2022年1月3日，齊魯工業(yè)大學夏濤團隊在《BMC Plant Biology》發(fā)表了一篇題為《Poly-γ-glutamic acid enhanced the drought resistance of maize by improving photosynthesis and afecting the rhizosphere microbial community》的研究論文。該論文證實了外源施用聚谷氨酸可以顯著提高玉米的抗旱性。
作為阻礙全球作物生產(chǎn)力的主要不利環(huán)境脅迫之一，由于全球氣候變化，干旱脅迫的威脅正在增加。植物的生長發(fā)育需要充足的永分，缺水對作物來說可能是致命的,并導致產(chǎn)量損失。而自干旱脅迫還會引發(fā)一系列其他問題,如水土流失、土地沙漠化、生態(tài)系統(tǒng)破壞等。而玉米是重要的糧食、飼料、能源和工業(yè)原料作物，在全球糧食安全和經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用。玉米的產(chǎn)量一直受到干旱脅迫的嚴重影響。
本項目研究了外源施加聚谷氨酸對玉米耐旱性的影響。研究了聚谷氨酸對玉米(Zea mays.L)抗旱性的影響及其機制。干旱顯著抑制了玉米的生長發(fā)育，但在嚴重干旱脅迫下，聚谷氨酸顯著提高了玉米的干重、ABA、可溶性糖、脯氨酸和葉綠素含量以及光合速率。本項目研究了外源施加聚谷氨酸對玉米耐旱性的影響。
經(jīng)50 mg聚谷氨酸處理的玉米在干旱脅迫7天后表現(xiàn)出更好的表型(圖1A)。如圖1C所示，在干旱7天的條件下，聚谷氨酸處理玉米的干重(0.96 g)顯著高于對照玉米(0.39 g)，說明聚谷氨酸可以緩解干旱脅迫對玉米幼苗生長的抑制作用。在干旱處理7天后還計算了植株的成活率。結(jié)果表明，干旱處理7天后，對照玉米大部分死亡，復水后只有14%的植株存活，補加聚谷氨酸的玉米植株也出現(xiàn)嚴重萎蔫，但復水后仍有82.64%的植株恢復生長(圖1C)。為了分析玉米植株的抗旱性，測定了干旱處理5 d后玉米幼苗的干重、ABA含量、可溶性糖、脯氨酸、葉綠素和光合參數(shù)。此外，與對照組相比，聚谷氨酸處理組的ABA、可溶性糖、脯氨酸和葉綠素含量分別提高了27.46、43.61、108和51.5%(圖1B)。說明聚谷氨酸能促進干旱脅迫下玉米ABA、可溶性糖、脯氨酸和葉綠素的積累。對干旱5 d玉米的凈光合速率也進行了測定，結(jié)果顯示，添加聚谷氨酸的玉米在干旱脅迫下的凈光合速率和氣孔導度顯著高于對照玉米(圖1B)。
研究中測量光合參數(shù)試驗所用到儀器是由北京雅欣理儀科技有限公司自主研發(fā)的葉綠素熒光儀（Yaxin-1105），該儀器是基于公司十余年研發(fā)制造植物生理生態(tài)儀器之經(jīng)驗積累。
該儀器將當前光合生理研究中的兩大常規(guī)方法—CO2氣體交換法和葉綠素熒光法結(jié)合于一體，可以從物質(zhì)和能量兩個角度同時對植物葉片的光合作用現(xiàn)象進行觀測和研究。該儀器性價比高，自動化程度強、重量輕、功耗低、操作簡便。新的設(shè)計理念和多功能的結(jié)合是其顯著的特征。
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本研究通過在土壤中添加聚谷氨酸，評估了干旱脅迫下聚谷氨酸對玉米幼苗生長的影響。此外，通過RNA-seq分析干旱脅迫后玉米葉片的基因表達情況。還研究了外源施用聚谷氨酸后玉米根際微生物群落的變化，初步揭示了外源施用聚谷氨酸改變玉米抗旱性的機制。
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