跳到主要内容

嫁接减轻了钾胁迫,促进了烟草的生长

摘要

背景

钾是烟草生长所必需的营养元素。烟叶钾含量高,富有弹性和韧性,富含油脂。同时,钾还可以通过调节烟叶中芳烃的合成来改善烤烟的香味和芳香值。是烤烟的重要品质指标。然而,中国大部分地区烟叶钾含量普遍低于全球优质烟草标准。在不同钾水平下,对两种烟草基因型进行嫁接,考察嫁接对烟草钾含量和植株生长的改善作用。

结果

在钾饥饿条件下,各处理烟草的生长均受到抑制,嫁接显著缓解了‘云烟87’的钾胁迫。整个工厂的趋势+摄取和钾+移植物向叶片的转移效率与不同嫁接的生长结果相对应。养分耗竭试验结果表明,‘五丰2号’根系钾含量较高+吸收势,K+亲和度和K+向内流速。K+在能量色散x射线图中,在根切片的内层出现了富集圈,说明Casparian条带的形成可能是K的横向移动速率较低的部分原因+在“云烟87”的根源。基因表达分析表明,全植株水平的能量再分配可能是应对钾饥饿的一种策略。接穗‘五峰2号’与砧木‘云烟87’之间的反馈调节效应表明,嫁接过程中发生了某些信号物质的传递。

结论

嫁接‘五峰2号’烟草砧木可提高K值+在钾胁迫下提高‘云烟87’的吸收和转运效率,促进植株生长。嫁接烟草产量提高的生理机制与高钾有关+提高了木质部钾素的吸收和利用能力+负荷能力和能量供应系统相关基因的上调表达。

背景

钾是烤烟生长所必需的大量营养元素。它在植物中非常活跃,在烟草代谢的能量和物质转化中起着重要作用[1]。渗透调节、光合作用、酶活化以及碳水化合物、核酸和蛋白质的形成过程都与钾有关。2]。钾含量被卷烟行业公认为质量的重要指标。烟草植物生长在允许植物积累足够高浓度的钾的条件下,其产品具有更好的可燃性、芳香味和烟叶的可加工性[3.]。然而,由于土壤环境和气候条件复杂,缺钾是中国主要烟草产区普遍存在的问题,这些地区烟叶中钾含量普遍低于全球优质烟草标准[4]。采用多种农艺措施对烟草叶片钾含量偏低进行了治理。提高烟草对钾的吸收和利用效率是最经济有效的方法[5]。

K的吸收有两种体系+在植物:在低K下+浓度< 0.2 mM时,其吸收过程符合Michaelis-Menten方程,即高亲和输运系统(HATS)。在高K下+浓度(> 1mm), K+植物的吸收量与外部K值成线性关系+浓度,即低亲和力输运系统[6]。K的吸收+是一个反电化学电位梯度过程。它是由H+/ K+或者K+/ Na+与钾转运体协调运输。LATS是由离子的自由扩散决定的,离子的自由扩散负责钾通道,对K的吸收表现出高度的非特异性+7]。K的能量+植物的主动吸收由两个供应系统提供:H+- atp酶和H+-PPase。NHA1NVP1部分调控H的表达+- atp酶和H+-PPase,分别[8]。分析与钾转运途径相关的基因表达有助于了解高效钾利用基因型的分子机制。

由于Epstein应用酶促反应动力学方程来研究根的离子吸收过程[9],离子同化物的动力学分析已被用于评价植物的养分吸收效率。在许多研究中,根系对土壤和溶液中离子的亲和力和吸收能力通常用C最小值K,马克斯通过损耗试验[1011121314]。因此,分析不同基因型烟草根系钾吸收动力学的差异,可为高钾烟草砧木材料的选择提供参考。x射线微量分析用于研究植物细胞水平的元素定位[15]。该技术可用于分析不同条件下植物各组织中元素的分布及营养离子的运输方式[1617]。

嫁接作为一种传统的农艺措施,已被广泛应用于提高非生物胁迫耐受性和养分吸收,以及提高对土传病虫害的抗性[j]。1819]。研究表明,嫁接过程中存在遗传信号传递和基因漂移,使砧木中某些基因的表达影响接穗的性状[20.21]。与未嫁接对照相比,嫁接后的烟草感染烟草花叶病毒后疾病症状得到控制,这被认为与miRNA表达水平的变化有关[22]。当拟南芥以miR399基因缺失突变体为砧木材料,野生型接穗miR399能够通过韧皮部从接穗转运到砧木,激活根Pi响应基因PH02 [23]。利用嫁接技术提高烟草对钾的利用效率尚无深入的研究。因此,以两个烟草基因型品种为试验嫁接材料,验证嫁接是否能提高钾饥饿条件下的烟草生产性能。

结果

植物的生长

不同嫁接组合和供钾处理对植株生长有显著影响(表2)1)。与+K处理相比,-K处理显著降低了全株干重、叶面积、根表面积、长度和体积。在+K处理下,嫁接W和Y/W组合植株的生长参数显著高于嫁接W/Y和Y组合植株的生长参数,而共用同一砧木(如W和Y/W)的两个处理之间的差异不显著。在-K处理中,W和Y/W组合的植株生长参数仍显著高于W/Y和Y组合,W和Y/W处理之间差异不显著,但W/Y处理的表现显著优于Y处理,与+K处理的结果不同。缺钾导致烟叶全株干重、叶面积、根表面积、长度和体积下降。与+K处理相比,-K处理导致全株干重W(29.7%)和Y/W(30.1%)的下降幅度小于W/Y(42.5%)和Y(50.8%)。前者不构成统计学显著性差异,后者达到统计学显著性差异。烟叶面积、根表面积、烟叶长度和烟叶体积的变化趋势相似。

表1嫁接组合与K+烟草生长水平

钾的吸收和转运+从根到叶

结果发现,K+嫁接和供钾情况对烟叶吸收转运效率的影响(图2)。1)。钾胁迫同时降低了整个植株的钾吸收能力+钾的吸收和传递效率+对着树叶。在不同嫁接处理下,W基因型烟叶不仅在全株钾含量上优于Y基因型烟叶+钾的吸收和传递效率+但以Y为砧木时,这些指标的表现也有所提高。在+K处理下,全株钾含量显著增加+钾的吸收和传递效率+以W为砧木的处理比以Y为砧木的处理对叶片的影响分别提高了97.6和14.06%。在-K处理下,这些指标分别增加到187.76和15.21%。

图1
图1

嫁接组合对钾离子的影响+全厂供应水平+钾的吸收(I)和传递效率+烟草嫁接组合包括未嫁接烟草W(五丰2号)和Y(云烟87号),嫁接烟草Y/W (Y嫁接到W上)和W/Y (W嫁接到Y上),不同大写字母表示差异显著(P< 0.05),低于正常钾水平(5 mmol L)−1)和小写字母表示差异显著(P< 0.05)−1

K动力学+烟草吸收

基于K+浓度曲线随时间的变化,二项方程(1)可以推导出(图2)。2)。K+通过计算得到了根的吸收动力学参数。统计分析结果表明,在+K处理的情况下马克斯KC最小值, W与Y/W之间的α差异不显著。在W/Y和Y处理中观察到相同的结果。然而,不同的是马克斯KC最小值W、Y/W和W/Y、Y处理间的α值差异有统计学意义(表2)2)。说明在钾供应充足的情况下,W基因型烟草砧木的吸钾能力优于Y基因型,不同接穗处理对其吸钾能力影响不大。与+K处理相比,与K有关的参数值+-K处理提高了饥饿条件下的吸收。的马克斯W和Y/W植株根系中α含量显著高于W/Y、Y植株KC最小值-K处理显著降低。此外,W和Y/W处理之间差异不显著。值得注意的是,W/Y和Y处理之间的差异显著,这与+K处理不同。说明以W基因型烟草作为接穗可以提高K值+K胁迫下Y基因型烟草根系吸收的变化+赤字。

图2
图2

K的吸收动力学曲线+不同处理下烟草根系。+K表示正常钾水平(5mmol L)−1), -K表示缺钾(0.5 mmol L)−1)。在20 h的养分消耗试验中,未嫁接烟草W(五峰2号)和Y(云烟87号),以及嫁接烟草Y/W (Y接W)和W/Y (W接Y)

表2 K+不同处理下烟草根系

x射线显微分析+分布在根组织中

与-K处理相比,相对K值有明显优势++K处理下根横切面各组织含量的变化。缺钾降低了平均相对钾+根表皮细胞、皮质细胞、内胚层细胞和柱状薄壁细胞的含量分别增加了58.1%、44.3%、30.9%和28.8%(图2)。3.4)。在-K处理中,相对K+在所有嫁接组合中,从外根组织到中根组织的含量都呈梯度增加,其中以星状薄壁组织的含量最高。尽管相对K+嫁接组合W和Y/W的含量高于W/Y和Y,差异无统计学意义。在供钾正常的情况下,不同砧木的全横截面嫁接组合差异较大。K的趋势+嫁接组合W和Y/W的分布与-K处理相似。但是相对K+在Y和W/Y嫁接组合中,其含量在内胚层细胞中最高,在星状薄壁细胞中显著降低。对于Y和W/Y的接枝组合,相对K++K处理的内胚层细胞含量分别比-K处理高168.6%和169.8%。此外,K+在+K处理下,Y和W/Y的嫁接组合在内胚层细胞附近观察到富集圈,而在W和Y/W或-K处理的嫁接组合中不存在富集圈(图2)。5)。

图3
图3

K元素分布+在不同处理下烟草根各组织中。数据表示K的相对原子含量+作为所有测试元素的百分比(Na+K+、钙2 +P、S、Cl、镁2 +)在一个特定的地区。烟草嫁接组合包括未嫁接烟草W(五丰2号)和Y(云烟87),嫁接烟草Y/W (Y嫁接到W上)和W/Y (W嫁接到Y上)。

图4
图4

不同放大倍数下根组织切片的扫描电子显微照片。不同的小写字母表示不同的放大倍数

图5
图5

K的图像+从x射线显微分析得到烟草根中的分布。蓝色粒子代表K的电荷+。烟草嫁接组合包括未嫁接烟草W(五丰2号)和Y(云烟87),嫁接烟草Y/W (Y嫁接到W上)和W/Y (W嫁接到Y上)。

嫁接对钾转运基因表达的影响

钾胁迫显著改变了HAK1NKT1NHA1,NVP1在烟草根。如图所示。6的表达HAK1在不同钾水平下,各嫁接组合间的差异不显著,而嫁接组合间的差异则相反NKT1。NHA1NVP1在环境缺钾条件下表达上调。对于不同的嫁接组合,W组和Y/W组各基因的表达量均显著高于正常钾供应水平下的Y和W/Y处理。值得注意的是,NHA1NVP1在缺钾条件下,W/Y处理中表达量显著上调,且表达量不显著低于W和Y/W嫁接组合。观察到HAK1NKT1其表达量仍显著低于W和Y/W嫁接组合。

图6
图6

基因的相对表达量(a。HAK1b。NKT1c。NHA1d。NVP1)与两种钾供应条件下烟草根系钾转运有关。烟草嫁接组合包括未嫁接烟草W(五丰2号)和Y(云烟87号),嫁接烟草Y/W (Y嫁接到W上)和W/Y (W嫁接到Y上),不同的大写字母表示差异显著(P< 0.05),低于正常钾水平(5 mmol L)−1)和小写字母表示差异显著(P< 0.05)−1

讨论

嫁接提高了烟草植株的生长和钾含量+钾饥饿下的吸收

钾在植物体内的运动是高度正的,这意味着它能够活跃的跨膜运输和激活多种酶的反应。缺钾作为氨基酰基trna和多肽合成的激活剂,烟草植株缺钾阻断了蛋白质的合成途径,导致细胞内可溶性氨基酸大量积累[24]。先前的一项研究表明,嫁接可以提高西瓜对低钾胁迫的耐受性[25],但其效率取决于砧木[26]。结果表明,缺钾胁迫下烟草植株生长参数明显下降,但不同嫁接组合下降程度不同。与+K处理相比,-K处理在W/ W和Y/W上的全株干重略低于W/Y和Y,在叶面积、根表面积、长度和体积上的变化趋势相似。结果还表明,以W基因型为砧木比以Y基因型为砧木的烟草生长更好。同时,当W作为接穗时,即使在钾胁迫下,嫁接也能提高W/Y的植株生长性能。这表明接穗W与砧木y之间存在反馈调节机制,嫁接过程中长距离信号主导这种反馈调节机制,miRNA或激素信号可能作为信号物质[272829]。然而,这种反馈调控只发生在W/Y嫁接组合中,Y/W嫁接组合未表现出这种调控,说明两种烟草基因型间反馈调控的诱导条件存在差异。

烟叶作为烟草的经济器官,其钾含量对其商业价值影响很大。3.30.31]。嫁接可以影响烟草多种养分的利用效率[j]。323334]。在本研究中,钾胁迫同时降低了整个植株对钾的吸收能力+钾的吸收和传递效率+对着树叶。在不同的嫁接组合中,W基因型不仅在全株K上优于Y基因型+钾的吸收和传递效率+嫁接到Y砧木上,也显著提高了这些指标的性能。上述结果表明,W作为砧木除具有较高的钾吸收和转运能力外,对环境缺钾胁迫的适应性也优于Y。相反,嫁接组合W/Y表现出更高的全株K值+钾的吸收和传递效率+结果表明,嫁接可以提高K值+烟草的利用。

根系养分吸收动力学是阐明植物养分吸收特性的有效手段[1011]。K的量化+植物对钾的吸收有助于分析不同基因型烟草对钾的亲和力和适应性。耗竭试验结果表明,W基因型具有较好的K值+吸收电位,亲和力,养分流入根系的速率和最小吸收浓度比Y基因型高。除此之外,K的吸收能力+根据试验数据,钾胁迫对烟草根系有促进作用。在正常供钾条件下,接穗对砧木的反馈调节作用不明显,但在钾胁迫条件下,接穗对砧木的反馈调节作用显著,且以正向调节为主。这一现象证实了观察到的不同处理在生长上的差异。已有研究表明,砧木上的接穗对钾的吸收存在远距离反馈调节[j]。35]。但具体的信号物质尚未完全确定[36]。

内皮屏障降低K+从外根组织到中间组织的运输效率

本研究的数据表明,K+两种基因型的根间差异与K+进入表皮和皮层这主要与K的承载能力有关+到恒星薄壁组织。这与Lei [37对南瓜盐胁迫的影响。K的出现+正常供钾条件下,Y和W/Y富集圈的变化表明钾离子的富集+内胚层细胞的运输障碍可能部分解释了为什么Y基因型在钾在根中的运输方面弱于W基因型。此外,K+W品种根系的星状薄壁细胞含量高于Y品种,而皮层和内胚层细胞的K含量低于Y品种+而不是Y品种。这表明W基因型的木质部K值较高+可提高K的运输效率+从根到茎在正常钾供应下。在缺钾条件下,钾离子含量的差异+W和Y基因型在根组织中的分布不显著。这表明增加的K+在缺钾条件下,W基因型植株的吸收和转运主要来自茎部而不是根系。这也解释了嫁接组合W/Y和Y在植株生长和钾的吸收和运输方面的显著差异+从根到叶。K的管理需要在指定位置的特定细胞类型+植物内部的运动。与水迁移相反,溶质如Na+K+、钙2 +和脱落酸(ABA)在根的外质中自由移动,需要通过内胚层的Casparian条到达木质部的外质[383940]。K的不对称分布+在Y和W/Y不同钾水平下,卡斯帕里斯条带的屏障和过滤作用可能是导致土壤含水量下降的主要原因。

钾转运途径相关基因表达分析

植物对钾的吸收和运输受多个基因家族的调控,其中包括钾+频道族[41],高亲和转运蛋白家族[42],共转运蛋白家族[43]、反向转运蛋白家族和能量供应的质子泵基因[44]。HAK1属于高亲合力K家族+并被认为与低钾的吸收有关+根际浓度[4546]。在这四个人中Shaker-likeK+烟草细胞中表达的通道基因,NKT1表示向内校正的K+调解K的通道+吸收(47]。NHA1NVP1部分调控H的表达+- atp酶和H+-PPase,前者位于细胞质膜,后者位于细胞质质体。它们的作用是驱动K+电化学电位差二次共输系统[48]。在本研究中,4个基因在不同钾饥饿处理下的反应差异很大。的表达式HAK1在不同钾水平下,各嫁接组合的光合速率变化不显著,说明在低钾胁迫下未发生诱导+环境。这一结果与Ahn等人的结论是一致的。49],他们发现拟南芥中KT/KUP基因的表达不受低环境钾的诱导+的水平。表达下调NKT1表达上调NHA1NVP1这表明在整个植物水平上的能量再分配可能是通过减少不必要的消耗和激活更有效的钾运输途径来应对钾饥饿的策略之一[50]。对于不同烟草基因型,各基因在W中的表达量显著高于y,这可能解释了它们在K中的不同表现+烟草根部的吸收和运输。此外,以W基因型烟草作为接穗,提高了NHA1NVP1Y基因型的根这表明,与跨膜运输能量供应相关的基因表达上调对烟草对缺钾的响应具有重要意义。此外,这种调控可以通过信号物质从接穗传递到砧木。植物在应对压力和防御反应中消耗能量。然而,防御基因表达对植物生长的负面影响有时超过正面影响[51]。对营养胁迫的抗性常常伴随着对植物生长的抑制[52]。一些防御基因敲除拟南芥在生长早期,突变体甚至表现出比野生型更高的生长速度[53]。因此,表达下调NKT1表达上调NHA1NVP1在低钾胁迫条件下更有利于烟草的生长。此外,烟草不同组织器官表现出不同的与钾途径相关的基因表达模式+运输(54],这需要进一步调查。

结论

结果表明,嫁接“五峰2号”烟草砧木可以提高K值+在钾胁迫下提高‘云烟87’的吸收和转运效率,促进植株生长。嫁接烟草产量提高的生理机制与高钾有关+吸收和利用能力较强,木质部钾含量较高+负荷能力和能量供应系统相关基因的上调表达。接穗W与砧木Y之间的反馈调节效应表明,嫁接过程中出现了某些信号物质的传递。

与普通烟草品种‘云烟87’相比,‘五峰2号’对钾的吸收和转运具有明显优势。然而,烤烟烟叶中尼古丁含量较高,芳香前体物质积累较少,这使得“五峰二号”在工业生产中不如其他原料烟叶有利。本研究表明,Y/W嫁接组合既保留了‘五峰2号’砧木在钾吸收和转运方面的优势,又继承了‘云烟87’接穗在烟碱含量和芳香前体物质积累方面的优良特性(本课课组未发表数据)。这些发现有可能大大增加“云岩87”作为工业原料的价值。

方法

植物材料和处理

试验在中国西南地区重庆市农业科学院温室(纬度29°36′n,经度106°29′e,海拔290 m)进行。K高效基因型“五丰2号”烤烟(烟草(中国湖北省宜昌烟草公司)和普通品种“云烟87”(n .烟草本研究采用中国云南省烟草研究所(中国云南省烟草研究所)。用0.1%盐酸对烟草种子进行表面消毒2浸泡10分钟,在无菌水中浸泡15分钟,之后冲洗三次。将砧木的种子播种到100个细胞的塞盘中(装满泥炭、蛭石和膨化珍珠岩,体积比为3:1:1),7 d后播种接穗种子。当砧木的幼苗通过“分裂嫁接”发育出6到8片真叶时,进行嫁接。根据砧木和接穗的厚度,在嫁接过程中使用硅胶管和嫁接夹。移植物愈合室孵育3-5天后,进行保湿处理,移栽至普通棚。移栽植株长出新叶后,移栽于25 l塑料容器中水培(长、宽、高内径分别为43 cm、27 cm、24 cm),每个容器种植12株幼苗。烤烟苗专用配方水培营养液配制如下:NO3.- 8mmol L−1,阿宝4-P 1mmol L−1, K 6mmol L−1, Ca 4mmol L−1, Mg 2mmol L−1, Fe 0.09 mmol L−1, Mn 9 μmol L−1, Cu 0.3 μmol L−1, Zn 0.8 μmol L−1, B 46.25 μmol L−1, Mo 0.5 μmol L−1。为了保证实验中烟苗的供氧,采用气泵通过软管向每个容器供氧。在平均光合光子通量密度(PPFD)为300 μmol m的日光灯下,在22.5℃、16 h光照/8 h暗循环下生长−2年代−1在温室里。相对湿度为60 ~ 95%。

在本试验中有两个钾水平:+K,正常浓度(5mmol L)−1-K,饥饿(0.5 mmol L)−1),使用K2所以4作为物质来源。其他宏量营养素和微量营养素在溶液中相同。此外,本试验采用五丰2号(W)、云烟87 (Y)、W/Y (W接Y)、Y/W (Y接W) 4种嫁接组合。8个处理重复6次,每个重复8株,采用完全随机区组设计。每4 d更新一次溶液,以满足烟草幼苗生长所需的养分。低钾处理20 d后采集植株样品。

植物生长测定

每处理4株,测定干物质质量、叶面积和根系形态。选用烟草幼苗茎上最后第二片真叶作为样本,用叶面积仪(LI-3000C, LI-COR, USA)测量叶面积。样本植物分为根、茎、叶三部分,其中茎部为嫁接结合以上部分,根部为嫁接结合以下部分。对于未嫁接植株,子叶节以上部分为“茎”,子叶节以下部分为“根”。根、茎和叶在70°C的强制风箱中干燥24小时后,用电子天平测量干重。根部用去离子水冲洗,多余的水用纸巾仔细吸干。用WinRhizo Pro软件分析根的表面积、长度和体积。干燥样品中的钾含量使用火焰原子吸收光谱仪(Varian AA-220FS, Thermo Fisher Scientific, USA)测定,如前所述[55]。整株K的计算+钾的吸收和传递效率+给树叶的信如下:

$$ \ mathm {Whole}\ \ mathm{植物}\ \ mathm {K}}^{+}\ mathm {uptake}=\左(\ mathm{根}\ \ mathm{干}\ \ mathm{重量}\kern0.5em \乘以\kern0.5em \ mathm {K}}^{+}\ mathm{浓度}右)+\左(\ mathm{干}\ \ mathm{重量}\kern0.5em \乘以\ mathm{干}\ \ mathm{干}\ \ mathm{重量}\乘以\ mathm{叶}\ \ mathm {K}}^{+}\ mathm{浓度}右)+\ mathm{转移}\ \ mathm{效率}\mathrm{of}\ \mathrm{K}}^{+}\mathrm{to}\ \mathrm{叶}=\frac{\mathrm{叶}\kern0.5em \mathrm{干}\ \mathrm{重量}\kern0.5em \乘以\kern0.5em \mathrm{叶}\ \mathrm{K}}^{+}\mathrm{浓度}}\ mathrm{全}\kern0.5em \mathrm{植物}\kern0.5em {\mathrm{K}}^{+}\mathrm{吸收率}}乘以100% $$

K动力学+根部吸收

4株在每个处理中表现出相似生长的植株进行枯竭试验[56]。试验开始前,将烟草幼苗置于无钾营养液中48 h,调整pH至6.0,钾饥饿处理期间每天换液1次。之后,将植物转移到充满400ml消耗液的烧瓶中,该液体由0.2 mmol L组成−1K2所以4在黑暗中。用1毫升滤除液测定K+浓度,同时补充1ml去离子水,以确保耗尽液体的体积恒定。每小时取样一次,持续20小时。耗尽试验结束后,用滤纸除去水分,计算鲜根重(FRW)。烧瓶在整个耗尽试验中都是通风的。用连续流法测定衰竭液中的钾浓度[57]。当K的吸收率+是K的最大速率的一半+吸收时,溶液中的浓度为Michaelis-Menten常数(K)。K的最大速率+吸收马克斯。当K+吸收速率为零,K+营养液中的浓度为C最小值。为了计算K马克斯时,必须建立离子耗尽曲线方程。常用的一元二次多项式如下:

$$ Y=a+ bx+{cx}^2, $$
(1)

在哪里x表示吸收时间和Y表示K+当时衰竭液中的浓度。求的一阶导数x由式(I),可得公式如下:

$$ {Y}^{'}=2 ax+b, $$
(2)

在哪里Y '表示离子吸收速率。对于Eq. (2),让x→0时,Y '= |b|。用的b值转化为Eq. ()3.),马克斯可以知道。V表示消耗液体的体积。

$ ${我}_{马克斯}\离开(\ upmu \ mathrm{摩尔}\ \ mathrm{弗兰克-威廉姆斯}\ {\ mathrm {g}} ^ {\ hbox {-} 1} {\ mathrm {h}} ^ {\ hbox{-} 1} \右)= \压裂{b \乘以V} {FRW \离开(\ mathrm {g} \右)}$ $
(3)

对于Eq. (2),让Y '= 1/2 |b|找到x,然后代入式(1)找到Y,之后K可以知道。同样,让Y '= 0 forC最小值为人所知。为了比较各处理间离子流入根系的速率,定义参数α为养分流入速率。公式如下:

$ $ \ upalpha ={我}_ {\ mathrm {m} \ mathrm {ax}} / {K} _ {\ mathrm {m}} $ $
(4)

烟草横根剖面的x射线显微分析

样品按照Peng等人的方法处理。[58],并根据烟根的规格进行修改。用蒸馏水洗涤幼苗根系3次,用剃须刀片徒手切片,在离根尖1 ~ 2cm处做根横切面(厚度为0.1 cm)。然后,将切片放入离心管并在液氮中快速冷冻。为了去除样品中的所有水分,切片使用冻干机(SJIA-10 N-50A,中国双佳)冷冻干燥120 h。样品在高真空溅射镀膜机中镀金,并储存在干燥器中。能量色散x射线微量分析检测在标准化条件下进行,如Bucking和Heyser [59],使用扫描电子显微镜(Sigma 300,蔡司,德国)配备能量色散光谱仪(INCA,牛津,英国)。用宽电子束对根进行探针测量,分析相对K值+不同处理下根表皮细胞、皮质细胞、内胚层细胞和柱状薄壁组织内的水平。观察每个处理的三个横切面,并分析每个断面上同一组织的三个位置点。K的分布+在Aztec One软件中通过计算吸收峰的面积来测定根横截面各组织中吸收峰的含量。K的相对量+表示为所有主要元素(Na+K+、钙2 +P、S、Cl、镁2 +)从根组织中检测到。

总RNA提取和实时荧光定量PCR

按照制造商的方案,用TRIzol试剂(Invitrogen, ThermoFisher, USA)从每个处理的根中分离总RNA。DNA污染物用无rnase脱氧核糖核酸酶去除。以总RNA 1 μg, oligo (dT)-18为引物,M-MuLV逆转录酶(TaRaKa, Japan),在20 μL反应体系中合成第一链cDNA。根据LightCycler480 SYBR Green I Master试剂盒的说明,采用实时荧光定量PCR (ABI 7900HT, Applied Biosystems, USA)检测目标基因的表达。热循环条件包括95°C 15 s的初始步骤,随后在95°C 10 s, 60°C 20 s和72°C 15 s进行40次循环。每个样品的分析至少重复三次。采用DNAMAN 8.0软件设计基因特异性引物,所使用引物汇总如表所示3.。熔点曲线分析表明,各引物均具有较高的特异性。PCR产物采用LightCycler480实时荧光定量PCR检测系统,采用SYBR Green I主试剂盒进行定量分析−ΔΔCt方法(60]。

表3用于qRT-PCR分析的引物

统计分析

表格和图表中的数据以所有重复的平均值±标准差(sd)表示。数据采用SAS Version 9.3 (Statistical analysis System Institute Inc., Cary, NC, USA)进行方差分析(ANOVA)。采用最小显著性差异(LSD)检验(P< 0.05)。

缩写

HAK1

烟草高亲和钾转运蛋白

NHA1

烟草质子p - atp酶mRNA

NKT1

烟草钾通道蛋白1

NVP1

烟草无机焦磷酸酶的mRNA

qPCR:

实时定量PCR

参考文献

  1. 1.

    Schachtman D,刘文华。植物吸收钾和钠之间相互作用的分子碎片。植物科学进展,1999;4(7):281-7。

    中科院PubMed文章谷歌学者

  2. 2.

    Fageria NK, Barbosa MP, da Costa JGC。普通豆类基因型的钾利用效率。植物营养学报,2001;24(12):1937-45。

    中科院文章谷歌学者

  3. 3.

    Schwamberger EC, Sims JL。土壤ph、氮源、磷和钼对白肋烟早期生长和矿质营养的影响。土壤科学通报。1991;22(7-8):641-57。

    中科院文章谷歌学者

  4. 4.

    Marchand M, FE BB。不同钾肥对烟草产量及化学成分的影响。中国烟草科学,1997;18(18):6-11。

  5. 5.

    Rengel Z, Damon PM。作物和基因型对钾的吸收和利用效率不同。植物物理学报,2008;33(4):624 - 636。

    中科院文章谷歌学者

  6. 6.

    Epstein E, Elzam OE, Rains DW。大麦根吸收钾的双重机制的解析。《美国科学院学报》。1963; 49(5): 684。

    中科院文章谷歌学者

  7. 7.

    刘志强,刘志强,王志强。玉米根系高亲和K+吸收——缺乏与H+外排的耦合。植物生理学报。1989;31(3):1202 - 1111。

    中科院PubMed公共医学中心文章谷歌学者

  8. 8.

    Ramirez JA, Vacata V, Mccusker JH, Haber JE, Mortimer RK, Owen WG, Lecar H.酵母胞膜H+- atp酶突变体的atp敏感通道Sacchararomyces酵母。《美国科学院学报》。1989; 86(20): 7866 - 70。

    中科院文章谷歌学者

  9. 9.

    Epstein E, Hagen CE。大麦根对碱阳离子吸附的动力学研究。植物生理学报。1952;27(3):457-74。

    中科院PubMed公共医学中心文章谷歌学者

  10. 10.

    马萨D, Mattson NS, Lieth HJ。盐根环境(NaCl)对玫瑰植株硝酸盐和钾吸收动力学的影响:Michaelis-Menten模型方法。植物学报,2009;31(1):101 - 105。

    中科院文章谷歌学者

  11. 11.

    刘宏斌,胡荣杰。三种冷季草坪草品种对剪枝氮素恢复的比较。Hortscience。2006;41(3):827 - 31所示。

    中科院文章谷歌学者

  12. 12.

    Kelly JM, Barber SA。火炬松幼苗镁吸收动力学。草业学报,2011;32(2):379 - 379。

    中科院文章谷歌学者

  13. 13.

    Kelly JM, Kelly JK。红枫幼苗磷钾吸收动力学。科学通报,2001;47(3):397-402。

    谷歌学者

  14. 14.

    Kelly JM, Scarbrough JD, Mays PA。硬木幼苗根系和养分参数为养分吸收模型。环境科学学报,2001;30(2):427 - 439。

    中科院PubMed文章谷歌学者

  15. 15.

    陈绍林,李建军,Fritz E,王顺生,Huttermann A. NaCl胁迫下3种杨树根中钠和氯离子的分布及转运。生态学报,2002;32(3):557 - 557。

    文章谷歌学者

  16. 16.

    黄春霞,黄春霞,黄春霞,黄春霞。小麦根系Na(+)的细胞特异性定位及其对盐胁迫的影响。植物学报,2008;31(11):1565-74。

    中科院PubMed文章谷歌学者

  17. 17.

    M, Plaut Z, benh - hur M.嫁接和非嫁接甜瓜和葫芦的钠和氯的排除和保留。实验学报,2011;32(1):177-84。

    中科院PubMed文章谷歌学者

  18. 18.

    Rivero RM, Ruiz JM, Sanchez E, Romero L.在热冲击条件下,嫁接是否为番茄提供了对抗H2O2产生的优势?植物物理学报,2003;17(1):44-50。

    中科院文章谷歌学者

  19. 19.

    李辉,王峰,陈晓军,石凯,夏晓军,柯思廷迈杰,于建强,周永华。嫁接无花果瓜/丝瓜砧木可缓解亚/超优温度对黄瓜叶片光合作用和氧化损伤的抑制作用。植物物理学报,2014;32(3):571-84。

    中科院文章谷歌学者

  20. 20.

    公园西南。水杨酸甲酯是植物系统获得性抗性的关键移动信号(5 October, pg 113, 2007)。科学。2008;321(5887):342。

    中科院谷歌学者

  21. 21.

    张士德,孙丽,Kragler F.韧皮部递送RNA池中含有小分子非编码RNA并干扰翻译。植物生理学报,2009;30(1):378 - 387。

    中科院PubMed公共医学中心文章谷歌学者

  22. 22.

    叶花病病毒蛋白侵染和共同积累改变了烟草花叶病毒的microRNA水平,与症状和植株发育相关。《美国科学院学报》。2007; 104(29): 12157 - 62。

    中科院文章谷歌学者

  23. 23.

    马文娟,李建军,李建军,张建军,张建军,等。马铃薯嫁接诱导马铃薯块茎的研究进展。发展。2009;136(17):2873 - 81。

    中科院PubMed文章谷歌学者

  24. 24.

    土耳其烟草生物活性物质及其应用研究土耳其烟草香气成分和烟甲虫性信息素(蛇皮病)。化学学报,1981;39(12):1183-99。

    中科院文章谷歌学者

  25. 25.

    黄颖,李军,华斌,刘志祥,范明林,别志良。嫁接不同砧木提高西瓜抗低钾胁迫能力的研究。植物科学,2013;49(1):80 - 85。

    中科院文章谷歌学者

  26. 26.

    王晓明,王晓明,王晓明,等。嫁接对西瓜耐碱性的影响。环境学报,2010;68(3):283-91。

    中科院文章谷歌学者

  27. 27.

    王永华,郭文,吕高谦。番茄根系对磷、钾和铁缺乏的快速诱导调控和转运基因。串音和根/根际介导信号的证据。植物生理学报,2002;13(3):1361 - 1370。

    中科院PubMed公共医学中心文章谷歌学者

  28. 28.

    李建军,李建军,李建军,等。植物学报,2003;22(1):47-72。

    中科院文章谷歌学者

  29. 29.

    Lorteau MA, Ferguson BJ, Guinel FC。细胞分裂素对豌豆乙烯生成及结瘤的影响Pisum一)的简历。闪闪发光。植物物理学报,2001;12(3):421 - 418。

    中科院文章谷歌学者

  30. 30.

    陈建军,陈建军,陈建军,等。烟草香气研究进展[j]。用乙醚捕集器分析烟草顶空挥发物。生物化学学报,2004;32(2):379 - 379。

    中科院谷歌学者

  31. 31.

    杨建军,李建军,李建军。烟草香气研究进展[j]。陈化对烤烟顶空挥发物组成的影响。生物化学学报,1985;49(6):1785-91。

    中科院谷歌学者

  32. 32.

    Ruiz JM, Rivero RM, Cervilla LM, Castellano R, Romero L.嫁接提高烟草氮素利用效率的性状。食品科学学报,2006;86(6):1014-21。

    中科院文章谷歌学者

  33. 33.

    刘建军,李建强,苏晓华,夏志良。嫁接通过调控抗氧化酶活性和胁迫应答基因表达提高烟草抗旱性。环境科学学报,2014;37(7):779 - 779。

    中科院文章谷歌学者

  34. 34.

    Yasinok AE, Sahin FI, Eyidogan F, Kuru M, Haberal M.嫁接番茄对烟草植株产量和烟碱含量的影响。食品科学,2009;89(7):1122-8。

    中科院文章谷歌学者

  35. 35.

    王勇,李波,杜文武,恩尼吉爱爱,王博明,段立林,李铮,田晓玲。植物激素参与缺钾棉花叶片衰老反馈调控的机制。[J] .中国生物医学工程学报。2012;31(6):587 - 591。

    中科院PubMed公共医学中心文章谷歌学者

  36. 36.

    宗伟,唐宁,杨军,彭磊,马思清,徐勇,李国良,熊立中。bZIP转录因子对ABA信号和生物合成的反馈调控以抗旱相关基因为目标。植物生理学报,2016;17(4):2810-25。

    中科院PubMed公共医学中心谷歌学者

  37. 37.

    雷波,黄燕,孙建勇,谢建军,牛明良,刘志祥,范明林,别志良。扫描离子选择电极技术和x射线微量分析为盐敏感黄瓜和耐盐南瓜在NaCl胁迫下根至茎部Na+转运能力的对比提供了直接证据。植物物理学报,2014,32(4):738-48。

    中科院文章谷歌学者

  38. 38.

    引用本文:Peterson CA, Murrmann M, Steudle E.水和离子运动在植物幼根中的主要障碍位置玉米植物学报。1993;19(1):1 - 7。

    中科院文章谷歌学者

  39. 39.

    根系水分吸收:水分亏缺的影响。[J] .中国生物医学工程学报,2009;31(3):391 - 391。

    中科院PubMed文章谷歌学者

  40. 40.

    刘建军,刘建军,王建军,等。云杉菌根中钙和镁的吸附动力学研究。足底。2000;210(3):488 - 96。

    中科院PubMed文章谷歌学者

  41. 41.

    李建军,李建军,李建军,李建军,等。木质部液中钾离子释放通道的研究进展[J] .植物营养学报,2009;29(5):647 - 655。

    中科院文章谷歌学者

  42. 42.

    傅洪华,栾山。拟南芥中双亲和K+转运蛋白AtKUP1的表达。植物学报。1998;10(1):63-73。

    中科院PubMed公共医学中心谷歌学者

  43. 43.

    王天明,王晓明,王晓明,等。高亲和钾转运基因HKT1在大麦和小麦根系中的快速表达。植物生理学报。1998;18(2):651 - 659。

    PubMed公共医学中心文章谷歌学者

  44. 44.

    Nass R, Cunningham KW, Rao R.酵母胞内Na+/H+交换器对钠的固存通过质膜H+- atp酶突变增强-钠耐受机制的研究。中国生物医学工程学报,2009;32(2):444 - 444。

    中科院PubMed文章谷歌学者

  45. 45.

    Hak1和Trk1,两个不同的系统介导汉斯氏酵母的钾吸收。[j] . 2010;277:205。

    谷歌学者

  46. 46.

    Santa-Maria GE, Rubio F, Dubcovsky J, Rodriguez-Navarro a .大麦的HAK1基因是一个大基因家族的成员,编码一个高亲和力的钾转运蛋白。植物学报。1997;9(12):2281-9。

    中科院PubMed公共医学中心谷歌学者

  47. 47.

    Sano T, Becker D, Ivashikina N, Wegner LH, Zimmermann U, Roelfsema MRG, Nagata T, Hedrich R.植物细胞必须通过K+阈值才能重新进入细胞周期。植物学报,2007;30(3):391 - 391。

    中科院PubMed文章谷歌学者

  48. 48.

    王志强,王志强,王志强,等。胞质膜H+- atp酶在钾离子转运中的作用。植物生理学报,1996;11(4):1109 - 1109。

    中科院PubMed公共医学中心文章谷歌学者

  49. 49.

    安淑贞,申仁,Schachtman DP。拟南芥中KT/KUP基因的表达及根毛在钾离子吸收中的作用植物生理学报,2004;34(3):1145 - 1145。

    中科院PubMed公共医学中心文章谷歌学者

  50. 50.

    李建军,李建军,李建军,等。植物K+通道活性及其调控机制。生物化学学报。2007;581(12):2357-66。

    中科院PubMed文章谷歌学者

  51. 51.

    Purrington CB。抵抗的代价。植物学报,2000;3(4):305-8。

    中科院PubMed文章谷歌学者

  52. 52.

    李建平,李建平。诱导抗性的成本与权衡。植物物理学报;2007;31(1):3-17。

    中科院文章谷歌学者

  53. 53.

    Zust T, Joseph B, Shimizu KK, Kliebenstein DJ, Turnbull LA。利用基因敲除突变体揭示防御性状的生长成本。[j] .中国生物医学工程学报,2011;31(1):389 - 391。

    文章谷歌学者

  54. 54.

    Poree F, Wulfetange K, Naso A, Carpaneto A, Roller A, Natura G, Bertl A, Sentenac H, Thibaud JB, Dreyer I.植物K-in和K-out通道的反向矫正特性分析中国生物医学工程学报(英文版);2009;32(2):464 - 467。

    中科院文章谷歌学者

  55. 55.

    朱学祥,陈玉刚,陈海,李霞,彭亚忠,王世石。通过控制铜离子浓度,最大限度地减少一氧化二氮在城市污水生物营养物去除中的作用。中国生物医学工程学报,2013;37(3):1325 - 1334。

    中科院文章谷歌学者

  56. 56.

    李建军,李建军,李建军,等。辣椒对钾的吸收动力学研究[J]。辣椒Jacq)根。Agrociencia-Mexico。40 2006;(4): 431 - 40。

    谷歌学者

  57. 57.

    Karmarkar SV。用离子色谱法分析废水中阴离子和阳离子营养物的连续流动注射分析。[J] .中国生物医学工程学报,2009;31(2):379 - 379。

    中科院PubMed文章谷歌学者

  58. 58.

    彭艳华,朱云峰,毛玉琴,王思敏,苏华,唐志成。碱草通过高[K+]和内胚层对Na+的屏障来抵抗盐胁迫。[J] .中国生物医学工程学报。2004;33(1):1 - 4。

    中科院PubMed文章谷歌学者

  59. 59.

    李建军,李建军,李建军,等。松非菌根根和菌根根元素的亚细胞区隔:x射线微量分析研究。2钙、钾、钠的分布。中国生物医学工程学报,2009;32(2):391 - 391。

    中科院文章谷歌学者

  60. 60.

    Livak KJ, Schmittgen TD。采用实时定量PCR和2(T)(−Delta Delta C)法分析相关基因表达数据。方法。2001;25(4):402 - 8。

    中科院PubMed谷歌学者

下载参考

致谢

感谢LJGrTech实验室为扫描电镜提供的技术支持。

资金

国家自然科学基金项目(31660599、41661052)资助。资助者在研究设计、数据收集和分析、发表决定或手稿准备方面没有任何作用。

数据和材料的可用性

不适用。

作者信息

从属关系

作者

贡献

ZJW, QD, YMZ, WH参与了审判的执行。WH和JL进行差异基因表达分析。WH和JZ进行统计分析。是谁起草的手稿。XJS发起项目,并对稿件的编辑修改提出建议。所有作者都阅读并批准了最终的手稿。

相应的作者

对应到小石

道德声明

伦理批准并同意参与

不适用。

发表同意书

不适用。

相互竞争的利益

作者宣称他们没有竞争利益。

出版商的注意

施普林格·自然对已出版的地图和机构关系中的管辖权要求保持中立。

权利和权限

开放获取本文遵循知识共享署名4.0国际许可协议(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/),它允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制,前提是您要适当地注明原作者和来源,提供到知识共享许可协议的链接,并注明是否进行了修改。创作共用公共领域免责声明(http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/)适用于本文中提供的数据,除非另有说明。

转载及权限

关于本文

通过CrossMark验证货币和真实性

引用本文

胡伟,迪强,王忠。et al。嫁接减轻了钾胁迫,促进了烟草的生长。BMC Plant Biol19,130(2019)。https://doi.org/10.1186/s12870-019-1706-1

下载引用

  • 收到了

  • 接受

  • 发表

  • DOIhttps://doi.org/10.1186/s12870-019-1706-1

关键字

  • 烟草
  • 嫁接
  • 基因
  • x射线微量分析