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阿拉善特有植物长叶红砂耐盐机理的研究

薛焱  
【摘要】: 植物的耐盐机制的研究一直是植物研究领域的一个热点问题。植物的耐盐机理相当复杂,不同的植物在适应环境的过程中,形成了自己独特的适应性特征。本实验对东阿拉善-西鄂尔多斯特有双子叶植物---长叶红砂(Reaumuria trigyna Maxim.)的耐盐机理进行了研究和探讨,所得结论如下: 1.长叶红砂在非盐渍化土壤(盐分<0.1%)、盐渍化土壤(盐分在0.1~0.3%之间),重盐土中(盐分在0.5~1.0%之间)都能完成生活史,且长叶红砂的叶片和嫩茎上均具有盐腺,说明长叶红砂是一种泌盐盐生植物。 2.长叶红砂的盐腺属典型的多细胞盐腺,由8个细胞组成,基部2个属收集细胞,外侧6个属分泌细胞,6个分泌细胞两两成对紧密排列,形成3列,内层的2个分泌细胞与2个收集细胞相连接,收集细胞从叶肉细胞中收集盐分并运送到分泌细胞,盐腺腺体除最内部细胞和基层下部细胞之间的渗入区域一小部分外,几乎全部被有一层厚的角质层。长叶红砂通过叶片的肉质化、叶表角质化、叶肉细胞排列为环形栅栏组织和茎、叶气孔下陷等形态结构的适应而降低蒸腾作用,通过茎、叶上的盐腺将侵入体内的多余的盐分排出体外,使其在盐渍化土壤或重盐土中生活。 3.盐腺分泌特点表现为:盐腺分泌的离子种类与生存的土壤环境、植物体内离子种类一致,但Na~+、Cl~-的分泌量大,K~+、Mg~(2+)等的分泌量小;分泌的日变化表现为上午高于下午,白天高于夜间,而且白天中受大气相对湿度的影响,从早到晚分泌量表现出降低的趋势。这些结果说明在外界环境因素的调节下,长叶红砂通过盐腺的选择性分泌使植物体内保持适当的盐分和养分浓度以适应盐渍生境。 4.种子萌发实验显示:种子萌发的适宜温度为20~25℃。温度高于25℃时,温度越高,萌发率越低;在25℃下,浓度低于100 mM的NaCl对种子萌发的影响不大,但高于150 mM时,NaCl下种子的萌发率随NaCl浓度的增高而下降,直至0,说明长叶红砂种子萌发期间对土壤含盐量有一定要求,在土壤盐分含量高的生境中,植物的更新会受到一定的影响;NaCl溶液处理9 d的未萌发种子转移至蒸馏水中后,经高浓度NaCl胁迫(200~500 mM)处理的种子萌发恢复率约为90%,且在1~2 d内即迅速萌发。利用这个特点,先用高浓度的盐溶液处理种子,之后播种,可提高种子的萌发速度和整齐度。 5.以不同浓度NaCl溶液胁迫30天的长叶红砂植株为材料,对其生长发育的研究结果显示:一定浓度的NaCl可以促进长叶红砂幼苗的牛长,200 mM浓度的NaCl是长叶红砂幼苗生长的最适浓度,比种子的耐盐半致死浓度148.107 mM要高,显示长叶红砂幼苗耐盐的能力比种子要强。说明盐渍环境对幼苗生长的影响不大,使长叶红砂成为残遗种、局限分布和更新速度缓慢主要与长叶红砂种子萌发阶段对盐分的要求低,而盐渍环境造成种子萌发困难有关。 6.对不同浓度NaCl溶液胁迫30天的长叶红砂植株的抗氧化系统的活动和渗透调节能力的研究显示:(1)长叶红砂的相对耐盐力与高的抗氧化酶活性和谷胱甘肽含量,低的MDA含量、相对电导率相关。说明对长叶红砂的抗盐能力而言,限制氧化性的损害是重要的;(2)长叶红砂主要通过Na~+和Cl~-、可溶性糖、脯氨酸及可溶性蛋白等进行渗透调节,而不依赖游离氨基酸、有机酸及K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)等离子进行渗透调节。 7.利用mRNA差异显示(DDRT-PCR)技术,将正常生长和用400mM NaCl处理48 h的长叶红砂的mRNA逆转录合成cDNA,然后在6%变性聚丙烯酰胺凝胶上分离。从凝胶上回收到了80个差异条带的克隆,经Reverse Northern斑点杂交验证,获得了5个阳性克隆,对其进行测序,使用blast工具将测序结果与GenBank数据库中的资料进行序列比对。初步结果为:得到5条长叶红砂特异表达基因的cDNA序列,长度分别为386bp,481bp,495bp,369bp和278bp,它们都与已知序列同源性低,可能是与长叶红砂耐盐相关的新基因,耐盐相关cDNA片段的获得,将为分离全长耐盐基因,搞清该基因表达调控的机理提供条件。 根据以上研究结果认为长叶红砂体内具有多种耐盐途径,主要可以归纳为:1)盐腺的分泌活动;2)适应盐渍环境的茎、叶结构特征;3)良好的生理适应性;4)盐胁迫相关基因的表达。综合以上结果分析认为长叶红砂的耐盐绝不仅仅是盐腺的泌盐作用,而是多种耐盐途径综合作用而使长叶红砂能够适应荒漠盐渍的生存环境。


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