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不同基因型冬小麦对钠、钾离子吸收及耐盐机制研究

李青松  
【摘要】:本文以NR9405(暖型)、小偃6号(中间偏冷型)、陕229和RB6(冷型)等4个不同温度型冬小麦品种为供试材料,通过水培试验,采用质外体荧光染料PTS(trisodium-8-hydroxy-1,3,6-pyrenesulphonate)示踪法研究了质外体和共质体途径,应用各种离子载体抑制剂、离子通道阻断剂、钙调素抑制剂和钙离子螯合剂等药理学方法研究了盐(NaCl)胁迫下各种膜运输蛋白和钙及钙调蛋白活性等对冬小麦幼苗盐分吸收和累积影响;并初步探讨了不同温度型冬小麦耐盐性差异的内在机制。主要研究结果如下: 1.盐胁迫下蒸腾作用对冬小麦地上部Na+积累的影响 蒸腾耗水量与地上部Na积累的关系因盐胁迫浓度的不同而异。中盐(150mmol/L NaCl)胁迫下,蒸腾耗水量与地上部Na的积累量关系不大;高盐(250mmol/L NaCl)胁迫下蒸腾耗水量与Na的积累量呈显著正相关。盐胁迫下,地上部PTS含量与地上部Na积累量有着极显著的正相关,并随盐浓度提高和胁迫时间延长相关性增加。随盐胁迫浓度的提高,所有供试小麦品种的蒸腾耗水量和蒸腾速率下降,Na积累量、Na积累速率、胞内Na浓度和共质体流Na浓度等上升;随胁迫时间延长,供试小麦品种的蒸腾耗水量、Na积累量、胞内Na浓度上升,共质体流中Na浓度、Na的积累速率明显下降。无论盐胁迫与否,NR9405(暖型)和小偃6号(中间偏冷型)的蒸腾耗水量和蒸腾速率均小于陕229(冷型)和RB6(冷型);蒸腾耗水量大,带走的热量多,是冷型小麦冠层温度低于暖型小麦的主要原因。在高盐环境中,质外体流对Na+的吸收积累具有重要影响,质外体流越大,地上部的Na+吸收积累越多。盐胁迫下高的蒸腾速率导致地上部盐分的快速积累对小麦耐盐是不利的。 2.不同基因型冬小麦Na+吸收动力学特征及其耐盐性 冬小麦幼苗对Na+的吸收可分为两个阶段。盐浓度在低盐(50~80mmolL-1 NaCl)时,NR9405、小偃6号、陕229和RB6等4种冬小麦的Na+吸收动力学参数Vmax分别为0.50、0.30、0.58、0.55 Na+mgg-1h-1,Km分别为18.50、3.89、70.90、30.68 Na+mmolL-1;在中、高盐(50~80mmolL-1 NaCl)时,4种冬小麦的Vmax分别为1.81、1.56、2.11、2.11 mgg-1h-1,Km分别为107.20、70.29、121.06、102.67 Na+mmolL-1。在低盐环境中冬小麦对Na+的排斥率为90%左右,而在高盐环境中对Na+的排斥率只有50%~60%。低盐胁迫下小偃6号和NR9405对Na+的吸收速率较陕229和RB6高50%,Na+的排斥率品种间相差不大;在中、高盐胁迫下陕229和RB6对盐分吸收累积速率较小偃6号和NR9405高15%,而后者对Na+的排斥率较前者高10%。高盐胁迫下高的Na+吸收速率和低的Na+排斥效应可能是陕229和RB6不耐盐的重要原因。 3.钙离子及钙调蛋白对不同基因型冬小麦盐分吸收与累积的影响 在中盐胁迫下钙调蛋白抑制剂(CPZ)、钙离子通道抑制剂(LaNO3)和钙离子螯合剂(EGTA)均显著增加了小麦植株对Na+的吸收,减少了K+吸收,其中CPZ作用最大,EGTA次之,LaNO3作用最小。说明Ca2+对Na+吸收的调节主要是通过CaM而发挥作用的;钙调蛋白(CaM)不但控制小麦Na+净吸收和累积,而且在小麦K+吸收中也起重要作用。中盐胁迫下,各种制剂对陕229和RB6盐分吸收的影响大于小偃6号和NR9405,而高盐胁迫下这种差异缩小。说明陕229和RB6对Ca2+和CaM活性的要求要大于小偃6号和NR9405,在盐胁迫下,小麦对Ca2+和CaM活性的需求增加。 4.非选择性阳离子通道(NSCCs)对不同基因型冬小麦Na+、K+吸收的影响 盐胁迫下,非选择性阳离子通道抑制剂奎宁(Quinine)显著增加小麦植株地上部Na+含量、减少了根部Na+含量,促进了Na+从根部向地上部的转运;同时也减少了小麦植株地上部和根部K+含量,抑制了小麦对K+的吸收,却促进了K+从根部向地上部的转运。说明NSCCs在Na+、K+吸收和由根系向地上部运输过程中起重要作用。焦碳酸二乙酯(DEPC)对冬小麦Na+、K+的吸收和转运没有影响。中、高盐胁迫下,奎宁使小偃6号和NR9405地上部Na+含量增加的幅度均大于陕229和RB6。中盐胁迫下,奎宁使陕229和RB6根部Na+含量的降的幅度大于小偃6号和NR9405,高盐胁迫下结果则刚好相反;盐胁迫下,陕229和RB6的根部K+含量下降幅度大于小偃6号和NR9405。说明在不同盐胁迫下,NSCCs对各基因型小麦的Na+、K+吸收贡献不同。在中盐胁迫下NSCC对小偃6号和NR9405的Na+吸收贡献大,在高盐情况下,则对陕229和RB6的贡献大于小偃6号和NR9405。盐胁迫下,NSCCs对陕229和RB6的K+吸收的贡献大于小偃6号和NR9405。 5.钾运输蛋白在冬小麦K+、Na+吸收中作用 在非盐高钾(3mmol/L KCl)情况下,K+吸收竞争性抑制剂(Cs+)和K+通道抑制剂(TEA)及其混合抑制剂均抑制了小麦对K+的吸收,Cs+的抑制效应大于TEA。在非盐低钾(0.5mmol/L KCl)情况下,Cs+显著降低了小麦K+含量,而TEA对K+含量没有影响。中盐胁迫下,Cs+和TEA显著降低了小麦K+含量;Cs+和TEA对小麦K+吸收的抑制效应相当。在高盐处理下,植株体内的K+含量不受Cs+和TEA的影响。说明在非盐环境下,外界高钾情况下,小麦通过高亲合与低亲合两种途径吸收K+,在低钾条件下通过高亲合系统吸收K+。在中盐环境中,不论钾含量高低,两条途径均参与了钾离子吸收;在高盐环境中跨膜吸收途径对钾离子吸收的调控作用大大降低。 在非盐高钾处理下低亲合力系统对NR9405的贡献大于RB6;低钾处理下,NR9405主要通过高亲合系统吸收K+;而RB6既通过高亲合系统吸收,也低亲合系统吸收K+。中盐环境中,NR9405钾吸收系统较RB6活跃,Cs+、TEA和混合抑制剂对NR9405的抑制效果大于RB6。高盐条件下NR9405通过两种钾吸收系统吸收少量K+,而RB6对钾吸收可能另有途径。 非盐高钾情况下,NR9405对Na+的吸收不通过钾吸收系统,而RB6的Na吸收有一部分通过钾吸收途径。在低钾条件下两种基因型小麦均可通过钾吸收系统吸收Na+。在中高盐环境中,高钾条件下NR9405能通过低亲合系统吸收部分Na+;在低钾处理下两种钾系统均参与NR9405的Na+吸收;RB6则通过其它途径吸收Na+。说明两种不同基因型小麦对K+、Na+的具有显著差异。 6. Na+/H+反向运输蛋白对冬小麦Na+、K+吸收的影响 在150~250mmol/L NaCl胁迫下,供试小麦地上部Na+含量随Na+/H+反向运输蛋白抑制剂氨氯吡嗪咪(Amiloride)处理浓度的增加,均呈上升趋势,而根部Na+含量均呈下降的趋势;小麦地上部和根部K+含量均呈下降趋势。说明Na+/H+反向运输蛋白不但参与根系Na+的排泄与细胞内区隔化,而且参与K+吸。150~250mmol/L NaCl胁迫下,NR9405、陕229和RB6根部的Na+因Na+/H+反向转运蛋白抑制剂的加入而显著下降,小偃6号根部Na+不受抑制剂影响。Na+/H+反向转运蛋白对小偃6号、陕229和RB6等的K+吸收的调节作用较大,而NR9405的K+吸收受Na+/H+反向转运蛋白影响较小。说明不同基因型小麦根系中Na+/H+反向运输蛋白的活性与作用是有差异的。


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