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《山东农业大学》 2012年
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钙对酸化处理下平邑甜茶根系形态及生理生化特性的影响

张召  
【摘要】:由于不合理的农业施肥、环境污染以及酸雨沉降等原因,中国土壤呈现出大规模的酸化。土壤酸化面积已超过国土面积的20%,随着工农业生产的不断发展,其酸化状况逐步恶化。钙是植物生长发育所必需的大量元素,是偶联胞外信号与胞内生理反应的第二信使,在调节植物细胞对逆境反应和逆境适应性过程中发挥着重要作用。本实验以平邑甜茶为试材,通过调节根区营养液的pH,研究根区酸化以及外源钙对其根系形态、生理生化特性的影响,旨在探讨根区酸化对平邑甜茶根系的伤害机理,以及钙在酸化条件下的生理功能及作用机理,为进一步揭示土壤酸化危害植物的机理奠定基础。 将平邑甜茶(Malus hupehensis var. pingyiensis)幼苗根系分别置于pH4、pH4.5、pH5和pH6(对照)的1/2Hoagland营养液及3个钙离子浓度梯度(10、20、30mmol·L~(-1))的pH4、pH4.5和pH5的1/2Hoagland营养液中,于第4、8、12天利用专业版的WinRHIZO2007根系分析软件测定根系各参数指标。将幼苗分2组分别置于pH3、pH4、pH5和pH6(对照)的1/2Hoagland营养液及3个钙离子浓度梯度(10、20、30mmol·L~(-1))的pH3、pH4和pH5的1/2Hoagland营养液中,于第0、2、3、4天分别测定抗氧化酶活性及线粒体指标。主要研究结果如下: (1)酸化处理下,平邑甜茶幼苗根系的根系总长度、主根长度、侧根长度均显著下降,且随着酸化强度的增加及处理时间的延长,侧根长度下降幅度最大,与主根相比,侧根更易受到酸化抑制。平邑甜茶幼苗根系的分形维数、平均直径、表面积、体积均显著下降,且具有明显的剂量效应,酸化强度越大,下降越明显。平邑甜茶幼苗根系的根系组成发生明显变化,随着酸强度的增加及处理时间的延长,0<D≤0.5mm细根所占的比例下降,0.5<D≤1.5mm的中等粗度的根系所占的比例提高,即酸化处理主要抑制了细根的生长,降低了细根所占的比例,影响了根系的组成。 (2)酸化处理使得平邑甜茶根系抗氧化酶活性呈现先上升后下降的趋势,各处理的SOD、CAT酶活性在处理的第2天达到最大值,POD酶活性变化不一,pH3与pH4处理在第2天达到最大值,pH5处理在第3天达到最大值。 (3)酸化处理促进了MPTP开放,线粒体Δψm不断下降,根系线粒体Cyt c/a降低,H_2O_2含量先降低后升高,线粒体呼吸Ⅲ态明显下降,呼吸Ⅳ态明显升高,呼吸控制率显著下降,P/O比值下降,酸度越强,伤害越严重。 (4)在酸化处理下,低浓度Ca~(2+)(10、20mmol·L~(-1))缓解不同酸化强度对根系形态构型的抑制,但效果并不显著;高浓度的Ca~(2+)(30mmol·L~(-1))处理会加重对其根系构型的改变。 (5)在酸化处理下,低浓度Ca~(2+)(10、20mmol·L~(-1))能够明显诱导抗氧化酶(SOD、CAT、POD)的活性,而高浓度的Ca~(2+)(30mmol·L~(-1))加重了对抗氧化酶(SOD、CAT、POD)的胁迫。 (6)与单独酸化处理相比,低浓度的Ca~(2+)(10mmol·L~(-1)和20mmol·L~(-1))能够抑制MPTP开放,Δψm的下降,Cyt c的流失,线粒体H_2O_2的积累,线粒体呼吸作用的减弱,而较高浓度的Ca~(2+)(30mmol·L~(-1))对线粒体功能的破坏与H_2O_2的积累则有促进作用。
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S661.1

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