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盐碱胁迫下两个菊芋品种生理特征及钙的调控效应

薛延丰  
【摘要】: 土壤盐渍化是影响农业生产以及生态环境的一个全球性问题。因此,如何改良和利用盐渍化土壤已成为各国政府和人民关注的热点问题。大量研究证明,生物学措施,特别是引种经济型耐盐植物,是解决土壤盐渍化问题最有效的措施之一。目前世界淡水资源日渐枯竭,尤其是我国已被列入全球12个严重贫水的国家之一,但是我国是一个海洋大国,海水资源丰富。因此,开发利用海水资源可以有效缓解水资源危机。本文选择了‘南芋1号'和‘南芋2号'(以下简称为‘1号'和‘2号')两个菊芋品种,首先利用不同浓度NaCl(0、50、100、150 mmol L~(-1))和Na_2CO_3(0、25、50、75 mmol L~(-1))对其进行胁迫处理,研究了NaCl和Na_2CO_3胁迫对‘1号'和‘2号'的形态结构、微观结构以及生物量、根系活力、活性氧含量、抗氧化酶活性、叶绿素含量、光合作用参数、叶绿素荧光参数等生理生化指标的影响,去筛选抗盐品种,从而为充分合理的利用盐碱土壤提供理论依据。其次利用不同浓度海水(0、10%、20%、30%)对其进行浇灌,研究海水对‘1号'和‘2号'的胁迫作用。然后以‘2号'为材料,进一步研究了Ca~(2+)对Nacl胁迫下菊芋生物量、离子分布、抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和荧光参数的影响,以探索外源Ca~(2+)对缓解植物盐胁迫下光合作用下降的作用机制。最后以‘2号'为材料,利用不同浓度Ca~(2+)对30%海水处理下的菊芋幼苗进行调控,研究其对海水的利用程度。主要结果如下: 1.通过砂培试验比较了‘1号'和‘2号'两个菊芋品种苗期对盐碱的忍耐程度。结果表明,‘1号'在低浓度的NaCl胁迫下,对其生长无显著性影响,具体表现为,与对照相比,生物量无显著性变化,相对生长速率和根系活力增大,根冠比增加,根、茎和叶片中离子浓度不变。当NaCl浓度达100 mmol L~(-1)以上时,随着浓度的增加生物量显著降低,其原因主要是随着盐浓度的增加,活性氧含量增加,抗氧化酶不能及时清除活性氧,从而导致叶绿体遭到破坏,MDA含量和相对电导增加,进而影响光合作用的进行。对于‘2号'而言,在低浓度NaCl胁迫下,其生物量显著降低,活性氧含量、MDA含量和相对电导显著增加,叶绿体受到严重损伤,抗氧化酶活性和光合作用急剧下降。且随着NaCl浓度的增加,胁迫程度加剧。因此,‘1号'的耐盐性大于‘2号'。 在Na_2CO_3胁迫下,无论是‘1号',还是‘2号',随着浓度的增加,其生物量、离子分布、活性氧含量、抗氧化酶活性以及光合机构与对照相比均受到显著的影响;但在相同浓度Na_2CO_3胁迫下,‘2号'受到的影响小于‘1号',说明‘2号'具有一定耐碱性。在相同Na~+条件下,进行对比,发现这两个品种的耐盐性均大于耐碱性。 2.在0%-20%海水处理下,‘1号'的生物量、抗氧化酶活性、叶绿素含量、光合作用参数、叶绿素荧光参数等生理生化指标随着海水浓度的增加而增加,根系活力并没有受到明显的影响,叶绿体结构没有发生明显改变,活性氧含量虽然有所增加,但被增加的抗氧化酶及时清除,从而保护了细胞膜。随着海水浓度的继续增加,‘1号'的生物量、抗氧化酶活性等显著降低,活性氧含量、脯氨酸含量显著增加,而叶绿素含量、光合作用参数、叶绿素荧光参数等生理生化指标并没有发生显著的变化。而‘2号'仅能在低浓度10%海水处理下正常生长,随着海水浓度的继续增加,各个指标均发生显著的改变。‘1号'和‘2号'相比较,在相同浓度的海水胁迫下,‘1号'受到的伤害要小于‘2号',由此说明‘1号'对盐的忍耐程度高于‘2号',能够利用较高浓度的海水。 3.在150 mmol L~(-1) NaCl胁迫条件下,外施10 mmol L~(-1)的Ca~(2+)可有效防护胁迫所致的氧化损伤,通过维持较高的抗氧化酶活性,抑制脂质过氧化作用,使叶片在盐胁迫条件下,维持较高的PSⅡ的电子传递强度(Fm/Fo)、PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)、PsⅡ量子效率(φPSⅡ)、光化学淬灭系数(qP)、Pn和较低的非光化学淬灭系数(NPQ),有利于物质积累从而使生物量增加。这主要归因于Ca~(2+)可以在一定程度上弥补盐胁迫导致Ca~(2+)亏缺造成的离子失衡,使植物体维持较正常的生理活动,稳定细胞膜结构,维持体内离子吸收平衡,保护光合机构。 4.在30%海水处理下,‘2号'菊芋的正常生理代谢明显受到抑制;当施入钙离子后,盐对菊芋幼苗的胁迫不同程度降低,其中以10 mmol L~(-1)的Ca~(2+)效果最好,可有效防护胁迫所致的氧化损伤,从而维持较高的抗氧化酶活性,抑制脂质过氧化作用,使叶片在盐胁迫条件下,维持较高的Fm/Fo、Fv/Fm、φPSⅡ、qP、Pn、Gs和较低的NPQ。从而证明,外源Ca~(2+)能够增加不耐盐品种菊芋对海水的利用程度。


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