CN113207276B - 用于提高干旱及渗透胁迫抗性的组合物以及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于增进干旱及渗透胁迫抗性的组合物，其包含由以下化学式1表示的化合物作为有效成分。包含根据本发明的由化学式1表示的化合物的组合物，增进对干旱及渗透胁迫的抵抗性的同时，可以最小化作物的生长抑制。因此，期待本发明的组合物可有效用作作物生理调节剂。

Description

用于提高干旱及渗透胁迫抗性的组合物以及其用途

技术领域

本发明涉及一种用于提高干旱及渗透胁迫抗性的组合物以及使用所述组合物的植物体的干旱及渗透胁迫抗性提高方法。

背景技术

由于高等植物无法移动，因此，它们一生会面临各种环境因素，例如干旱、高盐(high salt)、重金属、冷害、高温及臭氧等环境胁迫。这种非生物胁迫成为限制作物的生长和发育的因素，并且已证实由于非生物环境胁迫导致作物产量损失极大，生产量的一半以上因非生物胁迫而损失。况且，最近，局部地区记录着急剧的环境变化，其对农作物的破坏程度也令人担忧。

在这些非生物胁迫中，水分不足是被认为作物减产的主要原因的最严重的环境因素。全世界上作物生产中的耗水量持续增加，而间歇性或长期性的干旱对粮食作物的产量产生重大影响。植物启动各种防御策略来应对缺水问题，例如感知干旱、生产及传播信号传导物质、诱导基于直接感知和传导物质的信号传导以及干旱胁迫反应基因表达等。针对这种水分胁迫的细胞或基因防御机制是众所周知的(非专利文献1)。然而，关于与胁迫相关的基因参与在高等植物中对胁迫的耐性或敏感性的生物学功能仍然缺乏知识。

因此，为了增加作物的生产性，重要的是研究新型化合物的功能，所述新型化合物用于诱导对胁迫的耐性或参与敏感性的与胁迫相关的基因或胁迫反应。

在这种背景下，为了选择参与提高干旱及渗透胁迫抗性的新型化合物，本发明人在韩国化合物银行所拥有的化合物中，筛选并购买结构与作为植物抗环境胁迫激素的ABA类似的化合物90种。并且，通过使用水稻原生质体和环境胁迫反应报道系统选择诱导与ABA部分相似反应的化合物S17，并确认所述化合物S17对植物生理引起的影响、干旱及渗透胁迫抗性的功能，完成了本发明。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的在于，提供一种用于增进干旱及渗透胁迫抗性的组合物以及使用所述组合物的植物体的干旱及渗透胁迫抗性提高方法。

技术方案

为达成所述目的的一实施方式，本发明提供一种用于增进干旱及渗透胁迫抗性的组合物，其中，包含由以下化学式1表示的化合物作为有效成分。

化学式1：

作为另一实施方式，本发明提供一种干旱及渗透胁迫抗性增进方法，其包括对植物体处理上述的用于增进抗旱性的组合物的步骤。

发明的效果

包含本发明的由化学式1(S17)表示的化合物的组合物，增进对干旱及渗透胁迫的抗性的同时，可以最小化作物的生长抑制。

因此，期待本发明的组合物能有效用作作物生理调节剂。

附图说明

图1是使用水稻原生质体系统的诱导化合物的环境胁迫反应的验证结果：(A)pD2-M3启动子的模式图，(B)通过化合物处理确认fLUC表达，(C)确认是否使用ABA信号传导系统，(D)S17化合物结构。

图2是S17化合物诱导抗旱性增进的实验结果：(A)S17处理水稻干燥实验，(B)干燥实验中的存活率，(C)干燥实验后的干燥重量，(D)测量化合物处理的稻叶水分损失率，(E)化合物处理水稻的用水量。

图3是S17诱导渗透胁迫抗性的验证结果：(A)渗透胁迫处理水稻，(B)用水量，(C)实验后的干燥重量。

具体实施方式

本发明涉及用于增进干旱及渗透胁迫抗性的组合物，其包含由以下化学式1(S17)表示的化合物作为有效成分。

化学式1：

实施方式

在本发明中，由所述化学式1表示的化合物可以为化学式1的化合物或由S17表示。

抗旱性(drought restiveness，drought resistance)及渗透胁迫抗性是植物能抵抗脱水的性质，并且是表示植物可以抵抗干燥或干旱状态的程度的术语。

在现有技术中，通过与干旱胁迫相关的基因操作来开发抗旱性增进的作物，或者通过处理作为植物环境胁迫抗性激素的ABA(Abscisic acid)的方法来增进植物的抗旱性。尤其，ABA是以各种方式影响抗旱性增强的化合物，已知所述化合物具有优异的抗旱性增进作用，但对植物的生长产生负面影响。

因此，本发明人针对结构与ABA相似的化合物，利用水稻原生质体和环境胁迫反应报道系统，选择了诱导与ABA部分相似反应的化合物，即化学式1的化合物。

包含根据本发明的化学式1的化合物的组合物具有优异的干旱及渗透胁迫抗性增进作用。

在所述组合物中，化学式1的化合物的浓度可以为1μM至1000μM，具体地为1μM至500μM，更具体为1μM至50μM或1μM至5μM。在上述范围内，干旱和渗透胁迫抗性的增进效果极好。当所述浓度低于1μM时，干旱及渗透胁迫抗性的增进效果微小，当大于1000μM时，对干旱及渗透胁迫抗性没有显著的增进效果，因此，优选包含1μM至1000μM。

在本发明的一实施例中，通过对水稻原生质体中同时瞬时表达阻碍ABA信号传导的脱磷酸酶所谓OsPP2C51或OsPP2C68基因和报道载体(pABRE-DRE：：fLUC，pUbi10：：rLUC)，然后处理ABA及S17化合物来确认报道的表达(图1的C部分)。并且，为了确认S17的抗旱性诱导现象，将对在营养液中栽培后14天的水稻处理S17的实验组和未处理的对照组进行比较，并确认到处理S17的实验组的抗旱性得以增强(图2的B部分)。

此外，确认到在使用甘露醇的渗透胁迫条件下与对照组不同，处理S17时，水稻对渗透胁迫的抗性增进的效果(图3)。

作为另一实施方式，本发明提供了一种使用用于增进干旱及渗透胁迫抗性的组合物来增进植物的干旱及渗透胁迫抗性的方法。

所述干旱及渗透胁迫抗性增进方法，可以包括对植物处理用于增强干旱及渗透胁迫抗性的组合物的步骤。

在一实施例中，所述处理可以为浸渍或喷雾。在所述浸渍的情况下，可以将组合物倒入植物周围的土壤和培养基中，或者可以将植物的种子浸入组合物中。

这些植物体可以为选自由包括水稻、小麦、大麦、玉米、大豆、土豆、红豆、燕麦或高粱的粮食作物类；包括拟南芥、白菜、萝卜、辣椒、草莓、西红柿、西瓜、黄瓜、卷心菜、香瓜、南瓜、大葱、洋葱或胡萝卜的蔬菜作物类；包括人参、烟草、棉花、芝麻、甘蔗、甜菜、紫苏、花生或油菜的特种作物类；包括苹果树、梨树、枣树、桃子、猕猴桃、葡萄、柑橘、柿子、李子、杏子或香蕉的果树类；包括玫瑰、唐菖蒲、非洲菊、康乃馨、菊花、百合或郁金香的花卉类；以及包括黑麦草、红三叶草、果园草、苜蓿、高羊茅或多年生黑麦草的饲料作物组成的组中的一种。

下面，将通过实施例更详细地说明本发明的构成及效果。这些实施例仅用于说明本发明，本发明的范围不受这些实施例的限制。

实施例1：验证S17化合物的环境胁迫反应诱导

将与作为植物环境胁迫抗性激素的ABA(Abscisic acid)进行反应诱导报道基因荧光素酶表达的pABRE-DRE：：fLUC载体瞬时转化到水稻原生质体，然后，处理从韩国化合物银行购买的结构与ABA类似的化合物90种选择增进报道表达的化合物，并将其命名为S17。

为了比较验证S17化合物的环境胁迫反应诱导效果与ABA，将pABRE-DRE：：fLUC和转化标记即pUbi10：：rLUC载体瞬时转化到水稻原生质体中，然后处理ABA及S17化合物，15小时后确认fLUC的表达程度。其结果在处理S17的实验组中确认到fLUC的显著表达(图1的A部分，图1的B部分)。

此外，为了掌握激活所述S17化合物的信号传导过程，将阻碍ABA信号传导的脱磷酸酶所谓OsPP2C51或OsPP2C68基因和报道载体(pABRE-DRE：：fLUC，pUbi10：：rLUC)同时瞬时转化到水稻原生质体后处理ABA和S17化合物以验证报道的表达。结果，确认到在ABA处理组中fLUC的表达被OsPP2C51或OsPP2C68受到阻碍，而在S17的处理组中诱导表达(图1的C部分)。

因此，可知S17具有与通过ABA信号传导诱导环境胁迫基因表达不同的机制。

实施例2：S17化合物对植物抗旱性的影响

为了确认S17的抗旱性诱导现象，将在营养液培养后14天的水稻处理S17的实验组与未处理S17的实验组进行比较。处理S17后3天后，除去提供给实验组的植物和对照组的植物的营养液以处理干旱胁迫。等植物干燥(12-24小时)后，再次向对照组和实验组供应水分，并测量存活植物的比例(图2A、2B)。结果，确认到对照组显示平均存活率为16.6％，而实验组(S17处理组)显示平均存活率为76.7％，抗旱性得以增加(图2的B部分)。确认实验组的干燥重量的结果，S17处理组的重量显示为对照组的重量的平均91.5％(图2的C部分)。认为这是因为在处理S17时发生的生长抑制效果。

另外，剪切将ABA(5μM)和以不同浓度(10μM、20μM)处理S17一天的实验组和对照组的水稻的第3片叶子以比较水分损失率。与ABA处理组类似，在S17处理组中也能确认到水分损失率降低(图2D)。测量3种在营养液栽培14天的东晋水稻在50ml试管内2天使用的水量。在对照组的情况下，在2天期间平均每天使用19.9g的水，处理ABA(5μM)的组中使用了8.7g的水，在处理S17(10μM、20μM)的处理组中分别使用了14.7g和12.5g的水(图2E)。尽管小于ABA，但是确认到S17处理组中使用的水量也得以减少。

实施例3：化学式1的化合物对植物渗透胁迫抗性的影响

在上面利用水稻原生质体系统确认了S17与ABA信号传导无关诱导环境胁迫反应基因的表达，因此，在此要确认S17对渗透胁迫的效果。利用甘露醇对处理S17后经过14天的水稻诱导渗透胁迫。对处理5μM、10μM的S17的实验组和未处理S17的对照组处理0mM、100mM、200mM的甘露醇，观察这些植物的生长，其结果，确认到渗透胁迫时诱导的叶子的干燥现象显著降低(图3的A部分)。

另外，为了确认渗透胁迫生长促进效果，对处理S17后经过14天的水稻利用甘露醇诱导渗透胁迫。对处理5μM、10μM的S17的实验组和未处理S17的对照组处理0mM、100mM、200mM的甘露醇，测量这些植物的用水量和实验后的干燥重量(图3)。在处理5μM、10μM的S17时与对照组相比用水量为97.5％、78％。甘露醇的浓度越高，由于渗透胁迫而在植物中的用水量越少。由于S17具有在某种程度上抑制植物生长的效果，因此用水量随着处理浓度的增加而减少。但是，当处理100mM的甘露醇时，若比较未处理S17的对照组和S17(5μM、10μM)处理组，则结果表明，在S17处理组中用水量分别增加了120％、106％，在处理200mM的甘露醇时，若比较未处理S17的对照组和S17的处理组(5μM、10μM)，则确认到用水量分别增加了119％、128％。

实验后测量干燥重量，其结果与用水量的变化相似。在未处理甘露醇的对照组中，随着S17的浓度的增加，与S170μM处理组相比，重量呈现减少现象即减少到97％(5μM)、82％(10μM)，在100mM的甘露醇处理组中增加到101％(5μM)、104％(10μM)，在200mM的甘露醇处理组中增加到106％(5μM)、112％(10μM)(图3的C部分)。

因此，确认到通过处理S17提高了对渗透胁迫的抗性。

通过一系列实验可知，S17化合物与ABA相同，处理后可增进缺水水稻幼苗的抗旱性、以及对渗透胁迫的抗性。

Claims (3)

1.一种用于增进水稻的干旱及渗透胁迫抗性的组合物，其中，包含由以下化学式1表示的化合物作为有效成分，

化学式1：

2.根据权利要求1所述的用于增进水稻的干旱及渗透胁迫抗性的组合物，其中，由化学式1表示的化合物的浓度为1μM至1000μM。

3.一种水稻的干旱及渗透胁迫抗性增进方法，其中，包括对水稻处理根据权利要求1所述的组合物的步骤。

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