根际氧浓度对水稻分蘖期根系微形态结构的影响及其调控机理

Rice root growth needs oxygen, it is sensitive to oxygen period at tillering stage, and this time is the critical period of root growth and root shape. Rice root length, root number, root diameter and other morphological indicators are affected by rhizosphere oxygen concentration, but the mechanism of how the oxygen concentration in the regulation of rice root morphology at tillering stage is unclear.In this project, a high root mass (zhenshan97B) and a low root mass(miyang46) rice cultivar will be used as materials, use water-line oxygen analyzer set different oxygen concentration (oxygen and nitrogen regulation)in hydroponic experiment.Through research the root micro morphological structure, root anatomical structure (observe aerenchyma and apical cell ultrastructure), root physiological (root exudates, superoxide radicals and nitrogen metabolism enzymes) under different rhizosphere oxygen concentrations at tillering stage, proved the anatomy mechanism of rice root morphology by the different rhizosphere oxygen concentration. By detect root soluble sugar and sucrose content, NO, ethylene and IAA content, analysis the relationship between these indictors and root morphology, prove regulatory mechanism of different oxygen concentrations affect root micro morphological structure of rice at tillering stage.The results will help clarify the increase root function so as to drive the high use of external nutrient rate and photosynthate translocation efficiency, and it is inportant scientific significance of the building ideal rice root type and super-high yield cultivation .

水稻根系生长需要氧，分蘖期也是水稻对氧较敏感的时期，且这一时期是根系发育、根型塑造的关键时期。根际氧浓度影响分蘖期水稻根长、根数、根直径等形态指标，但如何调控根系形态的机理尚未明确。本研究拟以根群差异很大珍汕97B和密阳46为供试材料，利用水体在线氧控制仪设置不同氧浓度（氧气和氮气调节）进行水培试验。通过对不同氧浓度下水稻分蘖期根系微形态结构、根系解剖结构（通气组织和根尖细胞超微结构的观察）、根系生理（根系分泌物、超氧化物自由基和氮代谢酶）的研究，探明根际氧浓度影响水稻分蘖期根系微形态的解剖学机制；通过根系可溶性糖和蔗糖含量、NO、乙烯和IAA含量的检测，分析这些指标的相互关系以及和根系形态结构的相关性，探明不同氧浓度影响水稻分蘖期根系微形态结构的调控机理。研究结果有助于明确氧营养提高根系机能以实现营养元素高效吸收及光合产物高效转运，对水稻理想根型的构建和超高产栽培具有重要科学意义。

水稻根系既是吸收（水分、养分）器官，也是合成某些内源激素的重要场所，发育状况与地上部器官建成和产量形成密切相关。分蘖期是水稻对氧比较敏感的时期，根系生长受根际氧浓度的影响较大，同时分蘖期根系发育、根型构建是水稻整个生育期根型建成的关键时期。本研究利用在线溶氧仪研究了不同根际氧浓度对秀水09和春优84分蘖期根系微形态结构的影响、根际氧浓度影响分蘖期水稻根系微形态结构的解剖学机制、生理机制及其调控机理。研究结果表明：中氧（2.5-3.5 mg/L）增加两供试品种分蘖期根系生物量；增加水稻分蘖期总根长、表面积、总根尖数和细根比例，降低粗根比例，有利于水稻分蘖期对养分的吸收，增加N、P、K、Mn、Mg和Ca的吸收累积总量。高氧胁迫（根际氧浓度>6mg/L）减少水稻分蘖期根系、茎叶和总生物量。低氧胁迫（根际氧浓度为0-1.0 mg/L）增加Fe、Cu和Zn的吸收累积总量，诱导根系通气组织的形成，增加根系孔隙度。氧胁迫（低氧或高氧）均破坏根尖细胞超微结构，出现质壁分离或细胞壁增厚现象，细胞器数目减少，液泡数目增多、变大，甚至出现空液化，加速细胞衰老；破坏细胞膜透性，引起电解质外渗使得电导率增加，根系可溶性蛋白质含量、根系活力和呼吸强度均有所降低。中氧处理后细胞结构完整，细胞器增多，细胞核明显，线粒体多，染色质丰富，内含物多，根系可溶性蛋白质含量、根系活力和呼吸强度均有所增加。根际氧浓度对分蘖期水稻根系ZR含量的影响和品种有关，低氧和高氧处理减少秀水09根系ZR含量，增加春优84根系ZR含量。低氧胁迫减少分蘖期水稻根系GA3含量，诱导ABA含量的增加。中氧处理增加两水稻品种根系GA3含量，减少ABA含量。不同氧浓度处理对水稻分蘖期根系IAA含量影响不明显。