褪黑素对水稻幼苗耐盐性的调控效应及其机理的初步探讨开题报告

本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等（列出主要参考文献）

1．褪黑色素（MT）对植物耐盐性方面的研究意义

土壤盐渍化一直是世界性的资源与生态问题之一，近年来国内外设施农业的迅猛

发展使得这一问题更为突出。全世界大约 20%的栽培地和近 50%的灌溉地受到盐渍的影响（Colla et al. 2010），预计到 2050 年，可耕地的 50%面临盐渍化（Jan et al. 2013）。由于旱地土壤水分强烈蒸发，地表积盐较重，很容易引起土壤盐渍化。我国所有耕地中，稳产高产田不足 10%，大部分中低产田也是干旱、盐碱所致。水稻对盐敏感（Zheng et al. 2016），是主要粮食之一。随着可利用淡水资源的日益缺乏、人口的急剧膨胀和自然资源的不合理使用，利用盐度高的旱区、半干旱地区和沿海地区土壤发展农业生产不得不为之，因此水稻耐盐性及其调控研究就显得格外重要。本项目通过植物生长物质化学调控从而提高水稻的耐盐性，对推动盐土农业和设施农业的发展具有重要的理论和实践意义。

2．褪黑色素（MT）在提高植物耐盐性方面的研究概况

褪黑素（MT）可提高植物的耐盐性，但是在水稻上缺乏研究。褪黑素(melatonin, MT), 又称松果素, 1958年被美国科学家Lerner从牛松果体中首次提取出来,其化学成分为N-乙酰基-5-甲氧基色胺(N-acetyl-5-methoxytryptamine), 此后研究者对其在动物体内的作用进行了深入研究(Reiter和Maestroni 1999;Reiter等2000; Tan等2000; Meki和Hussein 2001;Sainz等2003), 发现其有很强的抗氧化作用, 可明显延缓人体和动物的衰老、增强免疫力等。1993年首次发现MT也存在于高等植物中, 现在已检测出多种植物(Murch等1997; Manchester等2000)中物、低温条件下芦荟(Aloe vera)及正在成熟的西红柿(Solanum lycopersicum)体内(张贵友等2003)含量相对较高。MT在植物中的合成规律及作用研究起步较晚, 始于近几年有MT的存在, 药用植物、生长在高海拔地区的植物、低温条件下芦荟(Aloe vera)及正在成熟的西红柿(Solanum lycopersicum)体内(张贵友等2003)含量相对较高。MT在植物中的合成规律及作用研究起步较晚, 始于近几年在其它方面的研究相对还相对比较薄弱，尤其是在水稻耐盐性方面，其机制仍尚不清晰。

3. 褪黑素（MT）在提高植物耐盐性方面的广阔前景

褪黑素(melatonin，N-乙酰基-5-甲氧基 － 色胺)是色氨酸的吲哚衍生物，最早发现于牛松果体 ［1］ ，在体内通过清除活性氧和自由基而具有强抗氧化作用［2］ 。直到 1995 年，才在高等植物中测定发现褪黑素［3］ 。目前研究表明，100 余种药用植物和食用作物中普遍存在褪黑素 ［4 －5］ 。植物中的褪黑素可作为一种抗氧化剂以及植物保护剂，在抵御氧化胁迫和恶劣环境伤害方面起作用，如高温［6］ ，UV 辐射［7］ ，以及重金属污染 ［8］ 等。同时，褪黑素与吲哚乙酸 IAA 具有相同的合成前体色氨酸，表现出与IAA 相类似的植物生长调节作用，刺激生长

［9］外源褪黑素能促进盐胁迫下根系的生长,影响矿质元素的吸收,并调控离子转运蛋白基因MdNHX1和MdHKT1的表达,调控离子平衡。

参考文献

［1］ LERNER A B，CASE J D，TAKAHASHI Y． Isolation of melatonin，a pineal factor that lightness melanocytes［J］． J Am Soc，1958，80(10):2587-2587．

［2］ GALANO A，TAN D X，REITER R J． Melatonin as a natural ally against oxidative stress: a physiochemical ex-amination［J］． J Pineal Res，2011，51(1):1-16．

［3］ HATTORI A，MIGITAKA H，IIGO M，et al． Identifica-tion of melatonin in plants and its effects on plasma me-latonin levels and binding toreceptors in verte-brates［J］． Biochem Mol Biol Int，1995，35(3): 627-634．

［4］ ARNAO M B，HERNANDEZ R J． Chemical stress by

different agents affects the melatonin content of barley

roots［J］． J Pineal Res，2009，46(3):295-299．

［5］ CHEN G，HUO Y，TAN D X，et al． Melatonin in Chi-

nese medicinal herbs ［J］． Life Science，2003，73(1):

19-26．

［6］ 徐向东，孙艳，孙波，等． 高温胁迫下外源褪黑素对黄

瓜幼苗活性氧代谢的影响［J］． 应用生态学报，2010，

21(5):1295-1300．

［7］ AFREEN F，ZOBAYED S M，KOZAI T． Melatonin in

Glycyrrhizauralensis: response of plant roots to spectral

quality of light and UV-B radiation ［J］． J Pineal Res，

2006，41(2):108-115．

［8］ XU S C，HE M D，ZHONG M，et al． Melatonin protects

against nickel-induced neurotoxicity in vitro by reducing

oxidative stress and maintaining mitochondrial function

［J］． J Pineal Res，2010，49(1):86-94．

［9］ HERNANDE R J，CANO A，ARNAO M B． Melatonin: a

growth stimulating compound present in lupin tissue［J］．

Planta，2004，220(1):140-144．

［10］ POSMYK M M，BALABUSTA M，WIECZOREK M，et

al． Melatonin applied to cucumber (Cucumis sativus L． )

seeds improves germination during chilling stress ［J］． J

Pineal Res，2009，46(2):214-223．

［11］ 李合生． 植物生理生化实验原理和技术［M］． 北京:高

等教育出版社，2001:260-261．

［12］ BEAUCHAMP C，FRIDOVICH I． Superoxide dismutase:

improved assays and an assay applicable to acrylamide

gels［J］． Anal Biochem，1971，44(1):276-287．

［13］ 张志良，瞿伟菁． 植物生理学实验指导［M］． 北京:高

等教育出版社，2003: 123-124．

研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

1. 研究方法

（1）植物培养和处理方法

番茄幼苗期试验采用培养皿砂培、溶液浇灌的方法，配方为Hoagland营养液。2褪黑素外施方法：幼苗期试验，植株成为幼苗后处理，傍晚喷施，使得植株叶片全湿。

（2）器官、组织水平上的离子测定

将植株按不同器官分开，于75 ℃下烘干至恒重，然后磨成粉末，消煮，定容后用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）对K 和Na 进行分析。利用扫描电镜和X射线能谱仪联用分析（EDXA）检测不同组织细胞的离子分布。加速电压为12 kV，速流为0.07 A，样品倾斜角为0^o，样品和探针间的角度为35^o，工作距离为12.0 mm。

（3）相关酶活力分析

抗氧化和氮素同化等酶活力测定按照文献（Yin et al. Eur Food Res Technol, 2014; Sudhakar et al. 2015）。

2. 技术路线

1.

3 实验方案

3.1 以水稻为材料。褪黑素水平：0、25、50、100、200、400 M MT。盐处理水平：0、75、150 mM NaCl。

3.2 设计处理（13个处理）如下：Control、75 mM NaCl、150 mM NaCl、75 mM NaCl 25 M MT、75 mM NaCl 50 M MT、75 mM NaCl 100 M MT、75 mM NaCl 200 M MT、75 mM NaCl 400 M MT、150 mM NaCl 25 M MT、150 mM NaCl 50 M MT、150 mM NaCl 100 M MT、150 mM

NaCl 200 M MT、150 mM NaCl 400 M MT

水稻种子经过 1% NaClO 消毒 30 min 后水培育苗，待长至 2 叶 l 心时，选取长势一致的幼苗移栽到塑料周转箱中，5天后转入不同处理！每个处理6个重复，再加1-2箱零天取样的，共80个周转箱。2-3天换一次处理液。隔一天喷一次MT。营养液采用国际水稻所( International Ｒice Ｒesearch Institute， IＲＲI)的常规营养液配方。

处理0天，取样1箱。拷苗，株高、叶长、地上部和根干重、根冠比。拍照。

处理8 d取样。拍照！平拍、斜拍、俯拍！每处理取干样1.5箱，取鲜样1.5箱。共3箱。需要39箱。

（1）生物量（干重）和根冠比（13个处理）；（2）根际扫描（5个处理）；（3）叶片水势（5个处理）；（4）红外热像拍照（5个处理）；（5）叶片相对含水量（5个处理）；（6）叶片和根系渗透调节能力（5个处理）；（7）植株N、P、K、Ca、Mg、Na、Cl含量（5个处理）；（8）植株游离氨基酸、可溶性糖、有机酸总量、脯氨酸、可溶性蛋白含量（5个处理）；（9）抗氧化物质ASA、GSH测定；（10）叶绿素仪活体测定（根据具体情况）；（11）叶绿素和类胡萝卜素含量的测定。（12）抗氧化酶测定；（13）氮素同化酶活测定；（14）光合气体交换参数测定。

处理16 d取样。拍照！平拍、斜拍、俯拍！每处理取干样1.5箱，取鲜样1.5箱。共3箱。需要39箱。

（2）生物量（干重）和根冠比（13个处理）；（2）根际扫描（5个处理）；（3）叶片水势（5个处理）；（4）红外热像拍照（5个处理）；（5）叶片相对含水量（5个处理）；（6）叶片和根系渗透调节能力（5个处理）；（7）植株N、P、K、Ca、Mg、Na、Cl含量（5个处理）；（8）植株游离氨基酸、可溶性糖、有机酸总量、脯氨酸、可溶性蛋白含量（5个处理）；（9）抗氧化物质ASA、GSH测定；（10）叶绿素仪活体测定（根据具体情况）；（11）叶绿素和类胡萝卜素含量的测定。（12）抗氧化酶测定；（13）氮素同化酶活测定；（14）光合气体交换参数测定。

4 可行性分析

1. 褪黑素喷施对水稻耐盐性试验在目前是可行的。

2. 本实验课题由长期从事植物抗盐生物学研究的专业指导老师指导。

3. 本实验所在的课题组长期从事逆境植物营养和中国沿海滩涂开发研究，是江苏省海洋生物学重点实验室和国家重点学科农业资源与环境的主要组成部分，已有大量投入，也是学校211重点建设学科的一部分。研究条件良好，常规设备齐全，完全有能力支持本试验项目的研究。

研究计划及预期进展

2016.8- 2016.12：开展温室喷施和取样试验，测定植株叶绿素含量等指标。

2017.2-2017.4：进一步酶活检测、离子含量检测等工作。

2017.5：结果分析，实验总结和论文撰写。