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耐盐砧木通过调节Na~+吸收和运转提高黄瓜耐盐性的机制研究

雷波  
【摘要】:近年来,随着设施栽培的迅速发展,设施内土壤盐渍化日趋严重,成为限制设施栽培发展的主要障碍。黄瓜是设施内栽培的主要蔬菜之一,其耐盐性较弱;但南瓜是相对耐盐的蔬菜作物,本课题组之前的研究表明,耐盐南瓜砧木嫁接可以提高黄瓜的耐盐性,其根本原因在于耐盐砧木具有较强的限制Na+从地下部向地上部运输的能力,但是其调节Na+吸收和运输的机制尚不清楚。本研究以盐敏感黄瓜、耐盐南瓜砧木、黄瓜自嫁苗和嫁接苗等为材料,采用X-射线微区分析、非损伤微测以及基因表达分析等技术,研究了NaCl处理下耐盐砧木嫁接植株和自嫁植株Na+吸收和转运的差异,以期为阐明耐盐砧木嫁接提高黄瓜耐盐性提供理论依据。本研究-主要结果如下: 1.以耐NaCl胁迫能力弱的津春2号(Cucumis sativus L.)黄瓜为接穗,耐NaCl胁迫能力强的超级拳王(Cucurbita moschata Duch.)南瓜为砧木,黄瓜和南瓜自根苗为对照,利用X-射线微区分析技术,研究了黄瓜和南瓜以及嫁接苗在0和90mMNaCl处理时不同组织中离子的相对含量。结果表明,NaCl处理后南瓜自根苗和黄瓜嫁接苗地下部Na+的相对含量比黄瓜高,地上部分Na+的相对含量比黄瓜低而K+和Ca2+的相对含量比黄瓜高。南瓜自根苗和黄瓜嫁接苗根系皮层的Na+相对含量高于黄瓜自根苗,但是中柱中Na+相对含量低于黄瓜自根苗,南瓜及嫁接苗通过其根系皮层较强的控制Na+向木质部的装载的能力,降低了地上部分Na+的含量。 2.以津春2号黄瓜和超级拳王南瓜为材料,测定了NaCl处理后南瓜和黄瓜不同组织中Na+的浓度,结果显示南瓜地下部Na+浓度较高,而地上部Na+浓度较低。采用非损伤微测技术(NMT)研究了NaCl处理对黄瓜和南瓜茎横切面Na+、K+流速的影响,以及NaCl、Na+H+向转运蛋白抑制剂阿米洛利、质膜H+-ATPase的抑制剂钒酸钠处理对黄瓜和南瓜根系Na+、K+、H+流速的影响。结果表明,南瓜根系比黄瓜储存Na+的能力强,同时南瓜从地下部向地上部Na+运输速率比黄瓜小,而从地上部分向地下部分Na+流速比黄瓜大,而且南瓜根系有较强的排出Na+和吸收H+的能力,抑制剂处理显著抑制了Na+的排出和H+的吸收,说明Na+的排出是受质膜Na+/H+反转运系统调控的,此结果为解析黄瓜和南瓜Na+从地下部向地上部运输的差异提供了直接证据。 3.以津春2号黄瓜为接穗,超级拳王南瓜为砧木,黄瓜自嫁植株为对照,对嫁接黄瓜在0和90mM NaCl处理下植株的生长、Na+浓度、质膜和液泡膜H+-ATPase、液泡膜H+-PPase活性及其编码基因的转录水平进行了研究。结果表明,NaCl胁迫抑制了黄瓜自嫁和嫁接植株的生长,提高了自嫁和嫁接植株地上部和地下部Na+浓度,但黄瓜嫁接植株受抑制程度较轻。NaCl处理提高了黄瓜自嫁和嫁接植株根系质膜和液泡膜H+-ATPase和液泡膜H+-PPase勺活性,影响了编码酶的相关基因的表达水平。但是耐盐砧木嫁接可维持其根系较高的质膜和液泡膜]H+-ATPase、液泡膜H+-PPase活性,编码质膜和液泡膜H+-ATPase基因的调节可能发生在转录后水平,而编码液泡膜H+-PPase的基因的调节可能发生在转录水平。 4.以津春2号黄瓜为接穗,超级拳王南瓜为砧木,黄瓜自嫁植株为对照,进行以下处理:(1)CK(对照):营养液;(2)Ca:10mM Ca(N03)2+营养液;(3)NaCl:90mM NaCl+营养液;(4)NaCl+Ca:90mM NaCl+10mM Ca(N03)2+营养液,研究了Ca2+对NaCl处理时黄瓜自嫁和嫁接植株的生长、离子积累以及质膜H+-ATPase活性和其编码基因表达的影响。结果表明,添加Ca(N03)2处理缓解了NaCl处理对植株的生长抑制,显著提高了地上部K+和Ca2+的浓度,降低了Na+的浓度,对NaCl处理时黄瓜嫁接植株的缓解作用更显著。黄瓜嫁接植株通过其较敏感的Ca2+响应途径维持了较高的质膜H+-ATPase活性和PMA以及SOS1的表达,以及较强的限制Na+和调节K+和Ca2+从地下部向地上部运输的能力,具有较强的维持离子平衡的能力,表现出较强的耐盐性。 5.以津春2号黄瓜为接穗,超级拳王南瓜为砧木,进行以下处理:(1)CK(对照):营养液;(2)K:10mM KN03+营养液;(3)NaCl:90mM NaCl+营养液;(4)NaCl+K:90mM NaCl+10mM KN03+营养液,研究了K+对NaCl处理下自嫁和砧木嫁接植株的生长、离子积累的影响。结果表明,添加KN03处理显著提高了地上部分的K+和Ca2+浓度,降低了Na+的浓度,提高了K+/Na+和Ca2+/Na+,嫁接植株具有较强的K+、Na+选择性,具有较强的维持离子平衡的能力,从而缓解了NaCl处理对植株生长的抑制作用,表现出较强的耐盐性。 总之,本研究结果表明,与耐盐性弱的黄瓜相比,耐盐南瓜砧木根系具有较强的限制Na+向中柱运输、限制木质部Na+的装载、以及根系较强的Na+外排能力,是耐盐南瓜砧木嫁接黄瓜后能维持地上部分较低的Na+浓度,具有较强耐盐性的主要原因。嫁接和自嫁黄瓜Na+外排受质膜Na+/H+逆向反转运系统调控,较强的质膜质子泵活性、Na+/H+逆向反转运能力,是嫁接黄瓜Na+外排能力强的重要原因。


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