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《海南大学》 2014年
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缺硼对樱桃萝卜形态结构和生理机制影响的研究

从心黎  
【摘要】:硼(B)是高等植物生长发育必需的微量矿物元素。在高等植物中,B是以水溶性和水不溶性两种形态存在的。水溶性B主要以硼酸形态分布在质外体区域,水不溶性B是构成细胞壁的重要成分之一。细胞壁中两条鼠李半乳糖醛酸聚糖(Rhamnogalacturonan II, RG-II)由B以硼酸形式通过硼酸盐二酯键连接,形成细胞壁果胶多糖的网络,来维持细胞壁的稳定性。B缺乏的情况下直接影响细胞壁的结构,从而干预细胞的扩增和分化,进一步间接地导致各种代谢紊乱,影响植物的生长发育。樱桃萝卜(Raphanus sativus L. var.radculus pers)具有品质细嫩,生长迅速,外形、色泽美观等特点,适于生食,但其对缺硼较敏感,缺硼会抑制樱桃萝卜的生长,导致肉质根出现“糠心”症状,目前关于缺硼导致樱桃萝卜“糠心”,影响樱桃萝卜生长的机理未见报道。 本实验运用水培法,设置缺硼(0.0μ M B)和对照(46.3μ M B)两个不同处理,利用免疫化学方法对RG-II进行定位与分析;运用甲苯胺蓝-O(TBO)染色、过碘酸-希夫氏反应(Periodic acid Schiff reaction, PAS)染色在光学显微镜对樱桃萝卜的显微结构进行观察;在扫描电镜和透射电镜下对其超微结构进行观察;测定RG-Ⅱ的保守糖基3-脱氧-D-甘露-2-辛酮糖酸(KDO)含量、光合参数,抗氧化系统、矿质元素含量等生理指标,并利用高效液相色谱(HPLC)法测定材料中B的含量,从形态结构和生理机制方面探讨缺硼导致樱桃萝卜“糠心”,抑制樱桃萝卜生长的机理。 主要研究结果如下: 1.缺硼使樱桃萝卜的相对生长速率由73.9%下降到39.6%,新叶加厚变小,叶片颜色加深,呈现不规则状。肉质根表现出“糠心”症状。 2.缺硼使细胞壁结合硼含量极显著下降,但RG-II的保守糖基KDO含量在对照和处理之间没有显著差异,免疫荧光的强弱和胶体金颗粒的多寡展示的结果显示缺硼处理和对照之间RG-II的含量没有明显差别。说明缺硼对RG-II的合成影响不大,细胞壁中缺少B,使细胞壁果胶多糖不能形成稳定的网状结构,细胞壁松弛,细胞固有的形状和膨压受到影响;抑制根系的伸长,影响根系对水分的吸收;输导组织遭到破坏,木质部运输水分的能力下降;地上部位功能叶合成的有机物通过韧皮部向肉质根的运输途径受阻,导致肉质根细胞内可溶性糖的含量显著下降;水分供应不足和细胞内含物的显著降低,导致樱桃萝表现为“糠心”症状。 3.缺硼使叶肉细胞变大、变长,细胞间隙变小,气孔下腔变窄,叶肉细胞的细胞壁极显著增厚,叶绿体类囊体膜降解,抑制光合作用的光反应和碳反应的进行;缺硼增加了叶片中可溶性糖的含量,负反馈抑制光合作用的进行。 4.缺硼使气孔保卫细胞的细胞壁松弛,严重影响气孔的开闭,导致叶片的气体交换受阻;缺硼极显著降低了樱桃萝卜叶片的气孔导度、蒸腾速率,显著降低了叶片的光合速率。 5.缺硼降低樱桃萝卜叶片中可溶性蛋白含量、增加MDA含量和叶片的相对电导率、抑制SOD活性和POD活性,说明缺硼降低了清除活性氧自由基的能力,从而使植物体内的活性氧自由基增加、膜质过氧化作用加剧、细胞质膜透性增大、电解质发生不同程度的外渗,进而对植株产生伤害。 6.缺硼处理降低组织中细胞壁结合硼的含量,进而影响了细胞壁的稳定性,导致叶片的结构和成份发生改变,使其pH值下降,铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、锰(Mn)在酸性条件下溶解度增加, pH值的降低使植物对这几种元素的吸收显著增加;这些元素由于其自身的特性参与不同代谢,因此缺硼导致其它元素吸收水平的改变,破坏了各元素之间的平衡,从而导致代谢紊乱而对植物产生伤害。 综上所述,缺硼对樱桃萝卜产生伤害的原因是硼的减少使细胞壁果胶多糖RG-Ⅱ不能与硼充分交联,导致其网络结构的稳定性受到影响,细胞壁松弛。松弛的细胞壁不能维持细胞固有的形状和膨压,导致叶肉细胞增大,细胞间隙变小;保卫细胞不能正常的吸水膨胀和失水收缩,使气孔不能正常的开闭而影响气体的交换以及水分的吸收、运输和扩散,影响植株的光合作用、破坏矿质元素的代谢平衡和抗氧化系统的平衡,最终导致樱桃萝卜“糠心”,影响樱桃萝卜的生长。
【学位授予单位】:海南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:S631.1

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