Plant Physiol. Bioch.丨外源褪黑激素通过调节雄性组织中的碳水化合物代谢来提高棉花（棉）在干旱下的花粉繁殖力

论文内容

研究背景：

随着全球气候变化，干旱事件在世界范围内发生的频率越来越高，这往往对作物生产产生破坏性影响。Barnabás等人报告称，全球范围内干旱导致的产量损失可能高于所有其他非生物胁迫造成的产量损失。具有不确定生长习性的棉花对干旱非常敏感，并且在开花期比其他阶段对缺水更为敏感。在这一阶段，即使是轻微的缺水也会显著降低棉花产量，因为花期水分缺乏很容易通过损害生殖器官的功能而导致作物繁殖失败。

外源褪黑激素对干旱条件下碳代谢的影响尚无详细资料。此外，尽管在植物生殖器官中发现褪黑激素，并且高水平的内源褪黑激素使花更具抗胁迫能力，但关于外源褪黑激素对干旱条件下生殖能力变化，特别是雄性生育能力和雄性器官碳水化合物代谢的影响的文献非常有限。

本研究假设干旱会导致棉花雄性不育，外源褪黑激素通过调节雄性组织的代谢过程来缓解这些不利影响。因此，本研究旨在探讨干旱条件下外源褪黑素对棉花雄性部分碳水化合物平衡(碳水化合物水平、酶活性和基因表达)的影响及其与花粉育性的关系。

研究内容：

虽然外源褪黑素可以增强植物的抗旱性，但关于褪黑素在雄性生殖器官抗旱性中的作用的报道有限。为此，以育棉9110为试验材料，研究了干旱条件下外源褪黑素(100、200和1000μM)对雄性雄性育性和花药碳水化合物代谢的影响。结果表明，干旱抑制了碳同化物向花药的转运，而褪黑素(100μM和200μM)显著促进了碳同化物向干旱胁迫花药的转运。干旱减少了淀粉的沉积、蔗糖水解成己糖、花药中三磷酸腺苷(ATP)的产生，限制了花粉的活力和萌发。然而，适当浓度的褪黑素(100μM和200μM)通过提高adp -葡萄糖焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性增加了淀粉积累，通过提高蔗糖合成酶、酸和碱转化酶活性加速了蔗糖水解。适当的褪黑素浓度(100μM和200μM)也可以促进干旱胁迫花药产生更多ATP用于生殖活动，最终提高干旱胁迫植物的花粉活力和萌发率。这些结果表明，干旱抑制了棉花雄性的生育能力，但精确地使用褪黑激素可以调节干旱胁迫下花药的碳水化合物平衡，从而提高雄性的生育能力。这是首次报道外源褪黑素通过调节棉花雄性部分的碳水化合物代谢，在干旱条件下提高雄性生殖能力方面发挥重要作用。

研究结论：

综上所述，与对照相比，干旱显著减少了碳同化物向花药的转运，导致干旱胁迫下花药δ13C值较低。由于干旱增加了蔗糖、葡萄糖和果糖的含量，干旱胁迫下的花药δ13C值较低，淀粉积累减少，导致雄性育性(花粉活力和花粉萌发)下降。此外，AGPase和SSSase活性降低是导致淀粉水平降低的原因，而SPS活性升高、SuSy和酸性转化酶活性降低是导致干旱胁迫花药中蔗糖含量升高的原因。此外，葡萄糖和果糖含量的增加可能与葡萄糖氧化被抑制有关，从而导致干旱胁迫花药中ATP含量低于对照花药。然而，褪黑素(100、200和1000μM)可以缓解干旱的抑制作用，对干旱胁迫下花药的δ13C值产生正向影响。添加100μM和200μM褪黑激素刺激了干旱胁迫花药中AGPase和SSSase的活性，导致100μM和200μM褪黑激素处理的植株花药中淀粉积累量高于DS处理。不同水平的外源褪黑素增加了干旱胁迫花药中SuSy或酸/碱转化酶的活性，导致褪黑素处理的花药中蔗糖含量低于DS处理。添加100μM和200μM的褪黑素也能提高干旱胁迫花药的能量产生，增加ATP的含量，最终提高干旱胁迫植物的雄性生育能力(花粉活力和花粉萌发)。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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