磷饥饿增强水稻根系氧化力诱导根表铁膜形成的生理与分子机制

在水培条件下研究了低磷对26个不同来源水稻根系铁膜形成的影响。运用DCB方法筛选出根表铁膜数量高和低的水稻材料（TY998和PZTF）。研究发现：缺磷48小时，硫酸亚铁浓度为50μM，溶液pH值为5.0，处理时间24小时，25-28℃条件下，水稻根表铁膜数量最多。借助高效液相色谱法测定根系内源和根分泌物中的氧化性物质，如过氧化氢、乙酸、柠檬酸等。发现，24-96小时磷缺乏增加氧化性物质累积和分泌达0.6-2.8倍。明确了磷饥饿诱导铁膜形成的生理机制，即：低磷增加根系氧气及氧化性物质分泌，诱导抗氧化酶活性增加和通气组织形成，提高根系氧化力，从而诱导铁膜形成。当磷铁比≤1：3时，根表才会形成红棕色铁膜，根表DCB-Fe与根表铁浓度有关。利用缩减杂交技术，分离到低磷诱导的差异表达基因共43个，在品种TY998和PZTF中分离23个和20个，两个品种相同的有13个基因。同源性分析发现，这些基因参与了养分吸收转运过程、能量代谢过程和抗氧化胁迫反应。重点研究了铁运输基因（OsFRDL1）在铁膜形成过程中的作用。缺氧时, Osfrdl1突变体根表铁膜含量低于野生型。缺氧处理显著增加OsFRDL1基因在根系表达。OsFRDL1::GUS报告基因主要在根系表皮细胞和维管束细胞表达；缺氧增加了报告基因在上述位置的表达。缺氧处理时，野生型比Osfrdl1突变体根系具有较高的过氧化物酶活性，表明：缺氧诱导OsFRDL1基因的高量表达,使野生型与突变体相比，过氧化物酶活性维持较高的水平，从而使其铁膜生成量高于突变体。通过本项目的工作基础，还获得了国际科学基金的资助。本项目较好地完成了预期的研究内容。除了完成原项目计划书所列的指标外，还结合国际上研究前沿、热点，对其他养分（氮、钾、硫）胁迫和分根试验诱导水稻根表铁膜形成进行了研究。这些结果使本研究更为系统。受本项目资助，分别在“Acta Physiologiae Plantarum”“Pedosphere”“Agricultural Water Management”“农业工程学报”“植物营养与肥料学报”“中国农业科学”等期刊上发表学术论文12篇，其中SCI收录论文5篇、EI收录1论文、其它国内核心期刊论文6篇。参加国际和国内学术会议分别为1次和2次。培养毕业博士后1名，硕士研究生3名，申报国家发明专利1项、授权专利1项。