[发明专利]一种增强作物抗环境非生物胁迫的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种作物培养和生长调节方法，具体为一种通过植物生长调节剂的应用来增加作物根部的硝态氮分配比例，从而增强作物抗逆性的方法。

背景技术

地球上约有20%的表层土壤受到环境非生物胁迫的影响。这些土壤不仅分布在沙漠和半沙漠地区，而且还通常分布在肥沃的平原、河谷和沿海这些人口密集的灌溉地区。环境非生物胁迫主要可以分为两种：湿地胁迫和干旱胁迫。湿地胁迫是指靠海的沼泽地区，这些地区受到海水高盐含量的影响而产生盐胁迫。干旱地区胁迫主要分布在内陆的沙漠边缘。其它一些胁迫的影响地区主要为内陆湖和河流地区。环境非生物胁迫是指土壤或水源中含有的盐分或重金属物质等已经影响到了作物的正常生长。因此，提高作物环境非生物胁迫条件下的抗性，建立起一套提高作物抗逆的完整技术体系，对于减轻逆境胁迫对作物的影响和提高作物产量都至关重要。

硝态氮是陆生植物主要的氮源。在植物体内，硝态氮可以代谢为铵盐，通过谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶(GS-GOGAT)循环转变为谷氨酸，而谷氨酸可以进一步生成其他的氨基酸，从而参与构建蛋白质、核苷酸、叶绿素等各类分子。而更为重要的是，硝态氮本身和许多硝态氮的下游代谢产物可以作为信号分子调控植物的代谢、发育、生长和植物对环境的适应。硝态氮进入植物体内后，除了少部分在根部同化或储存在液泡中，大多数硝态氮会通过长途转运到植物的地上部分，在那里利用光合作用提供的碳骨架、能量和还原力，被同化为有机氮。由于这种氮同化的方式能够将碳、氮代谢直接偶联起来，具有能量进化优势，因此成为大多数植物的优先选择。由此可见，硝态氮的长途转运过程决定了硝态氮在植物地上和地下部位的分配比例，并进而决定了氮素同化的效率。

然而，当外界环境不利时（例如低温、弱光或重金属），会有更多的硝态氮积存在根部，即逆境诱导的硝态氮再分配。该过程使得硝态氮同化过程中的碳氮代谢解偶联，可能会使得能量利用效率下降。然而这一生理过程仍然在进化过程中保存下来并被许多植物所采用。一种解释是，根中硝态氮的同化不会与叶中二氧化碳的固定争夺还原力和能量，有利于植物在不利环境下的生长。因此，从这一点来说，逆境诱导的硝态氮再分配（即逆境条件下让更多的硝态氮累积在作物的根系中）对于提高植物的抗逆性有重要的意义。

在模式植物的研究中发现，逆境诱导的硝态氮再分配主要是由两个硝态氮转运蛋白NRT1.5和NRT1.8介导的。前者主要表达在根部的中柱鞘细胞，负责硝态氮向木质部的装载，后者主要表达在木质部的薄壁细胞，负责硝态氮自木质部的卸载。正常情况下，根部吸收的硝态氮通过NRT1.5装在进入木质部导管，转移至地上部分，而地上部分的NRT1.8将其卸载至木质部薄壁细胞，进而通过共质体运输至叶肉细胞。然而，当逆境来临时，根部NRT1.5表达量下调，减少了硝态氮向木质部的装载；同时， NRT1.8表达量上调，在根部卸载硝态氮。通过这种高度协调的转录调控，地上、地下部分的硝态氮比例在不同的环境条件下得以被精密调节。而且，体内逆境诱导的硝态氮再分配发生缺失的植物对逆境如重金属镉、盐胁迫、干旱等更为敏感。这些发现暗示了逆境诱导的硝态氮再分配可能以降低能量利用效率为代价提高对植物的抗性。

可见，国内外对硝态氮的地上、地下部分配已经有较多研究，但是如何利用硝态氮的长途转运来调控作物对于环境非生物胁迫的抗性仍然没有很好的办法。此外，硝态氮长途转运的这种高度协同的转录水平的调控在面对多种逆境时都会发生，暗示逆境诱导的硝态氮再分配是一种面对逆境的普遍机制。但是，逆境诱导的硝态氮再分配是如何被启动的，启动后是怎样发挥作用并与外界环境相互作用的，仍然知之甚少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，将以上背景技术中提到的理论知识通过作物外源生长调节物质（1-氨基环丙烷-1-羧酸和茉莉酮酸甲酯）的添加得以实际应用，提供一种可以显著增加作物根部硝态氮累积的生长调节方式，从而明显提高作物对环境非生物胁迫的抗性，增强作物对于生长环境中重金属污染、盐胁迫等环境非生物胁迫的抗性。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种增强作物抗环境非生物胁迫的方法，包括以下步骤：将幼苗置于环境非生物胁迫的模拟池中，将同时含有1-氨基环丙烷-1-羧酸与茉莉酮酸甲酯的植物生长调节剂溶液均匀洒到幼苗的叶片上，喷洒的量以生长调节剂溶液完全湿润所有叶片为准。