甾醇303对大豆根系形态建成的调控效应

申报人:李莉 申报日期:2024-06-29

基本情况

2024
甾醇303对大豆根系形态建成的调控效应 盲选
创新训练项目
农学
植物生产类
学生自主选题
一年期
本实验设置不同浓度甾醇303处理,比较萌发和根系形态关键指标来明确甾醇303对大豆萌发和根系建成的最适浓度;在最佳浓度下比较分析萌发和根系发育关键生理指标,同时,采用定量PCR技术比较分析根系发育关键基因表达水平;最后,结合形态、生理指标和基因表达结果明确甾醇303对大豆萌发和根系形态建成的调控效应,为农业生产中通过外源甾醇30的施用培育壮苗,提高大豆产量提供理论基础和指导。

1.黑龙江省自然科学基金,C2017049,外源Melatonin调控干旱胁迫下鼓粒期大豆氮素积累和转移的机制研究,2017/10-2020/106万元,在研,主持。

2.国家自然科学基金,31401332,外源ABA调控干旱胁迫下鼓粒期大豆氮素积累和转移的机制研究,2015/01-2017/1225万元,结题,主持。

3.黑龙江省农垦总局科技攻关项目,HNK135-02-06-0,大豆“减投增效” 生产栽培技术的试验与示范,2016/01-2018/12, 20万元,结题,参加。

4.黑龙江省科学技术厅示范推广项目,2014BAD07B05,杂豆抗旱节水耕作技术研究与示范,2014/01-2016/1215万元,结题,主持。

本项目的指导教师,金喜军副教授,拥有丰富的科研经验和深厚的专业知识,他在项目的理论构建和试验思路方面提供了宝贵的指导。同时他在技术难题的解决,仪器设备的提供,试验总结的撰写以及数据分析等方面提供支持,保证我们能够顺利开展试验研究。
省级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
李莉 农学院 农学(创新人才班) 2022 负责项目进展
王馨月 农学院 农学 2022 参与试验和数据测定
李春悦 农学院 农学 2022 参与试验和数据测定
肖恒 农学院 农学 2022 参与试验和数据测定
段元昊 农学院 农学 2023 参与试验和数据测定

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
金喜军 农学院

立项依据

首先设置不同浓度甾醇303处理,通过萌发和根系形态关键指标的比较明确甾醇303对大豆萌发和根系形态建成的影响;然后,在最佳浓度下比较分析萌发和根系发育关键生理指标,明确甾醇303对大豆萌发和根系发育生理的影响;同时,采用定量PCR技术比较分析根系发育关键基因表达水平;最后,结合形态、生理指标和基因表达结果明确甾醇303对大豆萌发和根系形态建成的调控效应,为农业生产中通过甾醇303的施用培育壮苗,提高大豆产量提供理论基础和指导。

1甾醇303对大豆萌发的影响

设置不同浓度甾醇303,通过调查不同浓度处理下大豆种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、平均发芽时间、成苗率等指标,明确甾醇303对大豆萌发的影响。

2甾醇303对大豆根系形态建成的影响

通过比较不同浓度处理根系长度、次生根数、根直径、根表面积、根系体积、根干重等指标,明确甾醇303对大豆根系形态建成的影响。

3甾醇303对大豆萌发生理的影响

在明确不同浓度甾醇303浓度处理对大豆萌发和根系形态建成的基础上,选择最适浓度再次确认调控效应,并通过比较分析α-淀粉酶活性、可溶性糖含量、GA ABA 含量萌发关键生理指标,明确甾醇303对大豆萌发生理的影响。

4甾醇303对大豆根系形态建成生理的影响

在最适浓度下,通过比较分析SODPODAPXCAT酶活性,O2-H2O2NO含量,以及IAACTKGA ABA含量,明确甾醇303对大豆根系形态建成生理的影响。

5甾醇303对大豆根系发育关键基因表达水平的影响

在最适甾醇303浓度下,通过定量PCR技术分析萌发和根系发育关键基因的表达水平,明确关键基因在甾醇303对大豆萌发和根系发育中的调控效应。

试验材料

选用黑龙江省主栽大豆品种黑河43为供试品种。

试验设计

1甾醇303对大豆萌发生理的影响

首先挑选大小均匀、无破损和病斑的种子,用10%次氯酸钠消毒15min后用蒸馏水冲洗5次,然后再25℃黑暗条件下浸泡在浓度分别为0%0.05%0.1%0.25%0.5%1%、甾醇303溶液中8-10h,使其达到吸涨状态后转移到恒温培养箱中发芽。每天按照设计的浓度补充相应溶液,观察记录种子萌发相关各项指标,并于发芽开始后的13457天取样测定萌发相关生理指标。

2)甾醇303对大豆根系形态建成生理的影响

通过前期试验筛选出最适处理浓度,以蒸馏水为对照进行发芽试验,进一步验证筛选结果,于根系出现后第13457天取样,测定根系形态和发育相关生理指标。

3)甾醇303对大豆萌发和根系发育关键基因表达水平的影响

在萌发和根系出现后第1224364860小时取样,通过定量PCR技术分析萌发和根系发育关键基因的表达水平,明确关键基因在甾醇303对大豆萌发和根系发育关键基因的调控效应。

指标及测定方法

1形态指标: 采用直尺和根系扫描仪测定根长、根面积、根体积、侧根数;天平称取鲜重、干重。

2生理指标: SOD酶活性的测定采用氮蓝四唑(NBT)法、POD酶活性的测定采用愈创木酚法、APXCAT酶活性的测定同样采用与SOD同样的粗酶液,采用羟胺氧化法测定超氧阴离子产生速率。蒽酮法测定可溶性糖含量、考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白质含量;O2?H2O2含量的测定参照Chaitanya的方法。

3内源激素: IAACTKGA ABA含量测定参考Wu等的方法,采用酶联免疫吸附测定植物内源激素。

4基因表达测定:通过定量PCR技术分析萌发和根系发育关键基因的表达水平。

1.植物生长调节剂对大豆种子萌发的调控

萌发是种子形态和生理发生一系列有序变化的过程,实质是胚的活化、生长和储存营养的转化、运输。在调控萌发的众多机制中激素平衡(自然条件下植物自身和土壤细菌均会产生激素)是非常重要的一个方面。

通过改变内源激素平衡可调控大豆种子萌发,例如利用ABA拮抗剂[1]GA合成抑制剂[2]处理大豆种子,可分别起到促进和抑制大豆种子发芽势的作用,究其原因是分别提高和降低了GA/ABA比值。外源生长素能够促进ABA合成的同时抑制GA合成,进而降低GA1/ABAGA4/ABA的比值,导致大豆种子萌发受到抑制[3]。外源乙烯处理可在一定程度上提高赤霉素水平,并抑制生长素和脱落酸生物合成和信号转导,显著提高大豆发芽率[4]。采用乙酰半胱氨酸处理大豆种子则会抑制胚轴中乙烯生物合成,并降低H2O2含量,导致萌发受阻,外源乙烯或H2O2可解除乙酰半胱氨酸的抑制作用[5]。另外,适宜浓度的水杨酸[6]复硝酚钠[7]和壳聚糖[8]均可促进大豆种子萌发。进一步转录组学研究表明,大豆种子萌发期间脱落酸途径受到抑制,赤霉素、乙烯和油菜素类固醇途径上调[9]

种子老化和逆境胁迫是生产中限制大豆萌发的重要因素,DA-6处理老化大豆种子可上调转化酶相关基因表达,促进三酰甘油的水解和脂肪酸向糖的转化,提高吸胀过程中可溶性糖的浓度,促进萌发[10]。盐胁迫下GA1/ABAGA3/ABAGA4/ABA等比率降低[11],大豆种子萌发受阻,适宜浓度的SA可显著提高NaCl胁迫下大豆种子活力,促进萌发和幼苗生长[12]。另外,适宜浓度的褪黑素可在一定程度上缓解盐胁迫[13]、干旱[14]和低温[15]对大豆萌发的不利影响。


2.植物生长调节剂对大豆根系表型特征的调控

根系具有机械固定、吸收水分和养分的功能,同时可感知土壤理化参数和微生物信息,协调植株整体生长发育。根系结构特征与功能密切相关,并受包括乙烯、生长素、脱落酸、赤霉素、细胞分裂素、茉莉酸和油菜素多种激素调控[16]。大豆根系特征与共生固氮、产量关系密切[17],因此通过植物生长调节剂调控大豆根系表型有望促进养分吸收和生物固氮能力,进而提高产量。

室内研究表明,低浓度IAA处理大豆幼苗能够促进主根伸长生长和侧根发育,而IBANAA和高浓度IAA则起抑制作用[18]。低浓度ABA处理对大豆根系表型无影响,高浓度则显著抑制了主根伸长和侧根数量,导致根系总长度显著降低;低浓度GA3可促进总根长增加,高浓度则起抑制作用[19]6-BA对根系表型也有调控作用,且表现为明显的浓度效应[20]。大田试验表明,在V7期喷施冠菌素可显著提高根系生物量,并促进根系中分裂素和脱落酸含量提高,降低脱落酸含量[21]。另外,烯效唑和DA-6浸种[22, 23]V3期叶面喷施水杨酸[24]均可促进大豆根系生长。另外,烯效唑可显著增加套作下大豆根长、根体积和根干重[25]。众多研究认为,外源PGR对根系形态特征的调控是通过改变内源激素如IAAABA等实现的[23, 26,27]

阶段性干旱和涝害是造成大豆减产的主要逆境胁迫,其中主要原因主要是限制了大豆根系发育。梁晓燕研究表明,通过烯效唑浸种可显著促进旱胁迫下大豆幼苗根系发育,提高根系总根长和根表面积等根系形态指标[28]。水杨酸和茉莉酸同样可缓解干旱胁迫对大豆根系生长的不利影响,促进植株生长[29]。乙烯可促进淹水胁迫下大豆不定根数量的增加,提高根系表面积[30]。褪黑素则具有恢复淹水大豆根部木质化的作用[31]

 

参考文献:

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目前,缺少甾醇303对作物种子萌发根系形态建成的研究报道。本研究通过萌发和根系形态关键指标的比较明确甾醇303对大豆萌发和根系形态建成的影响,并结合萌发和根系发育关键生理指标和关键基因表达,明确甾醇303对大豆萌发和根系形态建成的调控效应。

技术路线:

拟解决的问题:

1甾醇303对大豆种子萌发的影响。

2甾醇303对大豆根系形态建成的影响。

3甾醇303调控大豆种子萌发和形态建成的生理机制。

预期成果:


1 完成甾醇303对大豆根系形态建成的调控效应的结题报告1份。

2 发表论文1篇或取得发明专利1项。

3培养本科毕业生2-3名。2022级本科生,已在20245月完成选题与开题;2023级本科生参加大创项目。

(1)2024.6-2024.10   最佳甾醇303浓度筛选,明确促进大豆根系发育的最适甾醇303的浓度。

(2)2024.10-2024.11  根系形态指标测定,明确甾醇303对根系表达的调控效应。

(3)2024.11-2024.12  生理指标测定,明确甾醇303对大豆种子萌发和根系发育关键生理指标的调控效应。参加互联网+大赛

(4) 2025.3-2025.4    参加互联网+大赛,完成结题报告。

1所依托团队长期从事作物化学调控研究,积累了丰富的理论知识和操作技能。申请者参与团队科研活动近2年,积累了丰富的实验经验。

2在前期研究工作中,课题组完成的科研项目为本研究的方案制定提供了理论基础和研究思路。对于拟开展的研究内容,目前已经初步明确了甾醇303对大豆萌发和根系具有较显著的调控效应。

申请者依托国家杂粮工程技术研究中心,拥有项目开展的主要仪器设备,包括试验所需的植物光照培养箱、超低温冰箱、高速冷冻离心机、紫外可见分光光度计、实时荧光定量PCR仪项目实施过程中所有关键技术都已成熟,本人也掌握了数据和图片可由相关软件处理技术,这些都为本项目的顺利实施提供了良好的大环境平台。

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 10000.00 5000.00 5000.00
1. 业务费 2000.00 1000.00 1000.00
(1)计算、分析、测试费 2000.00 1000.00 1000.00
(2)能源动力费 0.00 0.00 0.00
(3)会议、差旅费 0.00 0.00 0.00
(4)文献检索费 0.00 0.00 0.00
(5)论文出版费 0.00 0.00 0.00
2. 仪器设备购置费 0.00 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 0.00 0.00
4. 材料费 8000.00 4000.00 4000.00

项目附件

  • 查重报告甾醇303对大豆根系形态建成的调控效应.pdf
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结束