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侧根是组成植物根系最主要的部分,因此侧根的发育状况对养分吸收和植物产量有直接的影响。磷有效性对植物侧根发生发育可能有调控作用,但已有的研究主要集中在双子叶模式植物拟南芥上,对于磷是否调控水稻等单子叶植物侧根的发生发育过程则鲜有报道。本试验采用琼脂作为培养介质,选取籼稻(OryzasativaL.ssp.Indica)基因型9311、Kasalath以及粳稻(OryzasativaL.ssp.Japanica)基因型日本晴作为试验材料,从组织学和发育生物学角度研究了低磷胁迫对水稻不同亚种和不同基因型幼苗期侧根的起始、建成、突出和伸长等四个生长发育阶段的影响;在此基础上,选取侧根发生发育对低磷胁迫反应敏感的9311和Kasalath为材料,进一步从组织水平上研究低磷诱导侧根发生发育的机理以及磷有效性与生长素交互作用对水稻侧根原基发生的影响。结果表明:
1)低磷对籼稻侧根的起始和建成具有明显的促进作用。低磷诱导了两个籼稻基因型9311和Kasalath侧根的起始和建成,但对侧根的突出和伸长没有显著影响。
2)磷有效性对水稻侧根发生发育的调控具有亚种间差异。低磷诱导了两个籼稻基因型侧根的起始和建成,但对粳稻基因型日本晴侧根的起始、建成、突出以及伸长都没有影响。
3)水稻侧根原基起始具有严格的细胞位置效应,只有与韧皮部极直接相邻的中柱鞘细胞才能分化形成侧根原基。
4)低磷诱导籼稻侧根的起始和建成,是通过增加侧根原基密度、诱导更多与韧皮部极相邻的中柱鞘细胞分化发育成侧根原基,或通过增加种子根同一横切面上的侧根原基数来实现的,而与种子根上侧根原基发生的种子根区域长短无关。
5)低磷诱导侧根起始的可能原因是影响了根部生长素极性运输,而与生长素合成关系不大。在低磷培养基中加入外源生长素IAA并没有明显增加侧根原基数量,而加入生长素运输抑制剂TIBA后侧根原基数量明显减少,暗示低磷对水稻侧根原基起始和建成的诱导作用是通过增加生长素运输而实现的。
本研究初步阐明了磷有效性对水稻侧根发生发育的影响及其调控机理,可为通过根系育种途径提高作物磷效率提供理论依据。