2022年1月3日，齊魯工業(yè)大學(xué)夏濤團(tuán)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(dǎo)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(jì)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(yán)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(jī)制。干旱顯著抑制了玉米的生長發(fā)育，但在嚴(yán)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(fù)水后只有14%的植株存活，補(bǔ)加聚谷氨酸的玉米植株也出現(xiàn)嚴(yán)重萎蔫，但復(fù)水后仍有82.64%的植株恢復(fù)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(jìn)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(jìn)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(dǎo)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?zé)晒鈨x（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(dāng)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?zé)晒夥ńY(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(jìn)行觀測和研究。該儀器性價比高，自動化程度強(qiáng)、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(dá)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(jī)制。
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