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硫化氢对铝胁迫下油菜生长的影响及调控机理研究

钱萍  
【摘要】:全世界大约有30%的可耕地为酸性土壤。在中国,酸性土壤遍及南方15个省区,总面积占全国土地总面积的22.7%。铝毒被认为是酸性土壤中限制作物生长的主要障碍因子,严重制约农业的可持续发展。解决土壤酸铝问题,对提高全球作物产量具有重要意义。H2S作为一种新型的信号分子,已被证明参与调节植物的多种生理过程。 为探究外源H2S对油菜是否有缓解铝毒作用,本研究以甘蓝型油菜品种浙双758(Brassica napus L. cv. Zheshuang758)为试验材料,对发芽期及苗期油菜幼苗进行了NaHS (H2S供体)和铝(Al3+)的不同浓度处理,研究了外源H2S对铝胁迫下发芽期、苗期油菜苗生长及生理的影响,测定了油菜苗生物量积累等生长指标,Al积累量、活性氧、抗氧化酶活性等生理指标,并观察了叶肉细胞、根尖细胞的超微结构,探讨了H2S缓解铝胁迫对油菜生长影响的机理。所得主要结果如下: 1.实验室试验研究结果显示,铝胁迫对发芽期油菜幼苗的生长产生了明显的抑制作用。具体表现在油菜苗茎、根长减小,生物量积累下降,活性氧产生、膜脂过氧化加剧,茎中Al积累增多,抗氧化酶活性降低。而H2S预处理降低了酸铝胁迫下油菜幼苗叶和根中的MDA和H2O2水平,APX、CAT、SOD、POD和GR等抗氧化酶活性增强。另外,高铝胁迫对油菜幼苗叶肉细胞和根尖细胞超微结构造成严重破坏,叶绿体中类囊体膜降解,基粒片层稀疏,淀粉粒增多。根尖细胞液泡中及细胞壁周围可见Al沉积,细胞器模糊不清。而在同浓度Al3+胁迫条件下,H2S预处理有效缓解了Al3+对幼苗细胞结构的破坏。叶肉细胞结构清晰,叶绿体发育良好,淀粉粒减少。根尖细胞中线粒体、内质网和高尔基体等细胞器再现。 2.温室水培试验结果表明,0.3mM外源H2S可缓解由铝毒造成的根伸长抑制,促进了铝胁迫下油菜苗根长、生物量等多项生长指标的恢复,这可能与H2S处理下铝在油菜苗体内积累的减少密切相关。外源H2S还通过减轻铝胁迫对叶绿素含量下降的影响,从而缓解了铝对油菜光合作用的抑制。铝胁迫下油菜叶和根中O2-、H2O2和MDA积累增多,外源H2S通过激活抗氧化酶系统活性,促进了油菜苗对活性氧的清除,减轻了铝诱导的氧化胁迫损伤。高浓度铝处理时,叶肉细胞中线粒体双层膜开始解体,部分线粒体呈透明状,嵴突数量减少,根尖细胞产生了较严重的变形,出现了轻微的质壁分离现象,细胞内外壁以及细胞内部均存在一定量的黑色沉积物,细胞壁变薄且表现出犬齿状的变形。细胞内部结构模糊,细胞器解体。外源添加H2S后,油菜叶肉细胞叶绿体形状、基质密度和基粒结构等得到明显恢复,根尖细胞排列整齐,线粒体数量明显增多,高尔基体、内质网等细胞器逐渐恢复其正常结构。 通过水培试验研究发现,外源H2S能有效减轻Al3+对植物生长与生理以及超微结构等的伤害,提高油菜对铝毒胁迫的适应性,增强铝胁迫下油菜幼苗的存活能力。


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