论文内容
研究背景：
硅（Si）是一种农艺上重要的肥料元素，可以增强植物对非生物压力的耐受性。过去对硅应用于玉米植物的研究表明，应用降低了水胁迫下的叶蒸腾率，从而改善了植物的水质状态。另一方面，Si应用于高粱植物增加了叶蒸腾率（基质电导率），从而缓解了水胁迫对光合率的降低。在最近的研究中，玉米和小麦的水胁迫下，Si激活了抗氧化过程。因此，Si的应用会影响一些生理特征，以增强植物对水胁迫的耐受性，尽管在干旱和半干旱种植系统中使用Si肥料的背景下，尚未完全了解导致这些影响的生理机制。在我们之前的实验中，Si应用于高粱幼苗导致在水胁迫下保持高光合率、高气孔传导率和高叶蒸腾率。最近，我们发现这些影响伴随着植物水吸收的增加。一般来说，植物水的吸收主要由根系调节。因此，我们之前的结果表明，Si的应用改善了高粱根中的水吸收，从而增强了植物对水胁迫的耐受性。需要进一步分析高粱根和水分吸收，以更好地了解Si增强植物对水胁迫耐受性的生理机制。
根水吸收由几个解剖和生理特征来调节，如木质部血管的直径和数量，以及与渗透调整相关的溶质含量。这些特征在水胁迫下的根水吸收中起着重要作用。然而，很少有研究调查Si的应用是否影响水胁迫下的根系特征。因此，这项研究旨在评估Si应用对水压力条件下高粱幼苗根部解剖和生理特征的影响。
研究内容：
材料与方法：
1、植物材料和生长条件
所高粱种子（cv.“Gadambalia”）用5%（w/v）的Benlate（Hokko Chemical Industry Co.，日本东京）溶液进行表面消毒10分钟，并在黑暗中在28°C下保持20小时，以促进发芽。发芽的种子在湿过滤纸中滚动，并在相同的条件下在28°C下保存两天。播种三天后（DAS），幼苗被移植到20或8升的塑料水培容器中，里面装满了Hoagland和Arnon培养溶液。
2、硅和水压力处理
高粱幼苗以两种Si浓度（0和1.78 mM；-Si和+Si）和两级水应力（含和不含聚乙二醇6000；-PEG和+PEG）生长。因此，我们使用了四种生长处理方法：-Si-PEG、+Si-PEG、-Si+PEG和+Si+PEG。
通过遵循CitationOkuda和Takahashi（1961）中的程序，在+Si-PEG和+Si+PEG处理中的硅应用从三个DAS开始。在10 DAS时，将PEG添加到+PEG处理的培养溶液中，以产生-0.2 MPa（溶液中10%PEG）的渗透电位，导致轻度水胁迫的发展。渗透电位在13 DAS时降至-0.4 MPa，在16 DAS时降至-0.6 MPa（13和溶液中的15% PEG）。
3、植物取样和干重测定
每次处理，在12、15和23 DAS中对五株幼苗进行采样，以确定植物干重和矿物质含量。幼苗被分成嫩枝和根部，在80°C下干燥72小时，并称重。在相同的采样日期，切除距离根尖0至10厘米的根段，以测量其水分含量、渗透电位、氨基酸含量和糖含量。切除的根段被密封在塑料管中，并冷冻在液体N2中，在-80°C下储存，直到分析。此外，在23 DAS下收获根部，并固定在甲醇中进行解剖评估。
4、植物水关系的测量
用重量法测量了12、15和23 DAS的植物水吸收量。在每次处理中，五棵幼苗在测量前两天被转移到500毫升的聚乙烯瓶中（每瓶一株幼苗），并在相同的处理条件下生长。在光期（16小时）期间，每株幼苗每两小时称一次重量。采集幼苗是为了确定根干重，并计算每单位根干重的吸水率。使用光期开始后6至10小时的取水率，因为在此期间的取水率是稳定的。为了测量根部渗透电位，将冷冻根段在室温下解冻30分钟，然后用玻璃棒均匀化。细胞汁液在11 000克的离心下提取20分钟。用冰点-抑郁渗透仪测量细胞液的渗透电位。根段也在80°C下干燥72小时，以计算其含水量。
5、根溶质含量的测量
在85%的乙醇中提取溶质之前，冷冻根段在液体N2中均质化。乙醇提取物中的总糖和总氨基酸含量分别通过anthrone和ninhydrin法确定。总氨基酸含量以每克新鲜重量毫克天冬氨酸当量表示。此外，使用自动氨基酸分析仪（日立L 8500，日本东京，日立）在23 DAS的根样中分析了每种氨基酸的含量。只有主要氨基酸（>10−1 μmol g−1根新鲜重量）出现在表1。用原子吸收分光光度计（AA-6700，岛津，京都，日本）测量根部钾（K）、钙（Ca）和镁（Mg）的含量。
5、根系解剖学特征
制备了结根基部的手动切片，并用2%的氟葡萄糖醇溶解在80%的乙醇（w/v）中染色。使用带有数码相机的光显微镜来捕捉每个部分的图像。数字图像用于测量根系及其木质部血管的直径，以及Adobe Photoshop软件中的木质部血管数量。
实验结果：
1、芽与根的比率没有受到Si、PEG及其相互作用的显著影响。
2、根部的含水量受到Si和PEG处理的轻微影响。
3、在+PEG条件下，Si应用会增加丙氨酸和谷氨酸。在整个实验期间，根钙、K和铰含量没有检测到这种增加。、
4、根部解剖特征在两种PEG治疗中都没有因Si加成而改变，但第二节点根直径在+Si+PEG治疗中显著增加.
研究结论：
1、Si诱导的干重增加可归因于Si对水的吸收增强。
2、该应用触发了高粱根的主动渗透调整，从而增强了植物对水胁迫的耐受性。
3、丙氨酸和谷氨酸负责高粱根系中活性渗透调节的渗透质，以响应Si应用。
4、Si应用在高粱根中诱导的活性渗透调节导致了大水势梯度的发展，促进了水胁迫下的吸水量。
转自：“农科学术圈”微信公众号
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