假儉草種質(zhì)資源耐鋁性評(píng)價(jià)及耐鋁機(jī)理研究.pdf

1、假儉草(Eremochloa ophiuroide)是禾本科蜈蚣草屬多年生優(yōu)質(zhì)暖季型草坪草。該草種起源于我國(guó),在酸性土壤地區(qū),假儉草是天然草地上最常見的草種,此外在一些偏堿性和沿海灘涂地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了該草種的分布,可見其在對(duì)酸性土壤的適應(yīng)性上應(yīng)該存在較大的差異。酸性土壤地區(qū)的水熱條件良好,但鋁毒的存在限制了很多經(jīng)濟(jì)植物的生長(zhǎng),對(duì)假儉草耐鋁機(jī)理的研究有助于發(fā)現(xiàn)新的耐鋁機(jī)理。本研究利用48份假儉草種質(zhì)資源和兩份美國(guó)品種‘Common’和‘Tif

2、Blair’(耐鋁品種),用水培法對(duì)這50份材料的耐鋁性進(jìn)行鑒定,并通過土培法對(duì)水培鑒定結(jié)果中5份耐鋁種源和5份鋁敏感種源的耐鋁性進(jìn)行驗(yàn)證；利用上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)假儉草的耐鋁機(jī)理進(jìn)行研究；通過cDNA-AFLP技術(shù)分析假儉草在鋁脅迫下根尖基因的差異表達(dá),以期在對(duì)假儉草種質(zhì)資源耐鋁性進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,從生理和分子兩個(gè)方面研究假儉草的耐鋁機(jī)理。具體研究結(jié)果如下:
　　 1假儉草耐鋁性鑒定
　　 運(yùn)用小容積營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)法,研究了

3、鋁處理對(duì)中國(guó)假儉草不同種質(zhì)資源生長(zhǎng)的影響,結(jié)果表明在鋁處理下,中國(guó)假儉草種源間的生物量存在較大差異,相對(duì)根系干重、相對(duì)地上部分干重和相對(duì)全株干重的變異系數(shù)分別為39.9％、32.9％和33.6％,從相對(duì)根系干重的結(jié)果看中國(guó)種源E041、E014、E136、E072、E076、E007的耐鋁性顯著大于美國(guó)品種‘TifBlair’和‘Common’,從相對(duì)地上部分干重結(jié)果看E041的耐鋁性顯著大于美國(guó)的兩個(gè)品種,說明中國(guó)假儉草種源的耐鋁性具

4、有一定的潛力；對(duì)中國(guó)假儉草種源耐鋁性在地域性上的差異分析表明,受鋁毒害影響較小的種源主要分布在廣西、江西、貴州等酸性土分布區(qū),而受鋁毒害影響較大的種源主要分布區(qū)為江蘇、浙江普陀山、河南等中性或偏堿性土壤分布區(qū),說明假儉草種源的原生境對(duì)其耐鋁性有一定的影響.
　　 根據(jù)上述試驗(yàn)的結(jié)果,采用土培法研究了假儉草5份耐鋁種源和5份鋁敏感種源在酸性土壤上的生長(zhǎng)的差異。結(jié)果表明:在酸性土壤上生長(zhǎng)28d后,耐鋁種源與鋁敏感種源所測(cè)的8個(gè)生長(zhǎng)指

5、標(biāo)中,除了株高外均存在顯著差異,耐鋁種源生長(zhǎng)受抑制程度較小。生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)變化的分析結(jié)果表明,耐鋁種源在酸土壤上可以保持較高的生長(zhǎng)速率。
　　 水培法的鑒定結(jié)果與在酸性土壤上的鑒定結(jié)果一致,獲得的耐鋁種源和鋁敏感種源為后續(xù)研究假儉草的耐鋁機(jī)理提供了可靠的實(shí)驗(yàn)材料。
　　 2假儉草耐鋁生理機(jī)理研究
　　 根據(jù)假儉草耐鋁性鑒定的結(jié)果,選用假儉草5份耐鋁種源和5份鋁敏感種源,運(yùn)用水培法,研究鋁處理對(duì)這10份種源營(yíng)養(yǎng)吸收的影響

6、。結(jié)果表明,鋁處理增加了兩類型種源植株體內(nèi)鋁的含量,且鋁主要集中在根系,耐鋁種源的增加量小于鋁敏感種源,說明假儉草不是鋁超積累植物,而是通過減少鋁進(jìn)入體內(nèi)來增加其對(duì)鋁脅迫的耐受性；鋁處理抑制了所有種源對(duì)P、Mg、Ca、K的吸收,地上部分P、Mg、Ca、K的含量平均減少了59.3％、54.8％、47.9％、41.3％,根系P、Mg、Ca、K的含量平均減少了8.70％、52.5％、43.2％、34.4％,耐鋁種源與鋁敏感種源地上部分的Ca、

7、Mg、P含量存在顯著差異,兩種類型種源根系中的Ca含量存在顯著差異,說明假儉草耐鋁種源在鋁脅迫下可以轉(zhuǎn)運(yùn)較多的Ca、Mg、P到地上部分,且其根系對(duì)Ca的吸收受鋁毒的影響小于鋁敏感種源。兩種類型種源根系P含量與對(duì)照相比變化較小,推測(cè)可能是P在根表或質(zhì)外體與鋁發(fā)生吸附沉淀。
　　 根據(jù)假儉草耐鋁性鑒定的結(jié)果,選用兩份假儉草種源E041(耐鋁種源)和E006(鋁敏感種源),測(cè)定假儉草在缺磷處理及氯化鑭處理下根系有機(jī)酸的分泌情況,分析這

8、兩份種源在不同濃度鋁處理后根系有機(jī)酸的分泌情況和根系鋁含量的變化,以及它們?cè)诓煌X處理時(shí)間下根系有機(jī)酸的分泌情況。結(jié)果表明鋁可以誘導(dǎo)假儉草種源根系分泌檸檬酸,缺磷和氯化鑭處理均不能誘導(dǎo)假儉草根系分泌檸檬酸。隨著鋁處理濃度的增加,兩份種源的檸檬酸的分泌量均上升,耐鋁種源E041的檸檬酸分泌量明顯高于鋁敏感種源E006；耐鋁種源E041根系鋁含量在不同濃度鋁處后有略微上升,鋁敏感種源E006根系鋁含量隨處理濃度的增加顯著上升；鋁處理3h兩份

9、種源的檸檬酸分泌量沒有差異,6h后檸檬酸分泌量迅速增加,耐鋁種源分泌量高于鋁敏感種源。說明根系分泌檸檬酸是假儉草減少鋁進(jìn)入其植株體內(nèi)的機(jī)制之一,且檸檬酸的分泌存在一個(gè)滯后期。
　　 選用兩份假儉草種源E041(耐鋁種源)和E006(鋁敏感種源),分析鋁處理后這兩份種源根尖鋁的積累和分布情況。結(jié)果表明鋁處理后,耐鋁種源E041根尖蘇木精染色較淺,而鋁敏感種源E006染色較深,且鋁敏感種源E006根尖鋁含量大于耐鋁種源E041；根尖

10、橫截面的X-射線微區(qū)分析結(jié)果表明,鋁敏感種源E006根尖的鋁主要分布在表皮和皮層組織,而中柱分布較少,耐鋁種源E041根尖鋁的分布區(qū)域和鋁敏感種源E006相似,推測(cè)鋁對(duì)假儉草根的毒害作用可能發(fā)生在表皮和皮層。
　　 分析了在酸性土壤上種植后,假儉草5份耐鋁種源和5份鋁敏感種源植株體內(nèi)活性氧系統(tǒng)的差異。結(jié)果表明:在酸性土壤上生長(zhǎng)28d后,假儉草體內(nèi)超氧陰離子產(chǎn)生速率和丙二醛含量都增加,鋁敏感種源增加幅度較大；同時(shí)發(fā)現(xiàn)兩種類型種源的

11、SOD、POD活性也增加,耐鋁種源增加幅度較大,說明假儉草可以通過提高體內(nèi)的SOD、POD酶活性來緩解酸性土壤上的鋁脅迫,耐鋁種源的抗氧化酶對(duì)鋁脅迫的反應(yīng)更為迅速。
　　 上述研究結(jié)果表明假儉草不是鋁超積累植物,鋁對(duì)假儉草根系的毒害作用可能發(fā)生在表皮和皮層組織,鋁抑制了假儉草營(yíng)養(yǎng)元素的吸收；耐鋁種源可以保持較高的營(yíng)養(yǎng)元素吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力,鋁毒誘導(dǎo)的根系檸檬酸的分泌是假儉草的耐鋁機(jī)制之一,且鋁誘導(dǎo)檸檬酸的分泌存在一個(gè)滯后期,體內(nèi)抗氧

12、化物酶活性的提高與假儉草的耐鋁性有關(guān)。
　　 3假儉草鋁脅迫下根尖基因的差異表達(dá)
　　 應(yīng)用cDNA-AFLP技術(shù),對(duì)鋁處理后假儉草耐鋁種源E041根尖的基因表達(dá)進(jìn)行分析。共分離到116個(gè)差異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄衍生片段(TDFs),序列功能分析的結(jié)果表明有61個(gè)TDFs與已知序列同源(E.Value<10-10),其中有46個(gè)TDFs可以推測(cè)功能,這些TDFs的功能涉及一些和檸檬酸代謝相關(guān)的酶、逆境誘導(dǎo)蛋白、蛋白激酶以及轉(zhuǎn)錄調(diào)控