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植物生长调节物质与草坪草及牧草的非生物逆境应答

浏览:46 发表时间:2020-10-12 15:32:37

文章作者:产祝龙,张  慧,刘梦垚

发表单位:华中农业大学园艺林学学院 / 教育部园艺植物生物学重点实验室 / 农业部华中都市农业重点实验室

中文核心期刊: 草业学报

 

研究背景:

草坪草和牧草在庭院绿化、固土护坡、生态治理、环境保护、畜牧 业发展及保持人类健康中起到了重要的作用,然而植物在生长过程中面临着多种非生物逆境,包括温度、干旱、涝害、盐渍、矿物质缺乏、离子毒害等,造成植物细胞膜系统损坏、细胞脱水、光合速率、呼吸速率下降,从而影响植物生长。在逆境条件下,植物的应激反应引起内源多种激素及代谢物合成、分解及信号传导途径 的变化,激发植物下游的防御反应,导致抗逆性的产生。

 

研究思路

本文对植物激素、小分子物质、渗透调节物质以及气体分子在植物逆境应答中起到重要的调控作用,进而提高草坪草和牧草抗逆性的机理进行综述,以期为草坪保护剂开发和抗逆育种提供理论基础。

 

背景知识

1: 逆境对植物代谢的影响:①.逆境使植物形成水分胁迫,细胞脱水,细胞膜系统受害,透性加大使叶绿体受伤,气孔关闭,有关光合作用过程的酶失活或变性,使光合速率下降。②逆境使呼吸速率大起大落,而发生变化。③逆境诱导糖类和蛋白质转变成可溶性化合物,这是因为合成酶作用下降,而水解酶活性升高,逆境使细胞组织内的内源ABA的含量迅速增加。

 

主要结果:

1:非生物胁迫下植物内源激素对植物抗性的影响

   植物逆境应答是一个复杂的网络信号。在不利的生长环境下,草坪草体内脱落酸、赤霉素、褪黑素、多胺、水杨酸、独角金内酯的含量明显提高,而细胞分裂素和生长素的含量显著降低。不同的植物激素之间存在协同或拮抗作用。


 

图注:植物激素对植物抗性的影响

2:植物激素和渗透调节物质对植物抗性的影响

多种植物激素和小分子提高了草坪草和牧草对非生物逆境的抗性。与模式植物中的研究结果类似,不同激素及小分子物质之间存在着协同或拮抗的关系。


 

 

图注:植物激素和小分子物质在草坪草和牧草逆境应答中的作用。

内源植物激素和小分子物质含量的变化,调控了下游相关基因的表达,包括合成/分解代谢、信号传导途径、活性氧代谢、胁迫应答途径、能量代谢、蛋白质代谢等。草坪草从而在生理水平上做出相应的调整。脯氨酸、可溶性糖、抗氧化酶活性、光合作用、渗透调节物质的含量提高。相应的,活性氧含量、丙二醛含量和电导率降低,从而达到了延缓衰老,提高抗逆性和改善草坪品质 的效果

3:多种植物激素的合成分解途径和信号转导途径


 

图注:植物激素和小分子物质的生物合成及信号传导途径。注: 红色虚线方框标注的是草坪草和牧草领域已开展的与植物激素有关基因功能的研究。红色箭头↓表示增强作用,蓝色⊥表示抑制作用。

 

结论

外界的环境因素对草坪草和牧草的影响是多方面的。外源物质之间存在协同或拮抗作用,共同调控了草坪草和牧草下游相关基因的表达,改变了生理代谢途径,缓解了活性氧的伤害、减轻了细胞膜的损伤和离子的毒害,从而起到延缓衰老、提高抗逆性和改善草坪品质的效果。


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