)途經(jīng)在水稻抗蟲中的協(xié)同效應(yīng);并從生理和分子層面,揭示硅提高水稻抗褐飛虱的機(jī)制。為農(nóng)業(yè)上施用硅肥提供理論依據(jù),從而減少化肥農(nóng)藥的使用,保障生態(tài)安全和糧食安全。主要研究結(jié)果如下:1.首先,施硅增加了水稻的株高,對(duì)根長(zhǎng)影響不明顯;加硅促進(jìn)水稻地上部物質(zhì)的積累,抑制水稻地下部物質(zhì)的積累;施硅顯著提高水稻莖稈的硅含量。說明施硅可以影響水稻的生長(zhǎng),改變水稻體內(nèi)物質(zhì)的分配。施硅明顯提高水稻對(duì)褐飛虱的抗性,施硅可以降低褐飛虱對(duì)宿主的選擇性,降低褐飛虱的蜜露量,對(duì)褐飛虱的產(chǎn)卵量以及孵化數(shù)都有明顯抑制,施硅還可以減少水稻植株上褐飛虱的存活數(shù),加硅水稻在褐飛虱為害后也表現(xiàn)出更強(qiáng)的活力。以上結(jié)果證明施硅可以提升水稻對(duì)褐飛虱的抗性。2.其次,通過生理生化分析發(fā)現(xiàn),施硅增強(qiáng)了水稻植株中超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)三種氧化酶活性。一方面說明氧化酶系在刺吸式昆蟲誘導(dǎo)的植物防御反應(yīng)中具有重要作用,另一方也說明硅可以誘導(dǎo)水稻氧化酶系產(chǎn)生較大幅度的變化,幫助植物更快速響應(yīng)褐飛虱的侵染、識(shí)別ROS信號(hào)分子、激活相應(yīng)的防御系統(tǒng),從而提高抗蟲性。施硅還提高了苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性。然而,施硅處理水稻可溶性糖和氨基酸含量并沒有發(fā)生顯著改變,可能施硅未能通過改變水稻營(yíng)養(yǎng)狀況而提升抗蟲能力。3.最后,SA處理與BPH蟲害均可以提升水稻體內(nèi)的硅含量,說明硅在水稻抵御害蟲脅迫時(shí)有重要的作用,并且SA與Si有密切關(guān)系。施硅可以誘導(dǎo)蟲害下水稻SA的升高,說明硅提高抗蟲性與SA途經(jīng)有關(guān),硅參與水稻抗蟲是通過影響SA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑完成的,并再次證實(shí)Si與SA存在關(guān)聯(lián)。緊接著發(fā)現(xiàn)無論是加硅還是噴施SA都能降低褐飛虱取食量,既加硅又噴施SA的效果比單獨(dú)加硅與單獨(dú)噴施SA處理效果總和更好。更進(jìn)一步證明Si還與SA互作,即互相協(xié)同抵御BPH為害。之后,發(fā)現(xiàn)在水稻蟲害之下SA合成途徑的關(guān)鍵基因OsICS1和OsPAL的表達(dá)量跟硅有關(guān),即加硅可以增強(qiáng)這兩個(gè)基因的表達(dá)量,驗(yàn)證了蟲害下加硅水稻SA增量更大的事實(shí)。另外JA、ET途經(jīng)相關(guān)的基因表達(dá)量在褐飛虱脅迫下受硅影響不明顯,GA途經(jīng)的OsCPS1基因表達(dá)量受到了硅的影響,說明GA途經(jīng)可能也參與到硅抗蟲作用之中。可見,硅提升水稻抗蟲性不單單與SA有關(guān),與其它信號(hào)途經(jīng)可能也有關(guān)。除此之外,施硅可以誘導(dǎo)水稻抗褐飛虱基因BPH3的表達(dá),說明硅可以調(diào)控水稻抗褐飛虱基因的表達(dá)抵御蟲害。
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S435.11
【圖文】：

２．３．１施硅對(duì)水稻生長(zhǎng)影響逡逑（１）施硅對(duì)水稻株高根長(zhǎng)的影響逡逑從圖２－１可以看出，野生型（ＷＴ）加硅（＋Ｓｉ）處理的水稻株高最長(zhǎng)，為逡逑５７．６邋ｃｍ，不加硅（－Ｓｉ）株高為５１＿７邋ｃｍ，就野生型而言，加硅后水稻株高平均逡逑局出５．９ｃｍ，且達(dá)到了顯著性差異。突變體水稻ｆｃＬｓｉｉ力Ｐ桂與不加桂培養(yǎng)株高逡逑差異很小，統(tǒng)計(jì)上無差異顯著性。同時(shí)，從水稻的根長(zhǎng)可以看出，野生型（ＷＴ）逡逑加硅（＋Ｓｉ）處理的水稻根長(zhǎng)比對(duì)照略短，甚至不如處理組的根長(zhǎng)，但逡逑不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異；加硅水稻與對(duì)照比，兩者根長(zhǎng)不存在差異。說逡逑明加硅可以促進(jìn)水稻株高的長(zhǎng)度，但施硅對(duì)根長(zhǎng)影響不明顯。逡逑８０邋－逡逑圇ＷＴ逡逑３邋ＷＴ＋Ｓｉ逡逑６０邋－邐＾邐ａ邐曰邋ＯｓＬｓｉｌ逡逑！邐ａ邋Ｔ邐＾邋ＯｓＬｓｉｌ＋Ｓｉ逡逑｜＿W ＿逡逑ｉｌｉｌ邐■■■逡逑株高邐根長(zhǎng)逡逑Ｐｌａｎｔ邋ｈｅｉｇｈｔ邐Ｒｏｏｔ邋ｈｅｉｇｈｔ逡逑圖２－１施硅處理對(duì)水稻株高和根長(zhǎng)的影響逡逑注：數(shù)據(jù)使用平均值土標(biāo)準(zhǔn)誤（ｎ＝１０），柱上的字母代表差異顯著性（ＰＣｆｔ仍0逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｅｆｆｅ

２．３．１施硅對(duì)水稻生長(zhǎng)影響逡逑（１）施硅對(duì)水稻株高根長(zhǎng)的影響逡逑從圖２－１可以看出，野生型（ＷＴ）加硅（＋Ｓｉ）處理的水稻株高最長(zhǎng)，為逡逑５７．６邋ｃｍ，不加硅（－Ｓｉ）株高為５１＿７邋ｃｍ，就野生型而言，加硅后水稻株高平均逡逑局出５．９ｃｍ，且達(dá)到了顯著性差異。突變體水稻ｆｃＬｓｉｉ力Ｐ桂與不加桂培養(yǎng)株高逡逑差異很小，統(tǒng)計(jì)上無差異顯著性。同時(shí)，從水稻的根長(zhǎng)可以看出，野生型（ＷＴ）逡逑加硅（＋Ｓｉ）處理的水稻根長(zhǎng)比對(duì)照略短，甚至不如處理組的根長(zhǎng)，但逡逑不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異；加硅水稻與對(duì)照比，兩者根長(zhǎng)不存在差異。說逡逑明加硅可以促進(jìn)水稻株高的長(zhǎng)度，但施硅對(duì)根長(zhǎng)影響不明顯。逡逑８０邋－逡逑圇ＷＴ逡逑３邋ＷＴ＋Ｓｉ逡逑６０邋－邐＾邐ａ邐曰邋ＯｓＬｓｉｌ逡逑！邐ａ邋Ｔ邐＾邋ＯｓＬｓｉｌ＋Ｓｉ逡逑｜＿W ＿逡逑ｉｌｉｌ邐■■■逡逑株高邐根長(zhǎng)逡逑Ｐｌａｎｔ邋ｈｅｉｇｈｔ邐Ｒｏｏｔ邋ｈｅｉｇｈｔ逡逑圖２－１施硅處理對(duì)水稻株高和根長(zhǎng)的影響逡逑注：數(shù)據(jù)使用平均值土標(biāo)準(zhǔn)誤（ｎ＝１０），柱上的字母代表差異顯著性（ＰＣｆｔ仍0逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｅｆｆｅ

ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ邋ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋（邋Ｐ邋＜邋０．０１，ｎ＝１０邋）逡逑（２）加硅對(duì)褐飛虱取食量的影響逡逑由圖２－５可以看出，ＷＴ處理水稻上取食４８邋ｈ的褐飛虱蜜露量約為９．４逡逑ｃｍ２，邋ＷＴ＋Ｓｉ水稻上取食的蜜露量約為５．６邋ｃｍ２，兩個(gè)處理間褐飛虱蜜露量面積達(dá)逡逑到了顯著性水平。ＯｓＬ／７褐飛虱蜜露量約為丨２．１邋ｃｍ２，邋ＣＷ＾ｚ７＋Ｓｉ水稻上取食的逡逑褐飛虱蜜露量約為８．９邋ｃｍ２。兩個(gè)處理水稻褐飛虱蜜露面積在顯著差異。野生型逡逑加硅水稻比野生型水稻褐飛虱蜜露量減少了大概４０．７％，突變體加硅水稻比突逡逑變體水稻褐飛虱蜜露量減少２６％。由此可見，水稻加硅能顯著降低褐飛虱蜜露逡逑量

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本文編號(hào)：2756290