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不同基因型玉米对盐胁迫的敏感性及耐盐机理研究

商学芳  
【摘要】: 盐的主要成分及衡量指标之一是钠。钠是大多数C4植物和CAM植物生长所必需的微量元素,对许多C3植物的生长也是有益的。但盐分浓度过高,又会对作物造成水分胁迫、离子胁迫、膜脂过氧化、生理紊乱等多种伤害,而作物自身又会产生对胁迫的适应。盐胁迫对作物的伤害以及作物的耐盐机理在不同基因型中表现不同。本试验于2004-2007年在山东德州农科所良种场的盐碱试验田、盐池,德州学院生物系重点实验室和测试中心,山东农业大学作物生物学重点实验室以及国家地质实验测试中心,用大田、盐池、实验室沙培和水培等多种试验方法,系统研究分析了NaCl胁迫下,玉米耐盐生理机制及不同基因型差异。2004和2005年,选用25个推广的玉米杂交种为材料,用大田种植的方法,对不同基因型的耐盐能力和盐胁迫下的产量进行了分析。2005年和2006年,在大田种植的基础上选出6个耐盐特性不同的杂交种于盐池中在不同盐浓度下继续种植,对耐盐能力、产量作了进一步分析。2006年和2007年在盐池种植的基础上,进一步在6个杂交种中选出2个耐盐能力不同的杂交种于实验室内用沙培和水培的方法,进行NaCl胁迫下各种生理生化分析。主要研究结果如下: 1盐胁迫对不同基因型玉米叶片光合生理特性和产量的影响 通过大田种植和实验室NaCl长期胁迫,观测光合特性、生长量、产量,对不同基因型玉米进行了耐盐性鉴定和盐胁迫下的产量进行了分析。试验结果表明,玉米是盐敏感作物,盐胁迫下,生长受到明显抑制,净光合速率、叶绿素含量和根系活力明显降低,由此造成生长量减少,株高、叶面积、单株鲜重和单株干重都减少,且对地上部的影响大于对地下部的影响,从而根冠比升高。盐敏感品种浚单18的变化幅度大于耐盐品种登海9号,说明玉米不同品种之间耐盐能力有显著差异,耐盐性是受基因型控制的、可遗传的品种特性。 聚类分析结果表明,在供试品种中,鲁单850和浚单20是耐盐的最优基因型,产量和耐盐指数最高,对照产量亦较高,无论在非盐碱地还是盐碱地上都可以选用;中科4号和豫玉22是较优良的基因类型,产量和对照产量都高,耐盐指数中等偏上,在非盐碱地和中等程度的盐碱地上可以选用;鲁单984和聊玉18也是中等的基因类型,产量、对照产量和耐盐指数都中等偏上,在非盐碱地和中等程度的盐碱地上可以选用;登海9号是耐盐指数最高的基因型,产量和对照产量中等,是中、重度盐碱地上的首选基因型;聊93-1产量也较高,但耐盐能力较差,盐胁迫严重影响了抽雄和花粉数量,在大面积种植单一品种的情况下,由于花粉数量不足,会对产量有较大影响;郑单958是对照产量最高的基因型,但耐盐能力较差,在非盐碱地和轻度盐碱地上可以选用;掖单19产量和耐盐指数都最低,是供试材料中最不耐盐的基因型,盐碱地上最好不要选用。 2盐胁迫对不同基因型玉米离子含量的影响 耐盐性不同的玉米品种在含有不同浓度NaCl(0、50、100、150、200mmolL-1)的营养液中萌发、生长,用等离子质谱测定其萌动种子的种皮、胚、胚乳和幼苗的根、根颈、叶中Na+、K+、Ca2+的含量。结果表明:NaCl胁迫下,玉米体内离子平衡被打破,随着培养液中NaCl浓度的增加,玉米体内Na+含量逐渐升高,而K+和Ca2+的含量逐渐降低。玉米体内Na+含量的变化幅度及绝对含量是:根颈根胚种皮叶胚乳。根颈、根、种皮和叶中Na+的含量,根颈、根和叶中Ca2+的含量都与不同品种的耐盐能力强弱有关。玉米的种皮、根颈和根都具有Na+的累积能力,根颈具有对Na+的截流能力,叶具有拒Na+能力,根Na+含量明显高于地上部分。 3盐胁迫对不同基因型玉米抗氧化酶活性的影响及与产量的关系 试验选用玉米耐盐品种登海9号和盐敏感品种掖单22,在四个不同盐浓度下分析了三叶期、大口期、开花期、灌浆期SOD、POD、CAT活性和MDA含量的变化以及与产量的关系。结果表明,盐胁迫下,三种酶的活性均随盐浓度的增加而提高,达到一定限度又降低;耐盐品种登海9号的抗氧化酶活性高于盐敏感品种掖单22,即酶活性与耐盐性呈正相关;MDA含量低于掖单22,即MDA含量与耐盐性呈负相关。MDA的含量变化说明随盐浓度的增加,玉米细胞膜脂受伤害的程度增加,盐敏感品种的受伤害程度大于耐盐品种。 大口期是SOD和POD活性最高、MDA含量较低的时期,也是玉米最耐盐的时期,此期SOD、POD活性与产量和盐浓度呈显著相关。开花期是SOD活性较低、POD活性最低、MDA含量最高的时期,也是玉米最不耐盐的时期。此期SOD活性与产量和盐浓度的相关不显著。盐胁迫下,影响了植物的生长发育,产量降低,盐浓度与产量呈显著负相关。盐敏感性不同的品种,受影响的程度不同,耐盐指数差异显著。 4盐胁迫下,玉米叶片叶肉细胞生物膜透性和超微结构的变化 耐盐性不同的玉米品种在含有不同浓度NaCl(0、50、100mmolL-1)的营养液中生长,测定细胞膜透性,并利用透射电镜技术对叶肉细胞生物膜超微结构进行了观察。结果表明:NaCl胁迫下,细胞膜透性增加,线粒体数量增多。低盐(50mmolL-1NaCl)胁迫下,叶肉细胞各种膜结构受到轻度损伤;重度盐(100 mmolL-1 NaCl)胁迫下,细胞壁、细胞质膜、核膜、液泡膜、叶绿体、线粒体等各种膜结构都受到破坏,甚至整个细胞溶解消失。上述结果表明,生物膜特别是叶绿体膜结构的破坏与盐胁迫叶肉细胞最终死亡密切相关。 盐胁迫下,玉米叶片叶肉细胞受伤害的程度表现出极大的不同步现象。有的细胞已经完全溶解消失了,而相邻细胞只受到轻微伤害,这种不同步现象在盐敏感品种中表现不突出。 就不同基因型来说,膜透性差别不显著,生物膜的破坏程度盐敏感品种反而较轻。5 5-磺基水杨酸对盐胁迫下玉米种子萌发和幼苗生长的调控 对种子进行发芽试验,研究了NaCl胁迫下5-磺基水杨酸对不同基因型玉米种子萌发及幼苗生长的影响,结果表明:盐胁迫严重抑制了玉米种子萌发和幼苗生长,外施5-磺基水杨酸能够明显缓解盐分的抑制作用,发芽率和发芽指数明显提高,根长和芽长明显增长,随着5-SA浓度的增高,缓解作用也提高,达到一定浓度后又降低,甚至于完全不能发芽。0.1-1.0mmolL-1是促进玉米种子萌发和幼苗生长的最适浓度。高盐时5-SA的最适浓度低,而低盐时的最适浓度高。5-SA对耐盐品种登海9号的促进作用大于盐敏感品种浚单18。 由于盐胁迫对地上部的影响大于地下部,所以,5-SA的缓解作用同样是对地上部的作用大于地下部。 6 NaCl胁迫对不同基因型玉米幼苗地上部有机渗透调节物质含量的影响 以耐盐性不同的玉米基因型为材料,进行NaCl胁迫处理,测定地上部可溶性糖、脯氨酸及游离氨基酸的含量,结果表明:盐胁迫下,玉米地上部可溶性糖和游离氨基酸含量增加,可溶性糖的增幅较低;游离氨基酸的增幅较高,特别是脯氨酸,增幅最高。耐盐品种的增幅和含量绝对值都高于盐敏感品种。


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