铝毒害下水稻金属稳态、根系发育相关基因及生理形态反应的调控

《Agricultural Research》：Modulation of Metal Homeostasis, Root Development-Related Genes, and Physio-Morphological Responses of Rice Under Aluminum Toxicity

　　

摘要

水稻幼苗在无菌条件下培育并萌发，然后在以蛭石为支撑材料的体外光自养生长环境中培养，随后将其置于不同铝浓度处理组中[低铝浓度组作为对照，高铝浓度组为1.0 mM铝，处理时间为7天]。在高铝处理下，IR64基因型的植株根系最长，且OsORC3（起源识别复合体亚基3）的表达水平上升。而KaoMakKaek（KMK）基因型在高铝处理下的根长、根鲜重和根干重分别比对照组降低了19.16%、26.92%和18.46%。在高铝处理后，IR64和KMK基因型中编码位于质膜和液泡膜上的膜转运蛋白的OsNrat1（Nramp铝转运蛋白1）的表达在24–96小时内上升，而KMK基因型中OsYSL1（黄色条状1）和OsAlS1（铝敏感1）的表达在6–24小时内上升，这些蛋白的作用是在细胞层面将多余的铝分隔开来。因此，在高铝处理下，KMK基因型的根系和叶组织中的铝含量分别比对照组高出2.03倍和1.75倍，这导致了叶绿素降解（表现为叶片绿色度下降，降幅达54.46%），光系统II的最大量子产率（F_v/F_m）和光子产率（Φ_PSII）下降，净光合速率（P_n）降低38.55%，气孔闭合，地上部分生物量减少。此外，IR64基因型在高铝处理下，其叶片绿色度（SPAD值）、F_v/F_m、Φ_PSII和P_n也有所下降。这些生理指标可作为评估水稻铝毒性的敏感参数。