在提高植物耐盐碱的硅的作用

文摘

盐渍化是影响的主要非生物胁迫作物世界各地的经济增长和生产率,因此如何提高作物盐度的阻力水平吸引了全世界的关注。硅(Si)是第二个最流行的元素地球地壳。当溶液的pH值低于9、硅吸收形式的高等植物硅酸(Si(哦)₄]。虽然硅没有被认为是作为高等植物的必需元素,它通常被认为是一个有益的元素。大量的研究表明,硅可以提高植物对多种非生物和生物胁迫的抗性,包括干旱、盐胁迫、重金属毒性、冻结、植物病害。

关键字

硅,坐在压力,植物水状态,抗氧化防御

介绍

盐渍化是一种主要的非生物胁迫,影响作物增长世界各地和生产力,因此如何提高作物盐度的阻力水平举世瞩目(1]。硅(Si)是第二个最流行的元素在地壳中。当溶液的pH值低于9、硅吸收形式的高等植物硅酸(Si(哦)₄][2]。虽然硅没有被认为是作为高等植物的必需元素,它通常被认为是一个“有益元素”(3]。大量的研究表明,硅可以提高植物对多种非生物和生物胁迫的抗性,包括干旱、盐胁迫、沉重金属毒性、冻结植物病害(2- - - - - -3]。在早期,研究表明,硅主要发挥其保护行动通过形成物理屏障的沉淀二氧化硅和被纳入生物结构(2]。的深入研究,越来越多的研究表明,硅还积极参与植物的生理和生化过程(4,5]。

硅的一个重要作用是植物中盐胁迫的缓解效应,已报道在不同的物种,包括大米、大麦、小麦、黄瓜、西红柿、和中投arietinum(6- - - - - -11]。直到现在,调查关于硅的精确调节机制(s)植物生理学已报告在生理和分子(如基因组和蛋白质组学)的水平,大大提升了我们关于硅在植物的知识。

提出了三种不同模式的硅吸收的植物,也就是说,主动、被动、排斥的吸收。硅硅吸收转运蛋白中扮演重要的角色,已确定在单子叶植物(如。大米、大麦、玉米、小麦)和双子叶植物(如南瓜、黄瓜)12- - - - - -21]。植物吸收硅的能力可能会影响植物抗逆性能力(22]。因此,需要更多的工作来研究硅吸收和分布在不同的植物物种。

盐压力通常阻碍植物生长在两个方面:(i)渗透压力,限制了植物,影响水的水可用性状态;(2)离子毒性扰乱了重要的生化反应通过影响酶活性和蛋白质功能(23- - - - - -24]。大多数以前的研究都集中在盐胁迫下硅洋葱的中介效应不平衡。具体而言,硅的应用程序可以减少Na⁺吸收和运输从根部到芽,让Na +更均匀地分布在整个根节(25]。此外,硅影响其他必需营养素的吸收(例如Ca, K, N)缓解盐离子之间的竞争和其他必需营养素吸收(2]。最近,研究表明,多胺可能参与的缓和效果通过调节钠盐胁迫下硅⁺/ K⁺比(26]。

讨论

最近,越来越多的研究表明,在盐胁迫下,硅可以提高植物水状态通过提高根水吸收和运输叶子,减轻离子毒性的稀释效应。在小麦、硅的减轻的影响更明显的发现了渗透压力阶段比离子毒性阶段(23]。此外,siliconmediated水通道蛋白基因表达的调控和silicon-induced兼容的溶质的积累可溶性糖增加水吸收(中扮演很重要的角色5,26]。

盐胁迫导致的形成活性氧(ROS),严重扰乱正常的新陈代谢24]。硅的应用减轻氧化应激通过调节抗氧化防御和减少ROS的产生9]。与此同时,硅可以改善光合机构的破坏和盐胁迫引起的色素和导致光合性能的改善27]。盐胁迫抑制光合作用通过光合作用吸收的积累引起叶子和减少吸收出口到根部。在黄瓜、硅报道减少叶片可溶性糖含量和淀粉含量的增加,可以减轻压迫和光合作用的反馈提供了更多的能量存储在根在盐胁迫条件下4]。然而,硅的机制减轻盐度压力通过调节碳水化合物代谢需要深入调查不同的物种。

的分子机制silicon-mediated盐耐受性还不是很清楚。Omics-based技术,包括转录组和蛋白质组,提供一个强大的工具来理解硅减轻环境压力的机制在分子水平上。转录组和蛋白质组研究表明,硅可以调节植物对盐胁迫的反应通过调节转录因子的表达和与荷尔蒙相关的基因和相关蛋白质的翻译(28,29日]。此外,可能会有硅之间的串扰和信号分子包括乙烯(ET),水杨酸(SA)和多胺(PAs) (30.,32]。这些研究使我们洞察了解硅盐度环境压力的缓解机制,无论是在生理和分子水平上。

结论

未来的监管效果上硅多胺代谢和水通道蛋白表达需要进一步实验测试。糖可以作为溶质兼容,直接为中间代谢基质,以及信号分子在控制新陈代谢,抗压力,增长和发展植物(24,33]。因此需要进一步的实验来揭示硅调节碳水化合物代谢的具体机制。同时,硅的扶贫效应的分子机制在环境压力下仍然需要详细研究基因组,转录组、表观遗传学、蛋白质组学和代谢组学水平。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(31701911),开放项目工程计划研究湿地生态和农业使用中心,教育部(没有。KF201707)。

引用

1. 郭Z,等。应用poly-γ-glutamic体内酸缓解盐胁迫小麦幼苗通过调节离子平衡和抗氧化系统。环境科学Pollut r . 2017; 24:6592 - 6598。
2. 朱镕基YX和龚HJ。有益的影响上硅盐和耐旱的植物。阿格龙维持Dev。2014; 34:455 - 472。
3. Luyckx M, et al。硅和植物:当前的知识和技术的角度。植物科学。2017;8:411。
4. 朱YX, et al。硅在碳水化合物代谢的监管作用Cucumis巨大成功盐胁迫下l。土壤植物。2016;406:231 - 249。
5. 朱YX, et al .硅提高盐耐受性增加根水吸收Cucumis巨大成功l植物细胞众议员34:1629 2015;1646年。
6. 龚黄建忠、et al .硅沉积在水稻根减少钠的摄入(栽培稻l .)幼苗通过减少旁路流.Plant细胞包围。2006;29:1970 - 1979。
7. 梁Y, et al .外源硅(Si)增加抗氧化酶活性,减少脂质过氧化反应在salt-stressed大麦根(大麦芽l .)。J植物杂志。2003;160:1157 - 1164。
8. 金枪鱼,et AL .硅提高小麦耐盐碱植物。环境实验机器人。2008;62:10-16。
9. 朱Z, et al .硅缓解盐胁迫和抗氧化酶活性增加的叶子salt-stressed黄瓜(Cucumis巨大成功l .)。植物科学。2004;167:527 - 533。
10. 李H, et al .有利影响硅的盐度在缓解压力下番茄幼苗生长的沙滩文化。植物学报杂志。2015;(4)。
11. 加戈N和班达里p .硅营养和菌根接种提高增长,营养状态、K + / Na +率和产量中投arietinuml基因型在盐度下压力。植物生长Regul。2016; 78 (3): 371 - 387。
12. 马摩根富林明和Yamaji n .函数和运输的硅在植物。细胞摩尔生命科学。2008;65:3049 - 3057。
13. 摩根富林明,et al .水稻硅运输车。大自然。2006;440:688 - 691。
14. 摩根富林明,等。基因型差异硅吸收,在水稻硅转运蛋白基因的表达。植物杂志。2007;145:919 - 924。
15. Mitani N, et al .识别和描述的玉米和大麦Lsi2-like硅流出运输车揭示了一个独特的硅吸收系统和大米。植物细胞。2009;21:2133 - 2142。
16. 千叶Y, et al . HvLsi1硅运输车涌入大麦。植物j . 2009; 57:810。
17. Yamaji N, et al .功能描述硅输送基因涉及硅分布的大麦。植物杂志。2012;160:1491 - 1497。
18. Mitani N, et al。玉米硅涌入转运蛋白的识别。植物细胞杂志。2009;50:5-12。
19. Montpetit J, et al .克隆、功能特征和不同的表达TaLsi1小麦硅输送基因。植物杂志。2012;79:35-46。
20. Mitani N, et al。隔离和功能描述涌入硅桥在两个南瓜品种对比硅积累。植物j . 2011; 66:231 - 240。
21. 太阳H, et al .隔离和功能描述CsLsi1硅输送基因Cucumis巨大成功。杂志。2017;159:201 - 214。
22. 里奥斯JJ, et al。Silicon-mediated改善植物耐盐碱的:水通道蛋白的作用。植物科学。2017;8:948。
23. 陈D, et al。硅增加盐耐受性影响小麦的两阶段增长反应盐度(小麦l .)。植物学报杂志。2014;36:2531 - 2535。
24. Parida AK和AB。盐宽容和盐度对植物的影响:一个回顾。Ecotox围住Saf。2005; 60:324 - 349。
25. 梁y硅对酶活性的影响和钠、钾和钙浓度盐胁迫下大麦.Plant和土壤。1999;209:217 - 224。
26. 阴L, et al . Silicon-mediated变化多胺参与silicon-induced盐耐受性高粱二色的l .植物细胞环境。2015;39:245 - 258。
27. 梁YC。如果叶片超微结构的影响,叶绿素含量和光合活动在盐胁迫下大麦。土壤圈。1998;8:289 - 296。
28. Holz年代,et al。初步研究硅处理下黄瓜转录组分析。硅。2015;7:1-5。
29. Muneer年代和宋BR。胁迫响应蛋白的蛋白质组学分析番茄的根(Lycopersicon esculentuml .)植物对硅的效率。植物生长Regul。2015; 77:133 - 146。
30. 金正日YH, et al。硅应用水稻根区phytohormonal和盐度胁迫下抗氧化反应的影响。J植物生长Regul。2014; 33:137 - 149。
31. 梁XL, et al .硅不减轻细胞死亡在培养烟草2细胞受到盐度没有乙烯发射。植物细胞众议员34:331 2015;343年。
32. 阴LN, et al . Silicon-mediated变化多胺参与silicon-induced盐耐受性高粱二色的l植物细胞包围。2016;39:245 - 258。
33. 罗兰F, et al。糖传感和信号在植物:守恒和小说机制。为植物杂志。2006;57:675 - 709。