基于膜片鉗技術(shù)的洋蔥鹽脅迫及緩解效應(yīng)研究.pdf

1、土壤鹽漬化是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)所面臨的主要危機(jī)之一。Na+作為鹽漬土壤中主要的陽離子，幾乎能影響到植物的所有重要生命過程，嚴(yán)重限制了植物生長(zhǎng)和作物產(chǎn)量。如何更深入地研究鹽脅迫緩解效應(yīng)、開發(fā)相應(yīng)的施肥機(jī)械裝置成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展急需解決的問題。 本文針對(duì)不同程度鈉鹽脅迫，應(yīng)用膜片鉗法和電生理測(cè)試系統(tǒng)，使尖端只有1 μn左右的微電極與原生質(zhì)膜形成高阻封接(幾GΩ到幾十個(gè)GΩ)，研究胞外不同濃度的Ca2+對(duì)Na+通透質(zhì)膜形成的離子電流的影響，以

2、抑制率為橋梁，建立了Na-Ca濃度關(guān)系模型，為宏觀意義上的精確施用鈣肥提供了一定的參考。利用此模型和文丘里原理設(shè)計(jì)了一種施肥裝置，為含鈣改良劑的調(diào)配及噴施提供了硬件設(shè)施。本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面： (1)洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞的細(xì)胞壁是微電極尖端與細(xì)胞膜實(shí)現(xiàn)高阻封接的一大障礙，本文選用“一步酶解法”，通過改進(jìn)本實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有關(guān)于純化原生質(zhì)體酶解混合液離心轉(zhuǎn)速和時(shí)間的組合，獲得了產(chǎn)量更大、活性更好的原生質(zhì)體，使高阻封接更容易實(shí)現(xiàn)。

3、 (2)K+和Ca2+選擇性通道對(duì)于大量Na+流入胞質(zhì)的貢獻(xiàn)很少這一觀點(diǎn)已在擬南芥、黑麥等植物上獲得證實(shí)。本文選擇洋蔥內(nèi)表皮原生質(zhì)體作為材料，通過應(yīng)用K+道的抑制劑TEA+和Ca2+通道的抑制劑verapamil研究Na+電流的變化規(guī)律得知，對(duì)于洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞來說，K+和Ca2+選擇性通道并非大量Na+透入原生質(zhì)膜的主要途徑，即貢獻(xiàn)很少。 (3)本文應(yīng)用膜片鉗技術(shù)從微觀角度研究了單一細(xì)胞抗鈉鹽過程。胞外含不同濃度的Na+情

4、況下，通過微電極尖端與細(xì)胞膜緊密接觸形成高阻封接，記錄下Na+電流曲線并通過Clampex軟件測(cè)量了電流大小。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Na+流經(jīng)離子通道形成的電流具有濃度依賴性：當(dāng)胞外Na+濃度從25mmol/L增大到50mmol/L時(shí)，電流幅度隨之增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)較慢(14.1％)；75mmol/L的胞外Na+濃度相對(duì)50mmol/L時(shí)的電流幅值增長(zhǎng)了36.1％；而100mmol/L相對(duì)75mmol/L來說，電流則增加了43.2％。由此可見，一方面隨著

5、胞外Na+濃度的遞增，Na+電流也逐漸增大；另外，高濃度鈉鹽環(huán)境比低濃度的鈉鹽環(huán)境下的流入胞質(zhì)形成的Na+電流增長(zhǎng)速度快。 (4)通過測(cè)量胞外不同Na+和Ca2+濃度組合且同一刺激電壓下的電流值，計(jì)算Ca2+對(duì)Na+電流的抑制率，并以此為橋梁(抑制率大于60％)，建立了Na-Ca濃度關(guān)系模型：給出了求解有效緩解不同Na+濃度鹽脅迫所需的Ca2+濃度值的方法，包括Ca2+濃度最大值[Ca2+]max、最小值[Ca2+]min和最優(yōu)

6、值[Ca2+]optimal分別與Na+濃度關(guān)系曲線圖以及曲線對(duì)應(yīng)的擬合求解方程。模型的建立給實(shí)際應(yīng)用中向鹽漬土壤溶液中施加含鈣改良劑緩解鹽分脅迫的事實(shí)以及精確施肥提供了一定理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考，并對(duì)從離子通道水平研究農(nóng)作物的抗脅迫機(jī)制方面有著重要的理論價(jià)值。 (5)本文利用Na-Ca濃度關(guān)系模型，首先計(jì)算出緩解鹽脅迫所需的Ca2+濃度，然后參照已有結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一個(gè)并聯(lián)式文丘里施肥裝置，確定了文丘里管結(jié)構(gòu)參數(shù)。當(dāng)肥液濃度為6.72

7、％時(shí)，通過調(diào)節(jié)閥控制文丘里管兩端壓差就可以使喉部壓力在-0.7～-0.2bar之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定吸肥，對(duì)應(yīng)能緩解的鈉鹽脅迫范圍為52.5～88.2mmol/L。當(dāng)鈉鹽脅迫濃度在25～52.5mmol/L和88.2～100mmol/L兩個(gè)范圍時(shí)，可固定肥水池中濃度分別為4.50％和8.50％，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定吸肥。鈣緩解劑和灌溉水通過該混肥裝置獲得確定濃度后一同噴施到作物葉面上，然后直接進(jìn)入植物體抑制鈉鹽侵入，為通過葉面噴施鈣肥緩解鹽脅迫提供了硬