シリコンの葉面散布は、ダイズ（Glycine max (L.) Merr.）のリグニン生合成遺伝子を制御することで、低光ストレス下での茎の強度を向上させる

Foliar application of silicon improves stem strength under low light stress by regulating lignin biosynthesis genes in soybean (Glycine max (L.) Merr.).

• Sajad Hussain
• Li Shuxian
• Maryam Mumtaz
• Iram Shafiq
• Nasir Iqbal
• Marian Brestic
• Muhammad Shoaib
• Qin Sisi
• Wang Li
• Xu Mei
• Chen Bing
• Marek Zivcak
• Anshu Rastogi
• Milan Skalicky
• Vaclav Hejnak
• Liu Weiguo
• Yang Wenyu

抄録

大豆の耐宿根性を改善するために、0,100,200,300 mg kg の濃度のシリコン（Si）溶液を育苗期に散布した。生育初期および後期の植物のさまざまな部分における Si の蓄積、葉の光合成パラメータとクロロフィル含量、茎の耐屈曲性、リグニン生合成の遺伝子の発現と関連する酵素活性、樹液流量を測定した。Siがどのようにして生育と日陰耐性を向上させ、耐宿根性を高め、光合成を向上させるのか、その潜在的なメカニズムを分析し、農業におけるSi添加剤の使用のための理論的な基礎を提供した。Siを200 mg kg施用したところ、大豆の純光合成率は日照下で46.4 %、日陰下で33.3 %増加した。Siの施用は、葉のクロロフィル含量、葉の鮮度重量を増加させ、葉面積を減少させ、気孔コンダクタンスを増加させて光合成を促進させた。また，ペルオキシダーゼ（POD），4-クマール酸CoAリガーゼ（4CL），シンナミルアルコール脱水素酵素（CAD），フェニルアラニンアンモニアリアーゼ（PAL）の活性は生育前後で上昇したが，Siはリグニン蓄積量を増加させ，ロッジングを抑制した。これらの結果から、Siは植物の細胞壁成分の組成に影響を与え、その多くは非セルロース系ポリマーとリグニンの結合を変化させることであると結論づけた。Siの応用による細胞壁ネットワークの改変は、間作における遮光ストレスを軽減するための有用な戦略となりうる。

In order to improve soybean's resistance to lodging, silicon (Si) solutions at concentrations of 0,100, 200,300 mg kg were applied during the seedling stage. The Si accumulation in different parts of the plants, the photosynthetic parameters of leaves and chlorophyll content, the stem bending resistance, the expression of genes of lignin biosynthesis and associated enzyme activity and sap flow rates were measured at early and late growth stages. The potential mechanisms for how Si improve growth and shade tolerance, enhances lodging resistance and improves photosynthesis were analyzed to provide a theoretical basis for the use of Si amendments in agriculture. After application of Si at 200 mg kg, the net photosynthetic rate of soybeans increased by 46.4 % in the light and 33.3 % under shade. The application of Si increased chlorophyll content, and fresh weight of leaves, reduced leaf area and enhanced photosynthesis by increasing stomatal conductance. The activity of peroxidase (POD), 4-coumarate:CoA ligase (4CL), cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD) and phenylalanine ammonia-lyase (PAL) increased during pre-and post-growth periods, whereas Si also increased lignin accumulation and inhibited lodging. We concluded that Si affects the composition of plant cell walls components, mostly by altering linkages of non-cellulosic polymers and lignin. The modifications of the cell wall network through Si application could be a useful strategy to reduce shading stress in intercropping.

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