甘蓝型油菜硼高效生理与细胞壁特性研究

【摘要】： 硼是高等植物所必需的微量元素，缺硼不仅导致作物产量下降，而且会降低作物品质。我国甘蓝型油菜缺硼的现象十分普遍，但不同基因型甘蓝型油菜对缺硼胁迫的反应存在显著差异。因此，通过品种筛选获得硼高效品种，进而对其进行生理生化和遗传学研究，最终通过育种和分子生物学方法获得理想的硼高效品种，是缓解我国硼矿资源缺乏和减少环境污染、提高作物产量和品质的重要措施。自1991年以来王运华等通过对210个甘蓝型油菜品种的筛选鉴定，共获得8个硼高效品种和2个硼低效品种，本试验以典型的硼高效品种青油10号(95090)和硼低效品种Bakow(9141)为材料，研究了不同硼效率甘蓝型油菜细胞壁特性与硼高效生理的关系。主要研究结果如下： 1．营养液培养条件下，苗期缺硼，甘蓝型油菜植株瘦小，叶片皱缩，地上部生长量下降；侧根少且呈现黄褐色，根重、根体积、根长以及根冠比下降；高效品种具有较强的耐低硼胁迫的能力，表现为同等缺硼条件下，对高效品种地上部和根系生长的抑制作用都相对较小，且品种间对缺硼反应差异最大的硼浓度范围为0.001mg／L—0.01mg／L。苔期和花期，缺硼主要影响甘蓝型油菜繁殖器官的形成和发育，营养生长农艺性状的变化规律与苗期相似，品种间对缺硼反应差异最大的硼浓度范围为0.005 mg／L—0.25 mg／L。 2．硼对不同硼效率甘蓝型油菜品种叶绿素含量有不同程度的影响。硼充足的条件下，甘蓝型油菜上部叶色素含量高于下部叶，低效品种Bakow叶片中各色素含量高于高效品种青油10号。苗期，缺硼导致甘蓝型油菜色素含量降低，且高效品种色素含量下降的幅度小于低效品种，表明营养生长阶段，同等程度的缺硼条件下，高效品种叶片对光能的收集能力以及光合速率下降的程度相对较小；苔期和花期，在两周的缺硼处理后，高效品种上部叶色素含量依然呈下降趋势，但随着生育期的推移，其下降幅度减小；而高效品种下部叶和低效品种叶片含量变化不大，可能是甘蓝型油菜进入生殖生长阶段后，高效品种将硼更多地分配到繁殖器官，而其叶片却承受了相对较大的缺硼胁迫。 3．不同硼水平下，不同硼效率甘蓝型油菜品种根尖细胞超微结构的观察结果表明：缺硼条件下，两个油菜品种都表现出细胞壁增厚，胞间连丝减少。不同硼水平下，不同硼效率甘蓝型油菜品种根尖筛管分子的发育与形成受到影响：硼浓度为0.001mg／L时，两个油菜品种都不能形成筛管分子；硼浓度为0.01mg／L时，硼高效品种青油10号筛管分子可以形成，但结构受到破坏，而硼低效品种Bakow筛管分子的分裂与分化受阻，几乎不可能形成成熟的筛管分子；硼浓度为0.5 mg／L时，两个油菜品种都能正常生长发育。不同硼水平下，两个油菜品种根尖细胞内细胞器数量和超微结构差异明显。 4．营养液培养条件下，研究了硼对不同硼效率甘蓝型油菜品种细胞壁提取率及其细胞壁硼、钙、镁含量的影响。结果表明，缺硼导致甘蓝型油菜细胞壁提取率升高，但同等缺硼胁迫下，高效品种细胞壁提取率异常的程度小于低效品种，且高效品种耐同等低硼胁迫的时间长于低效品种。硼水平降低，甘蓝型油菜细胞壁硼含量下降，且随着缺硼时间的延长，细胞壁硼含量纵向比较也存在下降趋势，但高效品种细胞壁硼含量下降的幅度小于低效品种。一定程度的缺硼导致甘蓝型油菜细胞壁钙含量升高，但极度缺硼却导致其细胞壁钙含量降低，且对根系细胞壁钙含量的影响大于对叶片细胞壁钙含量的影响；品种间细胞壁钙硼比值在不同时期和不同部位差异显著。缺硼条件下，两个油菜品种细胞壁镁含量的变化规律类似于细胞壁钙含量的变化规律，但相对更复杂一些。