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土壤因盐渍化而对植物造成的盐胁迫已然是世界上重要的环境胁迫之一,近些年由于海平面上升和人为不合理的农艺措施,加剧了耕地盐渍化的步伐。水稻作为重要粮食作物之一,对盐渍比较敏感,盐胁迫明显抑制其生长、产量和品质等。褪黑素(MT)是一种新兴植物激素,可有效提高水稻幼苗的耐盐性。本研究以盐稻12号为材料,首先探讨了喷施MT对不同盐浓度胁迫下水稻幼苗氧化还原和离子稳态等的影响,然后采用转录组测序来分析MT调控盐胁迫水稻幼苗的基因表达情况,最后研究MT喷施处理下水稻内源多胺(PAs)在提高水稻幼苗耐盐性中的代谢应答。主要结果如下:1.从水稻幼苗生长表型、干重和株高来看,叶面喷施200μM MT有效减轻了盐胁迫对水稻幼苗生长的抑制作用。进一步分析表明盐胁迫下MT提高了几种抗氧化酶的活性,减少了膜脂过氧化作用,减轻了植物叶片的细胞损伤,并增加了盐胁迫下(尤其是高盐度下)植株叶片和根中N和Si含量的积累。MT还抑制植株根系对Na+的吸收和向地上部运输,并促进或维持盐胁迫下的水稻幼苗中K+和Ca2+的吸收和向地上部运输,从而改善了水稻幼苗(尤其是叶片)中K+/Na+和Ca2+/Na+离子稳态。2.MT调控非盐胁迫下水稻幼苗叶和根中差异表达基因数量比盐胁迫下的差异表达基因数量还要多。GO富集分析表明,MT调控盐胁迫下的水稻幼苗叶和根中差异表达基因主要与盐应激反应、氧化还原过程、抗氧化酶活、H2O2降解过程以及离子转运等相关。同时,KEGG富集分析表明,MT调控的基因也主要富集在物质的生物合成代谢途径,如苯丙烷合成、苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成、植物激素信号转导等途径。另外,在非盐和盐胁迫下,MT均能调控与水稻幼苗叶片光合作用相关的差异表达基因。MT调节水稻幼苗中的转录因子(TFs)主要是WRKY、AP2-EREBP、MYB、NAC转录因子家族,在低盐胁迫下编码这些TFs的基因是以上调的表达模式为主,而在高盐胁迫下编码这些TFs的基因是以下调的表达模式为主。3.在低盐和高盐胁迫7d和14d下,MT通过调节水稻幼苗叶片精氨酸脱羧酶(ADC)、鸟氨酸脱羧酶(ODC)和多胺氧化酶(PAO)的基因表达以及降低其二胺氧化酶(DAO)和多胺氧化酶(PAO)活性,从而调节多胺形态和含量的转换。在高盐处理21d的水稻叶片中,喷施多胺合成抑制剂(D-Arg)降低了植株叶片ADC和ODC活性,增加其DAO和PAO酶活性,从而减少了其游离态和束缚态Put含量,增加了亚精胺(Spd)和精胺(Spm)的含量。D-Arg还降低了植株叶片脯氨酸(Pro)的含量,增加了 Na+含量。MT通过提高了植株叶片ADC和ODC酶活,有效降低D-Arg对Put合成的抑制作用,并促进游离态Put向不同形态的PAs转化,从而提高了植株叶片游离态和束缚态的(Spd+Spm)/Put比值。MT还通过降低DAO和PAO酶活,减少了植株叶片中PAs的氧化代谢。另外,即使在D-Arg存在条件下,MT还增加了 Pro和K+含量,减少了 Na+含量(叶片中更加明显)。表明MT能够通过调节不同形态PAs的分布及其转化,并改善了植株的K+/Na+稳态,从而增强了水稻幼苗的耐盐性。综上所述,MT有效调控了水稻幼苗体内的基因表达和生理生化的变化,明显改善盐胁迫诱导产生的氧化胁迫和离子毒害,从而促进其生长,赋予了水稻幼苗耐盐性。