不同外源物質(zhì)提高鹽脅迫下黃連種子及幼苗抗逆性機理研究.pdf

1、土壤鹽漬化是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境的一個重要因素，由于工業(yè)的發(fā)展和人口的不斷增加，農(nóng)業(yè)用耕地面積越來越少，因此提高作物的單產(chǎn)及抗逆性成為未來農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境治理所面臨的重要課題。土壤鹽漬化是由于長期使用含有某些難溶性鹽類的水灌溉或化肥的過度使用造成的，原始土壤和生產(chǎn)用水對設施土壤次生鹽漬化形成有重要影響，不合理的施肥、特殊的水分運行方式、不合理的種植方式都是造成設施土壤次生鹽漬化的重要因素。土壤鹽漬化越來越成為影響作物生長、分布和產(chǎn)

2、量的非生物因素。如何能使現(xiàn)有的作物正常生長在鹽漬生境中并能獲得一定的產(chǎn)量，這是長期以來科研工作者要努力解決的問題。
　　 黃連(CoptischinensisFranch.)又名味連、川黃連、雞爪連，為毛茛科黃連屬多年生草本植物，三級漸危種[26]，為我國著名的傳統(tǒng)中藥。黃連在四川、重慶、湖南、湖北等省均有栽培，重慶石柱是黃連的主產(chǎn)區(qū)之一。黃連根部有效成份小檗堿的獨特藥效使得黃連極具藥用價值，但在長期的栽培種植過程中，由于施肥方

3、式的單一和栽培地的局限，使得黃連栽培地土壤的理化性質(zhì)發(fā)生了較大的改變，土壤的日漸鹽化便是其中之一。近年來發(fā)現(xiàn)多種外源化學物質(zhì)能夠誘導植物產(chǎn)生抗鹽性，為了深入研究外源性物質(zhì)對鹽脅迫下植物的具體作用，本研究中以黃連種子和幼苗為材料，選擇了5-氨基乙酰丙酸(ALA)、一氧化氮(NO)供體硝普鈉(SNP)、一氧化碳(CO)供體高鐵血紅蛋白(Hematin)、亞精胺(Spd)及水楊酸(SA)共5種外源性化學物質(zhì)對NaCl模擬鹽脅迫下的黃連種子萌發(fā)

4、生理、幼苗光合特性及葉綠素熒光特性、抗氧化酶體系及保護性滲透物質(zhì)、次生代謝產(chǎn)物等的影響做了研究，根據(jù)實驗結果了解了黃連的耐鹽機理，并提出了緩解鹽脅迫的方法，為黃連在栽培生產(chǎn)中遇到的鹽脅迫問題提供理論依據(jù)和解決方法，并通過一系列問題的探討，為黃連的大面積優(yōu)質(zhì)推廣，規(guī)范黃連的種植提供理論依據(jù)。本研究的主要結果如下：
　　 1.不同濃度的NaCl處理對黃連種子的萌發(fā)均有不同程度的抑制作用，較低濃度的NaCl(25mmol.L-1)處理

5、黃連種子后，各萌發(fā)指標(發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù))的變化并不明顯。但是當NaCl濃度達到50mmol·L-1時，黃連種子的各萌發(fā)指標便顯著降低，隨著濃度的進一步升高，各指標變化趨勢相似且不斷降低，當濃度為400mmol·L-1時，黃連種子的4個萌發(fā)指標均降為零，這意味著在此濃度下，黃連種子的萌發(fā)完全被抑制。當用外源性物質(zhì)進行處理后，各指標均有不同程度的提高，并且每種外源物質(zhì)在所設置的4個濃度梯度中，均存在著相對效果最佳的處理濃

6、度。
　　 2.在不同濃度NaCl模擬的鹽脅迫下，黃連植株葉片的Chla、Chlb、Chla+b、Car含量均發(fā)生了不同程度的降低，且隨著脅迫程度的增大和處理時間的延長降低幅度逐漸增大。Chl
　　 a/b在鹽脅迫初期呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，隨著脅迫時間的進一步延長，呈現(xiàn)出規(guī)律性的降低現(xiàn)象。Car/Chl(a+b)的變化則自始至終都呈現(xiàn)出升高的趨勢，這說明鹽脅迫對Chla的傷害較Chlb更大，對總葉綠素的傷害比對Car

7、的傷害作用更加明顯。不同外源物質(zhì)處理均提高了各種色素的含量，提高了Chla/b比值，即對Chla的含量的促進作用大于對Chlb的作用；Car/Chla+b的比值則隨著處理時間的延長呈現(xiàn)出降低趨勢，此結果表明外源物質(zhì)處理顯著提高了總葉綠素含量，且提高幅度高于Car。
　　 3.在不同濃度的NaCl脅迫下，黃連植株的的凈光合速率(Pn)，氣孔導度(Gs)及葉片蒸騰速率(Tr)均發(fā)生下降，并且隨著脅迫時間和脅迫濃度的增加，下降幅度逐漸

8、增大，胞間CO2濃度(ci)則呈上升趨勢。這說明在鹽脅迫下，黃連凈光合速率降低的主要影響因素是非氣孔因素。在應用外源性物質(zhì)進行處理后，黃連的Pn、Gs及Tr均有不同程度的提高，Ci也有不同程度的降低，并且不同的濃度梯度存在著顯著的效果差異，這說明外源物質(zhì)對維持黃連幼苗葉片正常的光合作用，維持光系統(tǒng)的較高活性具有積極的作用。
　　 4.黃連植株在經(jīng)過鹽脅迫后，黃連葉片的最大熒光(Fm)、最大光化學效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在性(

9、Fv/Fo)、PSⅡ有效光化學效率(Fv'/Fm')、PSⅡ?qū)嶋H光化學效率(ΦOPSⅡ)、光化學淬滅系數(shù)(qP)、電子傳遞率(ETR)和光化學速率(PCR)和光化學反應能(P)均有不同程度的降低，而初始熒光(Fo)、非光化學淬滅系數(shù)(NPQ)、天線色素熱耗散能(D)和非光化學反應耗散能(E)則呈升高趨勢。上述結果說明鹽脅迫顯著地抑制了PSⅡ的功能，造成了PSⅡ反應中心的破壞。PSⅡ天線色素吸收的能量流向光化學的部分減少，以熒光形式，等散

10、失的能量增加，并且隨著時間的延長，破壞程度越高。并降低了PSⅡ反應中心QA的氧化態(tài)數(shù)量，使QA→QB傳遞電子的能力下降，從而形成較多的QB，導致PSⅡ反應中心放氧活性降低。在經(jīng)過外源性物質(zhì)處理后，顯著提高了黃連葉片F(xiàn)m、Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ、FV/Fm、qP、ETR、PCR和P的水平，降低了Fo、NPQ、E和D的值，提高了ΦPSⅡ的水平，減少PSⅡ和電子傳遞鏈的過分還原，可能還增強了假循環(huán)式光合磷酸化過程，用來消耗多余的能量

11、，保護光合器官免受過多光能而造成傷害，減輕了膜脂過氧化作用，進而緩解了鹽脅迫對黃連造成的傷害。
　　 5.鹽脅迫提高了黃連幼苗葉片的相對電導率及質(zhì)膜過氧化指標(H2O2含量、O2-產(chǎn)生速率、LOX酶活性、MDA含量)。經(jīng)過5種外源物質(zhì)的處理后，均顯著的降低了黃連葉片膜氧化的水平，葉片的相對電導率、H2O2含量、O2、產(chǎn)生速率及MDA含量均顯著降低，并且ALA、SNP及Hematin顯著地降低了LOX的活性。Spd和SA處理對LO

12、X的活性的影響并不明顯，但是其它指標均有顯著降低，這可能是兩種物質(zhì)緩解脅迫及膜氧化的方式與其它3種物質(zhì)有所差異。
　　 6.低濃度和中等濃度的鹽處理使黃連葉片SOD酶活性在前期和中期呈顯著的上升趨勢，而在處理后期則呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，高濃度鹽處理則呈現(xiàn)持續(xù)下降的變化趨勢，這可能是由于高濃度下SOD的防御功能已經(jīng)達到極限，可能會通過其它方式進行調(diào)節(jié)。POD活性在鹽處理初期隨處理濃度的升高逐漸升高，在處理的中后期，中低濃度處理仍然使

13、得活性升高，而高濃度處理則呈現(xiàn)出降低趨勢。中低濃度的鹽處理使得CAT活性呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，而高鹽處理則使得CAT呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，并且在鹽處理后期，CAT活性降到最低。APX活性在脅迫初期顯著升高，并且隨著NaCl濃度的增大，活性升高的趨勢逐漸加大，中低濃度的NaCI處理呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，高濃度NaCl處理則呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢。GR活性在低濃度NaCI處理的整個過程出現(xiàn)不斷升高的趨勢，高濃度處理在整個過程呈現(xiàn)出不斷

14、降低的變化趨勢，而中等濃度處理則呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢。外源物質(zhì)的應用在不同的處理時期有效的提高了鹽脅迫下黃連幼苗葉片SOD、POD、CAT、APX及GR活性，從而形成了較為有效的抗氧化體系，有效地清除因為膜質(zhì)過氧化積累下來的活性氧，以實現(xiàn)緩解過氧化的目標。
　　 7.鹽脅迫下，可溶性糖在處理前期和中期均呈上升趨勢，但是在處理后期呈現(xiàn)出下降趨勢，游離脯氨酸含量在整個過程一直呈現(xiàn)上升趨勢，可溶性蛋白在處理初期隨著NaCl濃度

15、的增大呈現(xiàn)出不斷升高的趨勢，但是隨著處理時間的延長，含量均有不同程度的降低。總黃酮含量整體呈上升趨勢，并且隨著時間的延長呈上升趨勢，處理中期和后期的差異并不顯著。鹽酸小檗堿在低濃度NaCl處理下含量升高，而在高濃度下(>100mmol·L-1)含量呈逐漸下降的趨勢。當用外源物質(zhì)進行處理后，可溶性蛋白、可溶性糖和游離脯氨酸含量均有顯著的增加，并存在著濃度梯度效應?？傸S酮含量也有增加，但是各處理濃度之間差異并不顯著，鹽酸小檗堿含量在經(jīng)過外源

16、物質(zhì)處理后也有顯著的升高。
　　 8.在用外源物質(zhì)進行處理鹽脅迫下黃連種子及種苗的過程中，各指標出現(xiàn)最佳效果的時間雖略有差異，但是最佳處理濃度基本一致。種子在進行外源物質(zhì)處理時，篩選出基本的最佳濃度分別是：ALA(10mg.L-1)、SNP(0.1mmol·L-1)、Hematin(0.5μmol·L-1)、Spd(0.25mmol·L-1)、SA(10mg·L-1)。黃連植株在進行處理時，最佳處理濃度分別是：ALA(50mg·

17、L-1)、SNP(0.25mmol·L-1)、Hematin(2.0μmol·L-1)、Spd(0.50mmol·L-1)、SA(50mg·L-1)。
　　 綜上所述，5種外源物質(zhì)通過提高鹽脅迫下黃連種子萌發(fā)指標、植株葉片光合色素含量、抗氧化酶活性、光合參數(shù)(Pn、Gs、Tr、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ、Fv'/Fm、qP、ETR、PCR和P)的水平，代謝產(chǎn)物(可溶性糖、游離脯氨酸、可溶性蛋白質(zhì)、黃酮)的含量，降低c