CN113105293A - 添加外源水杨酸的水稻幼苗培养液及应用 - Google Patents
添加外源水杨酸的水稻幼苗培养液及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113105293A CN113105293A CN202110465280.3A CN202110465280A CN113105293A CN 113105293 A CN113105293 A CN 113105293A CN 202110465280 A CN202110465280 A CN 202110465280A CN 113105293 A CN113105293 A CN 113105293A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rice
- cadmium
- culture solution
- pectin
- salicylic acid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 title claims abstract description 131
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 title claims abstract description 131
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 title 1
- YGSDEFSMJLZEOE-UHFFFAOYSA-N salicylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1O YGSDEFSMJLZEOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 141
- 241000209094 Oryza Species 0.000 claims abstract description 133
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 claims abstract description 81
- FJKROLUGYXJWQN-UHFFFAOYSA-N papa-hydroxy-benzoic acid Natural products OC(=O)C1=CC=C(O)C=C1 FJKROLUGYXJWQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 229960004889 salicylic acid Drugs 0.000 claims abstract description 70
- 229920001277 pectin Polymers 0.000 claims abstract description 49
- 239000001814 pectin Substances 0.000 claims abstract description 49
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 235000010987 pectin Nutrition 0.000 claims abstract description 48
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims abstract description 31
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 claims abstract description 27
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims abstract description 18
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims abstract description 17
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 13
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims abstract description 12
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims abstract description 7
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+) Chemical compound [Cd+2] WLZRMCYVCSSEQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims description 9
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims description 4
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 claims description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 claims description 4
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 claims description 4
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910019145 PO4.2H2O Inorganic materials 0.000 claims description 3
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 3
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JZCCFEFSEZPSOG-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Cu+2].[O-]S([O-])(=O)=O JZCCFEFSEZPSOG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K iron trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].Cl[Fe+]Cl NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- WRUGWIBCXHJTDG-UHFFFAOYSA-L magnesium sulfate heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[O-]S([O-])(=O)=O WRUGWIBCXHJTDG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RZLVQBNCHSJZPX-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.[Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O RZLVQBNCHSJZPX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 230000035784 germination Effects 0.000 claims description 2
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002574 poison Substances 0.000 abstract description 3
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 abstract description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 42
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 35
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 22
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 16
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 14
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 14
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 14
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 13
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 9
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 9
- 235000021329 brown rice Nutrition 0.000 description 8
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 230000032050 esterification Effects 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 description 7
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 4
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 230000017858 demethylation Effects 0.000 description 4
- 238000010520 demethylation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 4
- 238000001095 inductively coupled plasma mass spectrometry Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 210000003463 organelle Anatomy 0.000 description 4
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 3
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 3
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 3
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 3
- 210000002706 plastid Anatomy 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Inorganic materials [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 3
- 210000003934 vacuole Anatomy 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- RDIMQHBOTMWMJA-UHFFFAOYSA-N 4-amino-3-hydrazinyl-1h-1,2,4-triazole-5-thione Chemical compound NNC1=NNC(=S)N1N RDIMQHBOTMWMJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108700023158 Phenylalanine ammonia-lyases Proteins 0.000 description 2
- 230000036579 abiotic stress Effects 0.000 description 2
- 230000021736 acetylation Effects 0.000 description 2
- 238000006640 acetylation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 2
- GOOXRYWLNNXLFL-UHFFFAOYSA-H azane oxygen(2-) ruthenium(3+) ruthenium(4+) hexachloride Chemical compound N.N.N.N.N.N.N.N.N.N.N.N.N.N.[O--].[O--].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Ru+3].[Ru+3].[Ru+4] GOOXRYWLNNXLFL-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- YKYOUMDCQGMQQO-UHFFFAOYSA-L cadmium dichloride Chemical compound Cl[Cd]Cl YKYOUMDCQGMQQO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000012470 diluted sample Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 2
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 125000004492 methyl ester group Chemical group 0.000 description 2
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 2
- 210000003470 mitochondria Anatomy 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010178 pectin extract Substances 0.000 description 2
- 108020004410 pectinesterase Proteins 0.000 description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- FGOJCPKOOGIRPA-UHFFFAOYSA-N 1-o-tert-butyl 4-o-ethyl 5-oxoazepane-1,4-dicarboxylate Chemical group CCOC(=O)C1CCN(C(=O)OC(C)(C)C)CCC1=O FGOJCPKOOGIRPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RNAMYOYQYRYFQY-UHFFFAOYSA-N 2-(4,4-difluoropiperidin-1-yl)-6-methoxy-n-(1-propan-2-ylpiperidin-4-yl)-7-(3-pyrrolidin-1-ylpropoxy)quinazolin-4-amine Chemical compound N1=C(N2CCC(F)(F)CC2)N=C2C=C(OCCCN3CCCC3)C(OC)=CC2=C1NC1CCN(C(C)C)CC1 RNAMYOYQYRYFQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YTBSYETUWUMLBZ-UHFFFAOYSA-N D-Erythrose Natural products OCC(O)C(O)C=O YTBSYETUWUMLBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YTBSYETUWUMLBZ-IUYQGCFVSA-N D-erythrose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)C=O YTBSYETUWUMLBZ-IUYQGCFVSA-N 0.000 description 1
- AEMOLEFTQBMNLQ-YMDCURPLSA-N D-galactopyranuronic acid Chemical compound OC1O[C@H](C(O)=O)[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O AEMOLEFTQBMNLQ-YMDCURPLSA-N 0.000 description 1
- 208000035240 Disease Resistance Diseases 0.000 description 1
- ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L EDTA disodium salt (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].OC(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC(O)=O)CC([O-])=O ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 206010056474 Erythrosis Diseases 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- IAJILQKETJEXLJ-UHFFFAOYSA-N Galacturonsaeure Natural products O=CC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O IAJILQKETJEXLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000209082 Lolium Species 0.000 description 1
- 241001089723 Metaphycus omega Species 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- COQLPRJCUIATTQ-UHFFFAOYSA-N Uranyl acetate Chemical compound O.O.O=[U]=O.CC(O)=O.CC(O)=O COQLPRJCUIATTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009418 agronomic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N ammonium oxalate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]C(=O)C([O-])=O VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000004790 biotic stress Effects 0.000 description 1
- UBXYXCRCOKCZIT-UHFFFAOYSA-N biphenyl-3-ol Chemical group OC1=CC=CC(C=2C=CC=CC=2)=C1 UBXYXCRCOKCZIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HOQPTLCRWVZIQZ-UHFFFAOYSA-H bis[[2-(5-hydroxy-4,7-dioxo-1,3,2$l^{2}-dioxaplumbepan-5-yl)acetyl]oxy]lead Chemical compound [Pb+2].[Pb+2].[Pb+2].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O HOQPTLCRWVZIQZ-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- WORJEOGGNQDSOE-UHFFFAOYSA-N chloroform;methanol Chemical compound OC.ClC(Cl)Cl WORJEOGGNQDSOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 210000000805 cytoplasm Anatomy 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 235000005911 diet Nutrition 0.000 description 1
- 230000000378 dietary effect Effects 0.000 description 1
- 238000001085 differential centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000012137 double-staining Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002979 esterase activity determination Methods 0.000 description 1
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001744 histochemical effect Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 101150044508 key gene Proteins 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001543 one-way ANOVA Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 description 1
- 239000002686 phosphate fertilizer Substances 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 239000013062 quality control Sample Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000003753 real-time PCR Methods 0.000 description 1
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007127 saponification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007226 seed germination Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003900 soil pollution Methods 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 238000007447 staining method Methods 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 230000015378 stomatal closure Effects 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- NFACJZMKEDPNKN-UHFFFAOYSA-N trichlorfon Chemical compound COP(=O)(OC)C(O)C(Cl)(Cl)Cl NFACJZMKEDPNKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000017260 vegetative to reproductive phase transition of meristem Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
- C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
- C05G3/00—Mixtures of one or more fertilisers with additives not having a specially fertilising activity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
- C05B—PHOSPHATIC FERTILISERS
- C05B7/00—Fertilisers based essentially on alkali or ammonium orthophosphates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
- C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
- C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
- C05G5/20—Liquid fertilisers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Pest Control & Pesticides (AREA)
- Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
Abstract
本发明公开了一种添加外源水杨酸的水稻幼苗培养液及应用。添加外源水杨酸的水稻幼苗培养液，在水稻营养液配方基础上添加外源水杨酸，添加量为100µmol.L‑1。用于降低水稻幼苗根系和地上部镉含量；用于调控果胶合成和去酯化以及木质素合成降低水稻植株镉积累，缓解镉胁迫对水稻幼苗的毒害，水稻幼苗在水稻幼苗培养液中培养10 d，根系果胶含量和去酯化程度增加，果胶中游离羧基增多，细胞壁对镉的吸附与结合能力增强；同时根系木质素含量增加，细胞壁加厚，阻止镉离子进入细胞。本发明公开了并证实了重要的水稻Cd调控机制，为镉污染稻田土壤的安全生产提供了理论指导和可行方案。
Description
技术领域
本发明属于农田土壤重金属污染修复领域，涉及一种降低水稻幼苗根系和地上部镉含量的培养液及应用。
背景技术
镉（Cadmium, Cd）是自然界中广泛存在的一种毒性较高的痕量重金属。近年来，随着我国重金属矿冶炼、长期施用含镉磷肥以及工业“三废”沉积等人为因素，农田镉污染问题日益突出。根据2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国土壤镉的点位超标率达7%，位于八大超标金属元素之首。水稻是我国最重要的粮食作物，同时也是一种对镉累积相对较高的作物，耕地镉污染带来的大米镉超标事件时有发生，食用大米成为中国人群膳食镉暴露的主要来源。通过物理、化学和生物等方法降低水稻镉的积累，实现镉污染农田土壤上水稻安全生产，是当前农田土壤重金属污染控制与修复领域的研究热点之一。
水杨酸（salicylic acid, SA）是植物体内普遍存在的一种小分子酚类化合物，参与调节植物体内多种生理生化过程，如种子发芽、开花、气孔关闭、膜通透性及离子的吸收等。研究表明，水杨酸在植物生物或非生物胁迫响应中起着重要作用，不仅能激活植物抗性反应，从而增强植物对病毒、真菌及细菌等多种病原物的抗病性，而且能诱导植物提高对干旱、盐害、低温、臭氧、紫外辐射等非生物胁迫的抗性。近年来在多种作物中研究证实，水杨酸能缓解重金属镉对作物的毒害作用，为作物镉污染治理提供了一条新的解决途径。
植物细胞壁主要是由多糖、蛋白质和木质素等组成的一个复合物，是重金属离子进入细胞质的第一道屏障。植物细胞壁可以分为初生壁和次生壁，初生壁主要由纤维素、半纤维素和果胶组成，大多携带羧基和羟基等负电基团，能够参与对重金属镉的吸附作用；次生壁则大部分为木质素，是抵御有害生物的重要屏障。研究表明，外源水杨酸能增加细胞壁对镉的固定，从而阻止镉离子进入植物体内、提高植物的耐镉性。例如，Bai等研究发现，200μmol.L-1 水杨酸处理导致黑麦草根和叶片中细胞壁组分的镉含量分别增加了30.8%和36.3%。Xu等对花生幼苗的研究也表明，施水杨酸导致根和叶片中细胞壁组分的镉含量分别由97.9和9.76 μg.g-1 FW增加至119.9和13.23 μg.g-1 FW。但目前有关水杨酸增强细胞壁镉固定机制的研究报道较少。在一项对小麦的研究中发现，水杨酸预处理能导致镉胁迫下木质素合成相关酶苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase, PAL）活性的上升以及木质素的积累，表明水杨酸可能通过诱导根系木质素合成加固细胞壁，进而阻止镉离子进入细胞。除了木质素，细胞壁果胶和半纤维素对镉具有较高的吸附和固定能力。外源调控油菜根系细胞壁中果胶或半纤维素的合成，可以增加根系细胞壁对镉的固定能力，减小镉对油菜的毒害作用。但是水杨酸是否通过共同调控根细胞壁果胶和木质素合成来吸附固定镉毒害尚待进一步的研究。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种降低水稻幼苗根系和地上部镉含量的培养液及应用，添加一定浓度外源水杨酸显著增加水稻根细胞壁中的果胶和木质素含量，导致果胶中吸附的镉含量上升，细胞壁加厚，减少根系对镉的吸收，缓解水稻幼苗镉毒害。
本发明实现目的的技术方案是：
一种添加外源水杨酸的水稻幼苗培养液，在水稻营养液配方基础上添加外源水杨酸；所述的水稻营养液配方如下：
| 元素 | 使用盐类 | 用量（g/L） | |
| 大量元素（1000倍母液） | N | NH<sub>4</sub>NO<sub>3</sub> | 114.3 |
| P | NaH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>.2H<sub>2</sub>O | 50.4 | |
| K | K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> | 89.3 | |
| Ca | CaCl<sub>2</sub> | 110.8 | |
| Mg | MgSO<sub>4</sub>.7H<sub>2</sub>O | 405 | |
| 微量元素（1000倍母液） | Mn | MnCl<sub>2</sub>.4H<sub>2</sub>O | 1.5 |
| Mo | (NH<sub>4</sub>)<sub>6</sub>MoO<sub>24</sub>.4H<sub>2</sub>O | 0.074 | |
| B | H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub> | 0.934 | |
| Zn | ZnSO<sub>4</sub>.7H<sub>2</sub>O | 0.035 | |
| Cu | CuSO<sub>4</sub>.5H<sub>2</sub>O | 0.031 | |
| Fe | FeCl<sub>3</sub>.6H<sub>2</sub>O | 7.7 | |
| 柠檬酸 | 11.9 |
所述外源水杨酸的添加量为100 µmol.L-1。
所述的水稻幼苗培养液的应用，用于降低水稻幼苗根系和地上部镉含量，水稻种子经表面消毒后置于湿润的纱布上发芽，置于人工气候箱中用1/2所述的水稻营养液培养，幼苗长至两叶一心后，选取生长一致的水稻幼苗移栽至所述的水稻幼苗培养液中，每3 d更换一次培养液，培养10天。
所述的水稻幼苗培养液的应用，用于调控果胶合成和去酯化以及木质素合成降低水稻植株镉积累，缓解镉胁迫对水稻幼苗的毒害，水稻幼苗在所述的水稻幼苗培养液中培养10 d，根系果胶含量和去酯化程度增加，果胶中游离羧基增多，细胞壁对镉的吸附与结合能力增强；同时根系木质素含量增加，细胞壁加厚，阻止镉离子进入细胞。
本发明的有益效果是：
本发明添加外源水杨酸显著降低水稻幼苗对Cd的吸收和积累，幼苗根系、地上部和成熟期糙米中Cd含量分别降低48.0%、19.6%和7.8%。
添加外源水杨酸使得水稻幼苗根细胞壁Cd分配比例增加，显著促进Cd在细胞壁的沉积。
添加外源水杨酸促进水稻幼苗根细胞壁多糖组分对Cd的吸附，其中贡献最大的是果胶，其吸附的Cd含量占细胞壁吸附Cd总量的一半以上。
添加外源水杨酸促进水稻幼苗细胞壁中果胶合成和去甲酯化，导致游离羧基增多，细胞壁对Cd的吸附能力增强，从而降低根系对Cd的吸收。
添加外源水杨酸显著增加水稻幼苗细胞壁中木质素含量，导致细胞壁加厚，进而阻止Cd进入水稻根系。
添加外源水杨酸显著缓解Cd胁迫对水稻幼苗的毒害，幼苗株高、根长和植株干重分别增加38.1%、78.7%和58.4%，幼苗茁壮成长提高了抗逆性，可提高收获产量，并且降低了Cd糙米中的含量。
本发明公开了并证实了重要的水稻Cd调控机制，为镉污染稻田土壤的安全生产提供了理论指导和可行方案。
附图说明
图1为水杨酸对镉胁迫下水稻幼苗生长和镉积累影响；
其中，SA处理对Cd胁迫下水稻幼苗农艺性状（A-D部分）和Cd积累（E-F部分）的影响。
图2为水杨酸对镉胁迫下水稻成熟期稻谷镉含量的影响。
其中，SA处理对Cd胁迫下成熟期水稻糙米（A部分）和谷壳（B部分）Cd积累的影响。
图3为水杨酸对镉胁迫下水稻幼苗根系镉亚细胞分布的影响。
图4为水杨酸对镉胁迫下水稻幼苗根细胞壁多糖组分变化及其镉吸附的影响；
其中，SA处理对Cd胁迫下水稻幼苗根细胞壁多糖组分变化（B部分）及其Cd吸附（A部分）的影响。
图5为水杨酸对镉胁迫下水稻幼苗根系细胞壁果胶合成及去甲酯化的影响；
其中，SA处理对Cd胁迫下水稻幼苗根细胞壁果胶合成（A-B部分）及去甲酯化（C-E部分）的影响。
图6为水杨酸对镉胁迫下根系细胞壁厚度和木质素合成的影响；
其中，SA处理对Cd胁迫下水稻幼苗根系细胞壁厚度（A-B部分）和木质素合成（C-E部分）的影响。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明，除非特别说明，本发明所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和保护范围主要由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。
实施例
本发明采用水培试验，人工气候箱培养3周后，收获样品分别测定水稻幼苗根部和地上部的Cd含量，并分析Cd在根系亚细胞组分和细胞壁组分中的分布，采用酶标仪和荧光定量PCR测定水稻幼苗根系细胞壁中果胶和木质素合成相关酶活性及其基因表达。
本水培试验中，降低水稻幼苗根系和地上部镉含量的方法，具体步骤如下：
（1）本发明供试水稻品种为“扬稻6号”，挑选籽粒饱满的水稻种子经2.5% NaClO消毒20 min后，用去离子水清洗5~6次；
（2）消毒后的水稻种子置于湿润的纱布上发芽，转移到漂浮在1/2水稻营养液溶液中的浮板上，在人工气候箱培养1周，水稻营养液为国际水稻研究所推荐的配方，pH为5.5，每3 d更换营养液一次；
（3）1周后使用全营养液，选取生长一致的水稻幼苗移栽至盛有5 L全营养液的黑色PVC培养桶，每盆种植5株水稻苗，每3 d更换营养液一次，所述国际水稻研究所推荐的水稻营养液配方如下：
| 元素 | 使用盐类 | 用量（g/L） | |
| 大量元素（1000倍） | N | NH<sub>4</sub>NO<sub>3</sub> | 114.3 |
| P | NaH<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>.2H<sub>2</sub>O | 50.4 | |
| K | K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> | 89.3 | |
| Ca | CaCl<sub>2</sub> | 110.8 | |
| Mg | MgSO<sub>4</sub>.7H<sub>2</sub>O | 405 | |
| 微量元素（1000倍） | Mn | MnCl<sub>2</sub>.4H<sub>2</sub>O | 1.5 |
| Mo | (NH<sub>4</sub>)<sub>6</sub>MoO<sub>24</sub>.4H<sub>2</sub>O | 0.074 | |
| B | H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub> | 0.934 | |
| Zn | ZnSO<sub>4</sub>.7H<sub>2</sub>O | 0.035 | |
| Cu | CuSO<sub>4</sub>.5H<sub>2</sub>O | 0.031 | |
| Fe | FeCl<sub>3</sub>.6H<sub>2</sub>O | 7.7 | |
| 柠檬酸 | 11.9 |
（4）人工气候箱的培养条件为：日光照时长为14 h，黑夜时长10 h，白日时段温度为26±2℃，黑夜时段温度为22±2℃，湿度为75%-80%。
（5）全营养液培养1周后，在表1所示的国际水稻研究所推荐的水稻营养液配方的基础上，外源分别添加5 µmol.L-1 Cd（CdCl2·5H2O）、100 µmol.L-1 SA、5 µmol.L-1 Cd+100 µmol.L-1 SA，以仅水稻营养液培养为对照（CK），，培养10天后，收获部分水稻幼苗样品。另外一部分样品通过上述营养液进行全生育期培养，成熟期收获稻谷样品。
对收获的水稻样品进行测定，测定项目及方法如下：
（1）水稻幼苗株高、根长与植株生物量测定
处理完成后水稻幼苗根系用20 mM Na2-EDTA 浸泡20 min，以去除根系表面吸附的Cd离子，然后去离子水冲洗多次。幼苗株高用米尺测量，并用Epson数字化扫描仪扫描幼苗根系，图像采用WinRHIZO version 5.0a软件进行根系形态特征分析，测量各级根的总长度。测量完成后将水稻幼苗105℃杀青，65℃烘干至恒重，准确记录植株生物量，并将幼苗根部和地上部样品分别粉碎待测。稻谷样品置于烘箱内烘干至恒重，用砻谷机进行脱壳处理，并将稻壳和糙米样品分别粉碎待测。
（2）水稻幼苗根部、地上部与成熟期稻谷中Cd含量测定
准确称取磨碎后的幼苗根部、地上部、稻壳和糙米样品0.25 g，转入50 mL 均聚聚丙烯消化管中，加入8 mL硝酸，冷消化2个小时，置于石墨消解仪中（DigiBlock ED54，莱伯泰科公司），120℃消解至体积小于2 mL。取下冷却后，再加入3 mL双氧水，继续消解至体积小于1 mL，此时溶液呈淡黄色或无色。再次取下冷却后，用18.2 MΩ的去离子水定容至50mL。同时做质控样品（湖南大米成分分析标准物质GBW10045）和试剂空白。利用电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS（X series 2，美国Thermo Fisher公司）测定水稻根部和地上部的Cd含量。
（3）水稻幼苗根系亚细胞组分提取和Cd含量测定
准确称取液氮冷冻根系鲜样0.5 g，加10 mL 提取液[0.25 M 蔗糖+50 mM Tris-HCI 缓冲液（pH7.5）+l mM 赤鲜糖醇]，冰浴研磨成匀浆，然后采用差速离心法将匀浆分为细胞壁（cell wall）、质体（trophoplast）、膜和细胞器（organelle）和可溶部分（solublefraction）等组分。整个过程全部在4℃条件下操作。分离后的亚细胞提取物用HNO3--H2O2消解，去离子水定容后，用ICP-MS 测定各亚细胞组分的Cd 含量。
（4）水稻幼苗根细胞壁的提取、多糖组分分离和Cd含量测定
细胞壁组分提取参照Zhong和Lauchli（1993）的方法稍加修改。称取0.5 g液氮研磨根系样品，添加5 mL冰乙醇-水 (75:25, v/v) 浸提3次，冰浴20 min后于4℃下1000 g离心10 min。沉淀再分别用3.5 mL的冰丙酮、冰甲醇-三氯甲烷（1:1, v/v）、冰甲醇依次洗涤，并于4℃ 1000 g离心10 min。弃上清液，冷冻干燥后的沉淀即细胞壁，放置于4℃冰箱中密封保存。
细胞壁多糖组分的分离参照Zhong和Lauchli（1993）的方法稍加修改。称取50 mg细胞壁样品，加入5 mL 0.5%草酸铵（含0.1% NaHB4），80℃水浴1 h后于12000 g离心15min，上清液即为果胶溶液。提取果胶后的沉淀分别用4% NaOH（含0.1% NaHB4）和24% NaOH（含0.1% NaHB4）提取，每个组分均提取三次，每次8 h，于12000 g 离心15 min所得上清液分别为半纤维素Ⅰ和半纤维素Ⅱ。提取后残余不溶物用超纯水洗涤2次，12000 g离心15 min后弃上清液进行干燥，干燥完全后的沉淀物质即为纤维素。将经上述步骤分离和提取的细胞壁、果胶溶液、半纤维素Ⅰ、半纤维素Ⅱ以及纤维素进行HNO3-H2O2消解，超纯水定容，ICP-MS测定各部分Cd含量。
（5）水稻幼苗根细胞壁中果胶染色、果胶糖醛酸含量、果胶去甲酯化程度和果胶酯酶活性测定
果胶组织化学染色方法利用钌红染色。分别取各处理后的新鲜水稻根，在0.02%（w/v）的钌红中温育12 h，用蒸馏水冲洗洗净，置于体式显微镜下拍照。
果胶含量的测定通过测定糖醛酸的含量来指示（Blumenkrantz和Asboe-hansen,1973）。称取0.015 g细胞壁于1 mL去离子水中，沸水浴1 h后，于15000 g离心10 min，吸取上清液至5 mL离心管中。向残渣中继续加入1 mL超纯水，复提，合并2 mL上清液，即为果胶提取液。吸取400 µL的果胶提取液和半乳糖醛酸标液 (0、20、40、80、100 mg·L-1) 至1.5mL离心管后，加入1 mL浓硫酸（含12.5 mmol·L-1四硼酸钠），沸水浴5 min，立即冷却，迅速加入20 µL 0.15%的间羟基联苯（溶于0.5%的NaOH溶液），在催化反应30 min后（室温），测定样品吸光度（520 nm）并建立糖醛酸标准曲线。
果胶甲酯基含量的测定根据Klavons等（1986）的方法稍加调整。吸取125 μL果胶提取液于1.5 mL离心管中，加入25 µL 4 mol·L-1 的NaOH溶液，涡旋混匀，在37℃的条件下皂化反应30 min，待反应结束后立即加入50 µL 2 mol·L-1 HCL溶液中和碱性溶液，并将样品稀释至400 µL。吸取200 µL稀释后的样品溶液和甲醇标液（0、50、100、200、250、300 μmol·L-1）后，加入400 µL 200 mmol·L-1的磷酸缓冲液（含0.01 units·μL-1 AO, pH=7.5），30℃的条件下孵育10 min，加入800 µL 5 g·L-1的Purpald溶液，30℃的条件下孵育30 min，测定样品吸光度（550 nm）并建立甲醇标准曲线。果胶去甲酯化度 (%) =[1-甲酯基含量/ (糖醛酸含量+甲酯基含量) ]×100%。
果胶酯酶的提取和测定参照Anthon 和Barrett（2004）的方法进行。称取5 mg 细胞壁粗提物，加入0.5 mL的1 mol.L-1 NaCl溶液，在冰上孵育1 h，期间振荡多次，随后在15000 g 4℃条件下离心15 min，吸取50 µL上清液，用1 mol.L-1 NaCl溶液稀释至1 mL。取100µL稀释后的样品溶液和甲醇标液（0、30、40、50、75、100、200、500 μmol·L-1）至1.5 mL离心管中，加入200 µL 200 mmol/L 磷酸缓冲液（含0.64 mg.mL-1 果胶和0.01 units·μL-1AO， pH=7.5），30℃的条件下孵育10 min，然后加入400 µL 5 g.L-1 的Purpald溶液，振荡混匀，30℃孵育30 min后，在550 nm波长下比色并建立甲醇标准曲线。
（6）水稻根部细胞壁直径和木质素含量测定
利用透射电镜技术观察水稻根系细胞壁超微结构。取新鲜幼苗根系，剪取距根尖1-2 cm左右根段置入2.5% (v/v) 戊二醛固定液中 (溶于0.1 mol.L-1磷酸缓冲液，pH=7.0)。然后用0.1 mol.L-1磷酸缓冲液冲洗根尖3次，每次15 min；然后迅速加入1%锇酸溶液，静置2 h，并用磷酸缓冲液漂洗根尖3次。用不同体积浓度乙醇（50%、70%、80%、90%、95%）系列脱水，每次15 min，再置于100%乙醇和丙醇溶液中各处理20 min。之后进行梯度渗透包埋处理，先用丙酮和包埋剂（1:1）处理1 h、再用丙酮和包埋剂（1:3）处理 3 h、最后纯包埋剂包埋过夜。包埋后的样品70℃加热4-6 h，利用超薄切片机切成70-90 nm切片，经由柠檬酸铅、醋酸双氧铀双重染色后，置于透射电镜下观察根细胞壁超微结构，并用photoshop软件统计细胞壁厚度。
利用木质素含量检测试剂盒（BC4200, 索莱宝公司）检测水稻幼苗根系木质素的含量。选取不同处理水稻根系样品，80℃烘干至恒重，粉碎，过40目筛，称取5 mg于1.5 mL离心管中。向测定管和空白管依次加入500 µL试剂一、20 µL高氯酸，80℃水浴40 min，进行乙酰化，期间震荡多次，自然冷却后，再加入500 µL试剂二，充分混匀，在常温8000 g条件下离心10min。吸取上清液5 µL，加入冰乙酸稀释至1 mL使用紫外分光光度计测定样品吸光度(280 nm) ，记为A测定管、A空白管。根据下列公式计算：木质素含量(mg·g-1) =8.737×ΔA÷W（ΔA=A测定管-A空白管; W: 样本质量, g）。
(7) 数据分析
利用SPSS 26.0软件对数据进行单因素方差分析（one-way ANOVA），结果用平均数±标准误差 (n≥3) 表示。不同处理与对照组的显著性分析采用Duncan 检测法进行检测，P< 0.05为具有显著差异。采用GraphPad Prism 8软件进行图形绘制。
检测结果与分析
（1）添加外源SA对Cd胁迫下水稻幼苗生长和Cd积累的影响
Cd胁迫下水稻幼苗生物量显著减少，Cd处理10 d后，水稻幼苗株高、总根长和植株干重相比对照组分别下降40.1%、46.1%和21.3%，同时施加增施100 µmol.L-1 SA后，水稻幼苗生长的抑制作用得到明显缓解，与单独Cd处理相比，Cd+SA处理10 d后水稻幼苗株高、总根长和植株干重分别增加38.1%, 78.7%和 58.4% (图1 A-D部分) 。根系与地上部Cd含量均随Cd浓度增加而升高，同时施加SA则显著抑制水稻幼苗中Cd的积累，Cd+SA处理10 d后根系和地上部Cd含量较单独Cd处理分别下降48.0%和19.6% (图1 E, F部分) 。以上结果说明，SA可有效降低水稻幼苗Cd积累，缓解Cd胁迫对水稻幼苗生长的抑制作用。根系Cd含量的下降幅度大于地上部分，表明根系Cd积累受SA的影响较大。
（2）添加外源SA对Cd胁迫下水稻成熟期稻谷Cd积累的影响
Cd胁迫下，Cd在成熟期谷壳和糙米中Cd含量分别是14.9 mg kg-1 和11.4 mg kg-1，同时施加100 µmol L-1 SA后，谷壳和糙米中Cd含量较单独Cd处理均有不同程度降低，降低幅度分别为8.2%和7.8%（图2），说明施用一定浓度SA能显著降低稻米中Cd的积累。
（3）添加外源SA对Cd胁迫下水稻幼苗根系Cd亚细胞分布的影响
无论是Cd单独处理还是Cd+SA处理，根系中Cd均主要分布在细胞壁与可溶性组分中，在质体和细胞器组分中分布较少，这说明可溶性组分 (液泡) 和细胞壁是水稻根系Cd的主要积累部位。水稻可以通过将Cd固定在细胞壁和区隔在液泡内，降低Cd向细胞其余组分的转运，从而增加植株对Cd毒害的耐性。与单独Cd处理相比，Cd+SA处理下根系亚细胞组分中Cd总量显著增加，从35.3 mg.kg-1增至65.6 mg.kg-1，增加幅度为46.2%，并且Cd在根系细胞壁、质体和可溶性组分中的含量均不同程度升高。从Cd在不同组分中的分配比例来看，与单独Cd处理相比，Cd+SA处理下Cd在细胞壁组分的分配比例增加，在其他三个组分的分配比例均降低（图3），表明细胞壁固定是SA降低水稻Cd积累的主要作用机制。
（4）添加外源SA对Cd胁迫下水稻幼苗根细胞壁多糖组分变化及其Cd吸附的影响
不同处理下水稻幼苗根细胞壁多糖组分中吸附的Cd含量均以果胶和半纤维素Ⅰ（HC-I）中最高，其次是纤维素，半纤维素Ⅱ（HC-II）中吸附的Cd含量较低，说明细胞壁各多糖组分在细胞壁对Cd离子的吸附和固持中均发挥一定作用，其中贡献最大的是果胶，其吸附的Cd含量达到细胞壁Cd总量的49.6%-50.5%。与单独Cd处理相比，Cd+SA处理下根细胞壁各多糖组分中Cd含量都显著增加（图4 A部分），并且所有多糖组分特征峰的相对吸光强度均显著升高（图4 B部分），表明SA通过增加Cd胁迫下水稻幼苗根细胞壁中多糖组分含量，产生更多的Cd结合位点，从而加强了细胞壁对Cd的吸附和固持，阻止Cd离子进入细胞质对植株造成毒害。
（5）添加外源SA对Cd胁迫下水稻幼苗根细胞壁果胶合成及去甲酯化的影响
细胞壁果胶对重金属的吸附与结合取决于果胶中游离羧基的含量，它不仅与果胶的含量有关，还和果胶的去甲酯化度息息相关。与对照组相比，SA单独施用对根尖果胶染色和细胞壁内果胶含量没有显著影响，Cd胁迫下根尖果胶染色和细胞壁果胶含量相比对照显著增加，同时施用SA后，Cd胁迫下根尖果胶染色和细胞壁中果胶含量进一步提高（图5 A, B部分），表明SA促进Cd胁迫下水稻幼苗根系果胶合成，从而增加细胞壁上Cd的结合位点，使得根细胞壁吸附和固持Cd的能力显著提升。此外，与对照相比，SA单独施用对细胞壁中果胶去甲酯化程度、PME活性及基因表达没有显著影响，Cd胁迫下细胞壁中果胶去甲酯化程度、PME活性及基因表达相比对照显著上升，同时施用SA后，Cd胁迫下细胞壁中果胶去甲酯化程度、PME酶活性及基因表达进一步增加（图5 C-E部分），与果胶含量变化趋势一致，说明SA通过上调PME酶活性和基因表达，促进果胶去甲酯化，导致果胶中游离羧基增多，细胞壁对Cd的吸附与结合能力增强。
（6）添加外源SA对Cd胁迫下水稻幼苗根系细胞壁厚度和木质素合成的影响
Cd胁迫下，根系细胞基质片层、线粒体等其他细胞器解体，中央液泡破裂，同时施用SA后，根系细胞结构相对完整，线粒体数量多并且形态正常，同时发现细胞壁明显加厚（图6 A部分）。Cd+SA处理下根细胞的细胞壁厚度相比单独Cd处理增加约1倍（图6 B部分），说明SA能增加Cd胁迫下根系细胞壁厚度，加固细胞壁进而阻止Cd离子进入细胞。与对照相比，SA单独施用根系中木质素含量和相关基因表达有所增加，但差异不明显，Cd胁迫下根系中木质素含量和相关基因表达相比对照显著上升，同时施用SA后，Cd胁迫下根系中木质素含量和相关基因表达进一步增加（图6 D-E部分），说明SA诱导Cd胁迫下根系木质素合成关键基因的表达，导致根系木质素含量增加、细胞壁加厚，进而阻止Cd离子进入细胞。
Claims (3)
1.一种添加外源水杨酸的水稻幼苗培养液，其特征在于：在水稻营养液配方基础上添加外源水杨酸；所述的水稻营养液配方如下：
所述外源水杨酸的添加量为100 µmol.L-1。
2. 一种根据权利要求1所述的水稻幼苗培养液的应用，其特征在于，用于降低水稻幼苗根系和地上部镉含量，水稻种子经表面消毒后置于湿润的纱布上发芽，置于人工气候箱中用1/2如权利要求1中所述的水稻营养液培养，幼苗长至两叶一心后，选取生长一致的水稻幼苗移栽至如权利要求1所述的水稻幼苗培养液中，每3 d更换一次培养液，培养10天。
3. 一种根据权利要求1所述的水稻幼苗培养液的应用，其特征在于，用于调控果胶合成和去酯化以及木质素合成降低水稻植株镉积累，缓解镉胁迫对水稻幼苗的毒害，水稻幼苗在如权利要求1所述的水稻幼苗培养液中培养10 d，根系果胶含量和去酯化程度增加，果胶中游离羧基增多，细胞壁对镉的吸附与结合能力增强；同时根系木质素含量增加，细胞壁加厚，阻止镉离子进入细胞。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110465280.3A CN113105293B (zh) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | 添加外源水杨酸的水稻幼苗培养液及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110465280.3A CN113105293B (zh) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | 添加外源水杨酸的水稻幼苗培养液及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113105293A true CN113105293A (zh) | 2021-07-13 |
| CN113105293B CN113105293B (zh) | 2022-01-14 |
Family
ID=76720305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110465280.3A Expired - Fee Related CN113105293B (zh) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | 添加外源水杨酸的水稻幼苗培养液及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113105293B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103392401A (zh) * | 2013-06-18 | 2013-11-20 | 中国计量学院 | 水杨酸在减少稻米重金属镉积累中的应用 |
| CN105454012A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-04-06 | 农业部环境保护科研监测所 | 一种降低水稻幼苗叶片镉含量的方法及水稻幼苗培养液 |
| CN108401872A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-08-17 | 陕西科技大学 | 一种利用水杨酸缓解镉对番茄毒害作用的水培方法及水杨酸的应用 |
| CN109232083A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-01-18 | 上海市农业科学院 | 一种降低水稻幼苗地上部镉含量的培养液及其方法 |
-
2021
- 2021-04-28 CN CN202110465280.3A patent/CN113105293B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103392401A (zh) * | 2013-06-18 | 2013-11-20 | 中国计量学院 | 水杨酸在减少稻米重金属镉积累中的应用 |
| CN105454012A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-04-06 | 农业部环境保护科研监测所 | 一种降低水稻幼苗叶片镉含量的方法及水稻幼苗培养液 |
| CN108401872A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-08-17 | 陕西科技大学 | 一种利用水杨酸缓解镉对番茄毒害作用的水培方法及水杨酸的应用 |
| CN109232083A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-01-18 | 上海市农业科学院 | 一种降低水稻幼苗地上部镉含量的培养液及其方法 |
Non-Patent Citations (8)
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113105293B (zh) | 2022-01-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113388526B (zh) | 一种内生真菌fo-r20及其应用 | |
| CN109769535A (zh) | 内生真菌菌株r5-6-1在防治水稻白叶枯病中的应用 | |
| CN116478870A (zh) | 一株嗜麦芽寡养单孢菌olr3-17菌株及其应用 | |
| CN110583261B (zh) | 一种利用生物肥料种植慈竹的方法 | |
| CN109576281A (zh) | 与冬小麦吸收镉相关的基因及硼或含硼物质在抑制冬小麦吸收镉中的应用 | |
| Wang et al. | [Retracted] Evaluation of Salt Tolerance Mechanism and Study on Salt Tolerance Relationship of Different Salt‐Tolerant Wheat Varieties | |
| CN108753638B (zh) | 一株产水杨酸的稻田固氮蓝藻及其在稻田中的应用 | |
| CN113005048B (zh) | 一种产黑链霉菌cys22、其代谢产物及应用 | |
| CN107148971B (zh) | 芥子酸在种子萌发、根生长和幼苗发育方面的应用 | |
| WANG et al. | Endogenous hormone concentration in developing tuberous roots of different sweet potato genotypes | |
| CN112602717A (zh) | 一种防控稻瘟病菌的药物 | |
| CN113105293B (zh) | 添加外源水杨酸的水稻幼苗培养液及应用 | |
| CN110106194A (zh) | Pod p7基因的orf片段及其在提高植物镉胁迫耐受性、降低镉积累中的应用 | |
| Kuramshina et al. | Endophytic strains of Bacillus subtilis promote drought resistance of plants | |
| Na et al. | Biological characteristics of grafted eggplant on tomato rootstocks | |
| US20220386541A1 (en) | Method for improving cadmium tolerance in rice and reducing cadmium content in rice grains | |
| CN100394182C (zh) | 一种测定杀菌剂对黄瓜霜霉病菌毒力的方法 | |
| CN111961594B (zh) | 黄蓝状菌sh16在提高杨树干旱胁迫耐受性中的应用 | |
| Song et al. | Different levels of nitrogen fertilizer in nursery stage positively affect the activity of defense-related enzymes and resistance of tobacco plant to phytophthora nicotianae | |
| CN114426679A (zh) | 一种纳米三氧化二铁催化合成人工腐殖酸的水稻促生方法 | |
| CN101551370A (zh) | 用于中药农业自毒作用评价的方法 | |
| Lai et al. | Molecular biology and proteomics during somatic embryogenesis in Dimocarpus longan Lour. | |
| CN115851819B (zh) | 一种磷酸盐转运蛋白在降低水稻富集、吸收及转运砷能力中的应用和方法 | |
| Funakoshi et al. | Morphological and physiological studies on densely branched lateral roots triggered by localized phosphate in Sesbania cannabina | |
| CN114591981B (zh) | Tppi基因在调控植物根系发育和促进植物茉莉酸积累方面的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220114 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |