干旱、盐、UV-B、ABA对小麦、水稻叶片角质层的影响

在植物生长的过程中，经常遭受到干旱、盐碱、病虫害、紫外线损伤等一系列的逆境胁迫。植物为了抵抗各种环境胁迫，形成覆盖在空气器官表皮细胞壁外特殊增厚的角质层结构，这是植物与外界环境接触的第一道屏障。角质层由角质和蜡质组成，其化学组分为亲脂性的化合物。角质层的物理和化学性质在植物抵抗水分散失等生物胁迫和非生物胁迫中起着重要作用。目前，干旱，ABA、UV-B、盐等逆境对植物生理生化的研究已获得较大进展，但是各种环境胁迫对植物角质层影响的研究还不是很多。本文选用晋麦2018和水稻中花10号品种为实验材料。1-2周龄的小麦和水稻幼苗经过干旱、ABA（40μMABA、100μMABA）喷施、NaCl（150mM）浇灌、UV-B辐射5种处理后，首先观察水稻和小麦植株表型、通过扫描电镜观察叶片表面角质层蜡质分布情况，并测定叶片透水性和叶片表面蜡质含量的变化，以确定干旱、盐、UV-B、ABA对小麦、水稻叶片表面角质、蜡质合成的影响及角质层在抗胁迫中的重要作用。主要研究结果如下：胁迫处理后，小麦和水稻幼苗植株矮小，叶片有不同程度的发黄。ABA喷施后小麦和水稻叶片表面有黄色的斑点；干旱处理后小麦和水稻幼苗叶片轻度萎蔫；UV-B照射后小麦和水稻叶片均朝UV-B辐射面卷曲。扫描电镜观察发现：小麦叶片表面白色蜡质分布增多，集中分布于表皮细胞四周且表皮毛数量增多。水稻叶片表面蜡质呈现薄片状分布于整个叶片，布满蜡质的乳突状结构经胁迫处理后增大且数量增多。经胁迫处理后小麦和水稻叶片相对含水量明显增大，小麦叶片相对含水量增加的趋势为：UV-B>干旱>盐>100μM ABA >对照，水稻叶片相对含水量增加的趋势为UV-B>干旱>盐>40μMABA> 100μM ABA >对照；叶片的离体失水率和叶绿素外渗率逐渐降低且趋势与前者相反。植物通过增加角质层蜡质含量，限制非气孔水分散失，增强植株的保水能力。使用有机溶剂三氯甲烷对小麦和水稻叶片角质层蜡质进行提取，结果显示：经胁迫处理后小麦和水稻叶片角质层蜡质含量明显增多但增加程度有所差异，小麦蜡质含量增加趋势为：UV-B（87.39 mg/cm~2）>干旱（76.72 mg/cm~2）>盐（72.09 mg/cm~2）>100μMABA（67.59mg/cm~2）>对照（66.14mg/cm~2）。水稻叶片蜡质含量增加趋势为：UV-B（35.86 mg/dm~2）>干旱（32.66mg/dm~2）>盐（23.26 mg/dm~2）> 40μMABA（17.45mg/dm~2）>100μMABA（19.9 mg/dm~2）>对照组（15.18mg/dm~2）。表明各种胁迫对角质层蜡质影响程度不同，叶片蜡质的产生和积累是一个积极的，可调控的过程。此外，9-顺-环氧类胡萝卜素双加氧酶（NCED）是ABA合成过程中的限速酶。本研究采用农杆菌转化法将Ubi::AtNCED3基因组合成功转化中花10号水稻植株，经PCR鉴定共获得30个转基因株系。发现超表达Ubi::AtNCED3水稻植株相对于野生型，叶片相对含水量增高，黑暗中角质蒸腾失水率下降，叶绿素外渗率降低。