[目的]研究外源色氨酸对低氮胁迫下高粱叶片衰老的影响,探讨低氮条件下高粱叶片碳氮平衡与衰老的关系,旨在挖掘高粱耐低氮胁迫的有效调控手段.[方法]选用耐低氮高粱自交系398B和氮敏感自交系CS3541为试验材料,采用水培试验,设置正常氮(5 mmol-L-1)和低氮(0.5 mmol·L-1)2个氮水平,并进行50 mg-L-1外源色氨酸喷施处理,喷施10 d后测定叶片形态、组织结构、光合特性、叶绿素荧光参数、叶片碳氮代谢相关物质含量和酶活性、C/N及衰老相关基因表达水平,并分析低氮胁迫下高粱幼苗叶片C/N与衰老相关基因的相关性.[结果](1)与正常氮水平相比,低氮胁迫显著降低了 398B和CS3541的叶面积,而外源色氨酸处理使398B和CS3541的叶面积显著增加了 36.72％和52.06％;外源色氨酸显著增加了低氮胁迫下398B和CS3541的叶干重和叶鲜重.(2)与正常氮水平相比,低氮胁迫下,398B花环结构相对完整,而外源色氨酸处理使叶片细胞排列整齐,花环结构清晰;外源色氨酸显著增加了低氮胁迫下398B叶片叶绿素含量(36.85％),而未显著提高CS3541叶片各色素含量.(3)低氮胁迫下,与未喷施色氨酸相比,外源色氨酸处理使叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)表现出更高的最大光化学效率(Fv/Fm)和热耗散(NPQ),增加了叶片光合速率,从而维持叶片更强的光合能力.(4)外源色氨酸提高了低氮胁迫下高粱叶片氮含量和碳氮代谢相关酶活性;降低了高粱叶片碳水平(可溶性糖、蔗糖、淀粉和总糖)和C/N,进而保证低氮胁迫下植株的碳氮生理平衡.(5)外源色氨酸正调控低氮胁迫下衰老相关基因SbLHCB和SbSGR-2的表达,负调控SbNAC6、SbPaO3、SbPPDK-2和SbSAG12-2的表达;另外,C/N与 SbLHCB和SbSGR-2表达量呈正相关,与SbNAC6、SbPa03、SbPPDK-2和SbSA612-2表达量呈负相关.[结论]低氮胁迫下,外源色氨酸通过降低C/N和衰老基因的表达量,影响叶片形态和光合特性,同时通过调节叶片碳氮代谢,延缓了叶片衰老,增强高粱幼苗对低氮胁迫的耐性.因此,喷施外源色氨酸是缓解低氮胁迫的一种潜在策略.
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