不同外源物質(zhì)提高鹽脅迫下黃連種子及幼苗抗逆性機(jī)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(gè)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(lái)越少，因此提高作物的單產(chǎn)及抗逆性成為未來(lái)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(zhǎng)期使用含有某些難溶性鹽類的水灌溉或化肥的過(guò)度使用造成的，原始土壤和生產(chǎn)用水對(duì)設(shè)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(yùn)行方式、不合理的種植方式都是造成設(shè)施土壤次生鹽漬化的重要因素。土壤鹽漬化越來(lái)越成為影響作物生長(zhǎng)、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(zhǎng)在鹽漬生境中并能獲得一定的產(chǎn)量，這是長(zhǎng)期以來(lái)科研工作者要努力解決的問(wèn)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(jí)漸危種[26]，為我國(guó)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(dú)特藥效使得黃連極具藥用價(jià)值，但在長(zhǎng)期的栽培種植過(guò)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(lái)發(fā)現(xiàn)多種外源化學(xué)物質(zhì)能夠誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗鹽性，為了深入研究外源性物質(zhì)對(duì)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(xué)物質(zhì)對(duì)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?zé)晒馓匦?、抗氧化酶體系及保護(hù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果了解了黃連的耐鹽機(jī)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(wèn)題提供理論依據(jù)和解決方法，并通過(guò)一系列問(wèn)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(jié)果如下：
　　 1.不同濃度的NaCl處理對(duì)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(biāo)(發(fā)芽勢(shì)、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(dāng)NaCl濃度達(dá)到50mmol·L-1時(shí)，黃連種子的各萌發(fā)指標(biāo)便顯著降低，隨著濃度的進(jìn)一步升高，各指標(biāo)變化趨勢(shì)相似且不斷降低，當(dāng)濃度為400mmol·L-1時(shí)，黃連種子的4個(gè)萌發(fā)指標(biāo)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(dāng)用外源性物質(zhì)進(jìn)行處理后，各指標(biāo)均有不同程度的提高，并且每種外源物質(zhì)在所設(shè)置的4個(gè)濃度梯度中，均存在著相對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)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(shì)，隨著脅迫時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，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(shì)，這說(shuō)明鹽脅迫對(duì)Chla的傷害較Chlb更大，對(duì)總?cè)~綠素的傷害比對(duì)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(duì)Chla的含量的促進(jìn)作用大于對(duì)Chlb的作用；Car/Chla+b的比值則隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)出降低趨勢(shì)，此結(jié)果表明外源物質(zhì)處理顯著提高了總?cè)~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(dǎo)度(Gs)及葉片蒸騰速率(Tr)均發(fā)生下降，并且隨著脅迫時(shí)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(shì)。這說(shuō)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(yīng)用外源性物質(zhì)進(jìn)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(shuō)明外源物質(zhì)對(duì)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(guò)鹽脅迫后，黃連葉片的最大熒光(Fm)、最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在性(

9、Fv/Fo)、PSⅡ有效光化學(xué)效率(Fv'/Fm')、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(ΦOPSⅡ)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)、電子傳遞率(ETR)和光化學(xué)速率(PCR)和光化學(xué)反應(yīng)能(P)均有不同程度的降低，而初始熒光(Fo)、非光化學(xué)淬滅系數(shù)(NPQ)、天線色素?zé)岷纳⒛?D)和非光化學(xué)反應(yīng)耗散能(E)則呈升高趨勢(shì)。上述結(jié)果說(shuō)明鹽脅迫顯著地抑制了PSⅡ的功能，造成了PSⅡ反應(yīng)中心的破壞。PSⅡ天線色素吸收的能量流向光化學(xué)的部分減少，以熒光形式，等散

10、失的能量增加，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，破壞程度越高。并降低了PSⅡ反應(yīng)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(dǎo)致PSⅡ反應(yīng)中心放氧活性降低。在經(jīng)過(guò)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(guò)分還原，可能還增強(qiáng)了假循環(huán)式光合磷酸化過(guò)程，用來(lái)消耗多余的能量

11、，保護(hù)光合器官免受過(guò)多光能而造成傷害，減輕了膜脂過(guò)氧化作用，進(jìn)而緩解了鹽脅迫對(duì)黃連造成的傷害。
　　 5.鹽脅迫提高了黃連幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率及質(zhì)膜過(guò)氧化指標(biāo)(H2O2含量、O2-產(chǎn)生速率、LOX酶活性、MDA含量)。經(jīng)過(guò)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(duì)電導(dǎo)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(duì)LO

12、X的活性的影響并不明顯，但是其它指標(biāo)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(shì)，而在處理后期則呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，高濃度鹽處理則呈現(xiàn)持續(xù)下降的變化趨勢(shì)，這可能是由于高濃度下SOD的防御功能已經(jīng)達(dá)到極限，可能會(huì)通過(guò)其它方式進(jìn)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(shì)。中低濃度的鹽處理使得CAT活性呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，而高鹽處理則使得CAT呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)，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(shì)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(shì)，高濃度NaCl處理則呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢(shì)。GR活性在低濃度NaCI處理的整個(gè)過(guò)程出現(xiàn)不斷升高的趨勢(shì)，高濃度處理在整個(gè)過(guò)程呈現(xiàn)出不斷

14、降低的變化趨勢(shì)，而中等濃度處理則呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)。外源物質(zhì)的應(yīng)用在不同的處理時(shí)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?yàn)槟べ|(zhì)過(guò)氧化積累下來(lái)的活性氧，以實(shí)現(xiàn)緩解過(guò)氧化的目標(biāo)。
　　 7.鹽脅迫下，可溶性糖在處理前期和中期均呈上升趨勢(shì)，但是在處理后期呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，游離脯氨酸含量在整個(gè)過(guò)程一直呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，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(shì)，但是隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，含量均有不同程度的降低?？傸S酮含量整體呈上升趨勢(shì)，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，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(shì)。當(dāng)用外源物質(zhì)進(jìn)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(yīng)。總黃酮含量也有增加，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(guò)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(jìn)行處理鹽脅迫下黃連種子及種苗的過(guò)程中，各指標(biāo)出現(xiàn)最佳效果的時(shí)間雖略有差異，但是最佳處理濃度基本一致。種子在進(jìn)行外源物質(zhì)處理時(shí)，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(jìn)行處理時(shí)，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(guò)提高鹽脅迫下黃連種子萌發(fā)指標(biāo)、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