大麦种子萌发阶段的耐盐性及空间诱变的变异性-硕士论文

学校代码： 研究生学号： l0 264 M 0 7 0 1 0 9 1 8 8 - L 海海洋大学 硕士学位论文 大麦种子萌发阶段的耐盐性及空问 题 目： 诱变的变异性 英文题目： S a l tT o l e r a n c ea n d s p a t i a IV a r i a b i l i t y C h a r a c t e r i s t i c so fB a r l e ya tS t a g eo fS e e d G e r m i n a t i o n 专业：作物遗传育种 研究方向： 姓 名： 指导教师： 植物细胞工程 杜志钊 黄剑华研究员 陆瑞菊研究员 二0 0 年5 月12 日 ，lLI ILl、”0户 FZ-l-_何o嗡ouI o、嚏萋 上海海洋大学硕十学何论文 驯螋 上海海洋大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文， 是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已 经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经 发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写 的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：2 0 1 0 年6 月1 7 日 上海海洋大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 口 ，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口 学位论文作者签名： 日期：2 0 1 0 年6 月1 7 日 指导新签醛矧砖 日期：2 0 1 0 年6 月1 77 日 土渔海洋太堂博硕士学位论文 答辩委员会成员名单 姓名工作单位职称备注 吴爱忠上海农科院研究员主席 李家乐上海海洋大学教授委员 上海农业生物基因 罗立军研究员委员 中心 王冬生上海农科院植保所研究员委员 薄天岳上海农科院园艺所研究员委员 卢永红上海农科院畜牧所研究员委员 上海农业生物基因 黎佳佳秘书 中心 上海农科院机关第 答辩地点答辩日期 2 0 10 6 12 四会议室 上海海洋大学硕士学位论文 大麦种子萌发阶段的耐盐性及空间诱变的变异性 摘要 近年来，全球性气候恶化，土壤干旱，耕地盐碱化不断加剧，严重地影响和制 约了各国农作物生产和农业的发展。通过提高作物的耐盐碱性来开发利用此类十 地资源显得尤为重要且有长远意义。萌发期和幼苗期是植物对盐胁迫最为敏感的 时期之一，此阶段的耐盐性对作物的生长发育极为重要，早期的盐害对植物的一 生都将产生不良影响。大麦具有较强的耐盐性，可以作为开拓盐荒的先锋作物种 植。通过对大麦萌发期和幼苗期对不同盐胁迫处理下的各项形态指标及生理生化 指标变化的系统研究，可以更加深入地揭示大麦耐盐机理、机制，为进一步完善 大麦耐盐性评价体系及改进盐碱地大麦栽培技术提供相应的理论依据。本论文首 先采用N a C l 对两份大麦栽培品种“花1 1 ”、“花3 0 ”进行不同的盐胁迫处理，通过对 萌发期各项形态指标以及生理生化指标的测定，研究不同大麦品种萌发期和幼莆 期对不同N a C l 胁迫的一系列生物学响应，并着重探讨了不同耐盐性品利，对盐胁迫 的直接适应性和诱导适应性差异；随后又对“花3 0 ”经空间诱变后所得1 8 0 份S P 2 和1 4 份S P 3 代株系进行耐盐性分析，考察了直接适应型耐盐性( 基础耐盐性) 及 诱导适应型耐盐性( 获得型耐盐性) 的遗传变异，并对它们之间的相关性进行了 简要的探讨。之后，又对空间诱变获得的部分株系进行耐盐性及大田农艺性状的 鉴定。本试验获得的主要结果如下： l 、N a C I 直接胁迫对“花l l ”和“花3 0 ”两大麦品种种子的萌发和生长产生明显的 抑制作用，胁迫浓度越高，抑制越明显。“花1 l ”在1 5 LN a C l 胁迫下有3 3 一6 7 的发芽率：N a C I 预处理明显抑制了“花1 l ”种子在无N a C l 胁迫下的萌发，萌发率 随N a C I 预处理浓度的升高而下降，但萌发后的生长并未受到影响。1 5 LN a C l 胁迫完令抑制了“花3 0 ”种子的萌发；高浓度N a C l 预处理( 1 5 g L ) 对“花3 0 ”在无 N a C I 胁迫下的萌发有促进作用；较高浓度N a C I ( 1 0 9 L 和1 5 9 L ) 预处理能提高“花 3 0 ”在5 9 LN a C ! 胁迫下的耐盐性。 2 、1 0 9 LN a C I 胁迫严重抑制“花3 0 ”、“花1 1 ”两供试品种种子萌发后的生长量 以及P O D 和S O D 活性，“花l l ”受抑程度明显小于“花3 0 ”，此外，提高了脯氨酸 含量，“花1 l ”的提高幅度小于“花3 0 ”。5 9 L N a C l 浸种预处理提高了“花3 0 ”于1 0 L N a C I 胁迫下的生长量、P O D 和S O D 活性，而造成脯氨酸含量下降：降低了“花1 1 ” 上海海洋大学硕士学位论文 的生长量和P O D 活性，S O D 活性显著提高，脯氨酸含量也明显上升。 3 、通过萌发期耐盐性的综合性评价，发现与原始品种“花3 0 ”相比，空间诱变 后的1 8 0 份S P 2 代供试材料的耐盐性存在广泛变异，其中直接适应型耐盐性优于原 始品种“花3 0 ”的占7 7 2 ，而诱导适应型耐盐性优于“花3 0 ”的只占8 9 。通过对 1 4 份S P 3 代供试材料的耐盐性研究发现，S P 3 代种子萌发阶段的直接适应型耐盐性 较S P 2 代还是存在部分的变异，但S P 2 代直接适应型耐盐性鉴定中表现十分出色的 株系在S P 3 代的鉴定中依然表现出很好的耐盐性。S P 3 代与S P 2 代的诱导适应型耐 盐性的鉴定结果似乎没有延续性。 4 、通过萌发期耐盐性筛选和田间农艺性状鉴定表明，所选诱变材料在不同浓 度N a C l 胁迫下的耐盐性均较好，各供试材料的发芽率、胚芽鞘长度，主根长度尽 管受到显著抑制，但抑制程度明显小于“花3 0 ”。供试材料中“H a 0 8 1 l ”成穗率高， 属相好，有望成为优良的大麦新品种。 关键词：大麦，萌发期，耐盐性，空间诱变，N a C l 胁迫，N a C I 预处理 上海海洋大学硕士学位论文 S a l tT o l e r a n c ea n dS p a t i a lV a r i a b i l i t yC h a r a c t e r i s t i c so f B a r l e ya tS t a g eo fS e e dG e r m i n a t i o n A b s t r a c t R e c e n t l yy e a r s ，w i t ht h ec l i m a t ed e t e r i o r a t i o na n ds o i ld r o u g h t ，c u l t i v a t e dl a n d s a l i n i z a t i o nh a sb e c o m eo n eo ft h em o s ts i g n i f i c a n tc o n s t r a i n i n gf a c t o r st h a ta f f e c t i n g t h ec r o pp r o d u c t i o na n da g r i c u l t u r ed e v e l o p m e n t G e r m i n a t i o na n ds e e d l i n gs t a g e sa r e t w om o r ei m p o r t a n tp e r i o d sf o rt h ec r o p g r o w t h ，s t r e s s e si nt h e s es t a g e s c o u l dm a k e g r e a td a m a g e sf o rt h ew h o l el i f eo fc r o p s B a r l e yh a ss t r o n g e rs a l tt o l e r a n c ea n di tc a n b eu s e da sap r e f e r r e dc r o po ns a l i n ea n da l k a l i n el a n d s T h e r e f o r e ，i ti si m p o r t a n tt o r e v e a lt h em e c h a n i s mo fs a l tt o l e r a n c ei n b a r l e yb ys y s t e m a t i cs t u d y i n go f m o r p h o l o g i c a l ，p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a li n d e x e su n d e rs a l ts t r e s s ，a n dp r o v i d et h e t h e o r i cb a s i sf o rs c r e e n i n ga n dc u l t i v a t i o nu n d e rs a l ts t r e s si nb a r l e y I nt h i ss t u d y , t w o b a r l e yc u l t i v a r s ( H u a 3 0a n dH u a l1 ) t r e a t e dw i t hd i f f e r e n tN a C Ic o n c e n t r a t i o nw e r eu s e d t oi n v e s t i g a t et h eb i o l o g i c a lr e s p o n s e su n d e rs a l ts t r e s sb ym e a s u r i n gm o r p h o l o g i c a l ， p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a li n d e x e s ，a n dt h e d i r e c t a d a p t a b i l i t ya n di n d u c e d a d a p t a b i l i t yt os a l ts t r e s sw e r ed i s c u s s e d I na d d i t i o n ，18 0S P 2a n d14S P 3l i n e so r i g i n e d f r o mb a r l e yc u l t i v a r H u a3 0 u n d e rs p a c em u t a t i o nw e r ea l s ou s e dt oi n v e s t i g a t et h e h e r e d i t ya n dv a r i a t i o no ft h et w oa d a p t a b i l i t i e st os a l ts t r e s s ，a n dt oe x p l o r et h e c o r r e l a t i o nb e t w e e nt h e m W ea l s ot e s t e dt h ea g r o n o m yt r a i t so fa p a r to f t h e s em u t a t i o n l i n e si nt h ef i e l d T h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： 1 I n h i b i t i v ee f f e c to fN a C Is t r e s so ns e e dg e r m i n a t i o na n dg r o w t hw e r e a g g r a v a t e dw i t ht h ei n c r e a s eo fN a C Ic o n c e n t r a t i o n G e r m i n a t i o nr a t e o fH u al1u n d e r 15 LN a C ls t r e s sw a s3 3 一6 7 ，a n di td e c r e a s e du n d e rC K ( w a t e r ) i ft h es e e d sw e r e p r e t r e a t e d w i t hN a C I ，a n dt h i sd e c r e a s ew a sa g g r e v a t e dw i t ht h ei n c r e a s eo f c o n c e n t r a t i o no fN a C lp r e t r a t m e n t ，w h i l et h eg r o w t hw a sn o ta f f e c t e da f t e rg e r m i n a t i o n 。S e e dg e r m i n a t i o no f “H u a 3 0 ”w a sc o m p l e t e l yi n h i b i t e du n d e r15 9 LN a C ls t r e s s ，w h i l e h i g hc o n c e n t r a t i o n ( 1 Sg L ) o fN a C Ip r e t r e a t m e n tc o u l di n c r e a s et h eg e r m i n a t i o nr a t e 上海海洋大学硕士学位论文 u n d e rC K ；a n dh i g hc o n c e n t r a t i o n ( 10 9 La n d15 9 L ) o fN a C lp r e t r e a t m e n tc o u l da l s o i n c r e a s eg e r m i n a t i o nr a t eu n d e rs a l ts t r e s s ( 5 9 LN a C I ) 2 T h eg r o w t h ，P O Da n dS O Da c t i v i t yi ng e r m i n a t i o ns t a g ew e r es i g n i f i c a n t l y i n h i b i t e du n d e rt h e10 9 LN a C Is t r e s s ，a n dt h ed e g r e eo fi n h i b i t i o nf o rH u a11i ss m a l l e r t h a nt h a tf o rH u a3 0a n dt h ec o n t e n to fP r ow a si n c r e a s e di nt h i st r e a t m e n ta n dt h e i n c r e a s ef o rH u a3 0w a sh i g h e rt h a nt h a tf o rH u a l1 T h eg r o w t h 、P O Da n dS O D a c t i v i t y w a si n c r e a s e da n dt h ec o n t e n to fP r ow a s d e g r e a s e du n d e r10 9 LN a C Is t r e s sw i t h5 9 L N a C Ip r e t r e a t m e n tf o rH u a 3 0 T h eg r o w t hw a sr e d u c e da n dP O D 、S O Da c t i v i t ya n d c o n t e n to fP r o l i n ew e r ei n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yu n d e r10 9 LN a C Is t r e s sw i t h5 9 LN a C I p r e t r e a t m e n tf o rH u a 1 1 3 C o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n s h o w e dt h a tt h es a l tt o l e r a n c eo f18 0S P 2l i n e m a t e r i a l sh a daw i d ev a r i a t i o nc o m p a r e dt oH u a3 0 T h ed i r e c ts a l tt o l e r a n c ec o u l db e i m p r o v e da n di n d u c e ds a l tt o l e r a n c ew a s a b l et ob ed e c r e a s e df o rm o s to fS P 2m a t e r i a l s c o m p a r e dt Ot h ei n i t i a lv a r i e t y “H u a3 0 ”B ys t u d y i n gt h es a l tt o l e r a n c eo f14S P 3l i n e s ， t h ed i r e c ts a l tt o l e r a n c ei ng e r m i n a t i o ns t a g ef o rH u a3 0w e r em o s t l yi d e n t i c a lb e t w e e n t w og e n e r a t i o n sa l t h o u g hap a r to fv a r i a t i o no c c u r r e d T h er e s u l ta l s os h o w e dt h a tt h e i n d u c e ds a l tt o l e r a n c eh a sn oc o n t i n u i t yb e t w e e nt h el i n e s o fS P 2a n dS P a 4 T h et r a i t so fg e r m i n a t i o nr a t e ，c o l e o p t i l el e n g t ha n dm a i nr o o tl e n g t hw e r e i n v e s t i g a t e df o rs c r e e n i n gn e wb a r l e ys t r a i n so fs a l tt o l e r a n c ea tg e r m i n a t i o ns t a g e A n d 。t h ea g r o n o m i ct r a i tw a sa l s ot e s t e di nf i e l d ：T h e I e s t i l ts h o w e dt h a tt h es a l tt o l e r a n c eo f a l ld o n o rt e s tb a r l e ym a t e r i a l so fs p a c em u t a t i o nw e r em o r es t r o n g e rt h a nt h ec o n t r o l c u l t i v a ro f “H u a3 0 ”A n dt h es t r a i no f “H a 0 8 一l l ”h a dah i l g h e a r - b e a r i n gt i l l e r p e r c e n t a g e ，S Oi ti se x p e c t e dt ob ean e wv a r i e t yo fb a r l e y K e yw o r d s ：B a r l e y ，G e r m i n a t i o ns t a g e ，S a l tt o l e r a n c e ，S p a t i a lv a r i a b i l i t y ，N a C l s t r e s s ，N a C Ip r e t r e a t m e n t 1 V 上海海洋大学硕士学位论文 目录 摘要：一I A b s t r a c t ：。I I I 引言1 第一章文献综述一3 1 1 植物种子萌发和幼苗期耐盐性研究的重要性3 1 2 盐胁迫对植物生长及相关生理生化指标的影响3 1 2 1盐胁迫对植物牛长的影响3 1 2 2 盐胁迫对植物生理生化特性的影响4 1 3植物耐盐途径及相关机理研究进展6 1 3 1 植物耐盐的途径一6 1 3 2 植物耐盐相关机理7 1 4 植物耐盐遗传改良途径8 1 4 1耐盐种质筛选8 1 4 2 杂交育种8 1 4 3利用细胞工程进行耐盐突变体筛选：9 l 。4 4 利用基因工程育种选育耐盐新品种9 1 5 植物耐盐性鉴定和评价的重要性及标准1 0 1 5 1 植物耐盐性鉴定和评价的重要性1 0 1 5 2 植物耐盐性鉴定和评价的标准1 0 1 6 植物诱导耐盐性研究进展1 1 第二章N a C I 预处理及胁迫对不同大麦品种萌发和生长的影响1 3 2 1 材料和方法：13 2 1 1 供试材料13 2 1 2 实验设计与方法1 3 2 1 3 评价指标13 2 2 结果与分析1 3 2 2 1 预处理和N a C l 胁迫浓度对“花1 1 ”种子萌发及生长的影响1 4 2 2 2 “花1 1 ”种子萌发阶段耐盐性分析15 2 2 3 预处理和N a C I 胁迫浓度对“花3 0 ”种予萌发和生长的影响1 8 2 2 4 “花3 0 ”种子萌发阶段的耐盐性分析2 0 2 3 结论与讨论：2 2 第三章N a C I 处理对大麦种子萌发后生长量和相关牛理生化指标的影响2 3 3 1 材料和方法j 2 3 3 1 1 试验材料2 3 3 1 2 试验方法2 3 3 1 3 相关指标及分析方法2 4 3 2 结果与分析2 5 3 2 1 5 9 LN a C l 浸种对种子萌发后生理生化指标的影响2 5 3 2 2 1 0 LN a C I 胁迫对种子萌发后生理生化指标的影响2 7 3 2 3 5 9 L N a C I 预处理对1 0 9 L N a C l 胁迫培养种子萌发后生理生化指 V 上海海洋大学硕上学位论文 标的影响2 8 3 3 结论与讨论2 8 第四章大麦空问诱变S P 2 和S P 3 代萌发期耐盐性变异3 l 4 1 材料与方法= _ 二3 1 4 1 1 试验材料2 3l 4 1 2 培养方法3l 4 1 3 统计方法3 2 4 1 4 直接适应型耐盐性与诱导适应型耐盐性3 2 4 2结果与分析3 2 4 2 1 S P 2 代种子直接适应型耐盐性的变异3 2 4 2 2 S P 2 代种子诱导适应型耐盐性的变异3 3 4 2 3S P 3 代种子萌发期的直接适应型耐盐性3 4 4 2 4 S P 3 代种子萌发期的诱导适应型耐盐性3 4 4 2 5 直接适应型耐盐性与诱导适应型耐盐性之间的联系3 4 4 2 6 耐盐性指标的分布3 5 4 3 j 讨论3 5 第五章空间诱变大麦S P 3 代部分株系的耐盐性评价及大田鉴定4 4 5 1 材料与方法4 4 5 1 1 材料4 4 5 1 2方法_ 4 4 5 2 结果与分析。4 4 5 2 1盐胁迫对发芽率、胚芽鞘长度和主根长度的影响4 4 5 2 2大田鉴定的生育期情况4 5 5 2 3 大田鉴定的产量与穗粒结构4 6 5 3 讨论4 7 创新点及小结4 8 参考文献4 9 致谢5 6 V I ， 上海海洋大学硕士学位论文 口I 士 I百 世界约有1 亿h m 2 的盐碱地，而亚洲的盐渍土面积约为0 4 亿h m 2 ，这些盐渍土 r 、 面积约占世界土地总面积的1 0 。我国是世界上盐碱土面积较大的国家，在1 5 亿亩耕地中约有一亿多亩盐渍土，约占耕地的十分之一。其中黄淮平原占5 0 0 0 万卤，此外，我国还有一亿卣盐碱荒地和次生盐渍土。因此，开发利用盐碱地对 发展农业生产具有十分重要的意义，如何开发利用盐碱地是世界各国政府和科学 家十分关心的问题。过去大多注重灌溉，施肥来改良土壤，采用浇水冲洗土壤的 办法，结果往往使土壤中的天然肥力降低，物理化学性质变劣。某些地区用矿化 度l 苛的水灌溉，更提高了土壤的含盐量“。 多年来，各国育利一学家一直致力于作物耐盐性的研究，希望通过培育耐盐品 种来提高作物自身的耐盐能力，直接利用盐碱土资源。经实践证明，进行作物耐 盐育种是一最经济有效，最有希望的途径。耐盐育种其成本低，见效快，有效期 长，不仅能提高作物产量，而且还能改良土壤，使盐碱废地变为可耕地区。”。为 了充分发展盐碱、干旱地的农业生产，开展作物耐盐品种的选育工作，必将具有 十分重要的现实意义和历史意义。 大麦是种植面积仅次于水稻、小麦和玉米的世界第四大谷类作物，具有生育 期短，抗逆能力强等特性。特别是其具有较强的耐盐性，超过小麦、玉米等作物， 经常被作为开拓盐荒的先锋作物种植H ，1 。因此i 对大麦耐盐性的研究不仅有利 于提高其产量，还町以达到开发盐渍土壤资源，提高盐碱土地利用率的目的。各 国学者在大麦对盐胁迫的响应和相关机理、机制等基础性研究以及大麦耐盐性的 鉴定和筛选等方面都进行了不懈的努力，并取得了一些成果1 1 。 种子萌发期和幼苗期是植物对盐胁迫反应较为敏感的时期之一，此阶段的耐 盐性对植物的生长发育进程极为重要，早期盐害对植物的一生都将产生不良影 响。因此，种子萌发期和幼苗期的耐盐性及其机制是植物耐盐性早期鉴定及耐盐 个体和品种早期选择的基础。 本研究以两个耐盐性不同的大麦品种“花3 0 ”、“花ll ”及“花3 0 ”经空间 诱变的后代株系为研究材料，通过对它们在盐胁迫下的萌发、生长状况以及各项 生理生化指标的测定，研究不同大麦品种萌发期和幼苗期对不同盐胁迫处理的反 上海海洋大学硕士学位论文 应差异以及空间诱变后各株系对盐胁迫的直接适应性和诱导适应性的遗传变异， 旨在为大麦耐盐种质的选育及盐碱地大麦栽培提供相应的理论依据。之后，又对 部分诱变株系进行耐盐性和农艺性状鉴定，筛选出耐盐性强，农艺性状优良的大 麦新株系。 2 第一章文献综述 1 1植物种子萌发期和幼苗期耐盐性研究的重要性 种了是整个植物界从低等的菌藻植物到高等的被子植物经过亿万年进化过 程的产物，它在盐胁迫下能否萌发是植物在胁迫下能否成长发育的前提。植物在 萌发期对盐胁迫的耐受力反映了其在盐胁迫条件下种子吸水膨胀萌动生根的综 合能力。因此，对此时期种子的发芽率，发芽活力，萌发指数等指标的考察 可以反映出植物在盐胁迫下的发芽能力、速率以及发芽整齐度等趋势。幼苗期是 。 植物生长由异养过渡得到自养的敏感时期，春季作物播种出苗后正好是土壤的返 盐时期，土壤盐分对幼苗的伤害极大，导致其植株后期生长缓慢，随之表现出不 同程度的植株矮化，从而影响到整个生育阶段的分化。所以，对植物幼苗期耐盐 性的研究同样显得尤为重要。现今已有大量研究表明大多数植物利，子萌发和幼苗 期对盐胁迫的适应性可以在一定程度上反映其植株水平的耐盐性卜。 1 2 盐胁迫对植物生长及相关生理生化反应的影响 植物对盐胁迫的反应十分复杂，它不仅与植物本身遗传背景相关，还分别涉 及到植物生理、生化，细胞、代谢等诸多方面。在盐胁迫下，外界土壤水势下降， 植物根系无法从土壤中吸收水分，造成水分缺失，引起了气孔的应激性关闭， C 0 2 摄取量减少，最终降低了植物的光合速率。同时还阻遏了矿质元素的运输， 引起矿质营养不良，从而干扰了植物正常的生理过程。 1 2 1 盐胁迫对植物生长的影响 对营养体生长的抑制作用是植物对盐胁迫最显著的反应之一“。而造成这种 影响的主要因素在于盐分抑制叶片伸展，减少了单株植物的光合面积以及C 0 2 的摄取量，从而造成碳同化量的减少n 16 | 。张建锋等( 2 0 0 5 ) 1 7 3 发现盐分对柳树 无性生长有强烈的抑制作用，二随盐分浓度的升高，苗木成活率、苗高与苗重、地 下部分生物量都下降。盐胁迫还阻碍了种子对水分的吸收，造成植物萌发率下降。 周琦等( 2 0 0 8 ) 驯发现随着盐胁迫浓度的提高，番茄种子萌发的整齐度下降， 3 上海海洋大学硕士学位论文 萌发率降低，发芽受损加强，出苗率下降。郎淑萍等( 2 0 0 8 ) 副在大麦发芽期 耐盐性的研究中也得到了相同的结论。在盐胁迫下，植物组织和器官的生长和分 化被抑制，提前了发育进程，加速了植物的成熟和衰老。生育期的缩短使得以收 获种子为目的的禾本科作物的生产受到严重影响。申玉香等( 2 0 0 7 ) 瞄w 研究发 现盐分胁迫导致小麦花后干物质积累减少，灌浆速率下降，有效穗数、每穗粒数 减低，最终导致减产。 1 2 2 盐胁迫对植物生理生化特性的影响 植物在盐胁迫下所表现出的生长、形态等表型指标上的变化，是通过其体内 对盐害所做出相应的生理生化反应而起作用的。因此，在盐胁迫下，对植物各项 生理生化特性的研究对于揭示植物耐盐机理、机制有重要意义。 1 2 2 1 盐胁迫对植物膜脂过氧化及其保护酶活性的影响 细胞膜是植物特有的细胞结构，对维持细胞内环境的相对稳定，细胞内外的 物质交换有不町替代的作用。正因如此，植物的膜系统也是盐害的原始部位和主 要部位。近些年来，F R I D O V C H 等人提出的生物自由基伤害学说被认为是植物 逆境损伤的主要机制心卜“1 。盐胁迫下，植物膜脂过氧化作用加剧，膜结构遭到 破坏，细胞新程代谢紊乱，最终导致植物受害。而在此过程中植物也会应激性的 诱导产生一系列的抗氧化酶类来缓解胁迫对质膜造成的伤害。 1 2 2 1 1 丙二醛( M D A ) ： 植物体内，自由基作用于细胞膜发生过氧化反应，氧化终产物为丙二醛 ( M D A ) 。它是植物受逆境胁迫时的重要产物之一，也是反应植物遭受逆境伤害 程度的重要指标“。有研究表明，随着盐胁浓度的增大和处理时间的延长，植 物体内积累的M D A 呈上升趋势u “。龚明等人以耐盐性强的大麦品系“鉴4 ”为 材料，研究了人麦在N a C I 胁迫下叶片脂质过氧化作用，结果表明，N a C I 胁迫 卜植株叶片的M D A 含量增加，并且这种增加与膜透性增加呈正相关。贺岩等 ( 2 0 0 5 ) 的研究中发现，在相同水平盐胁迫下，盐敏感品种较耐盐品种M D A 上 升速度更快”。 1 2 2 1 2 超氧化物歧化酶( S O D ) 在受到逆境胁迫以及衰老过程中，植物体内原本处于平衡状态的活性氧产生 一清除系统会发生紊乱，造成过量的活性氧未被清除而影响生物膜的正常结构和 功能。因此，植物首先会提高S O D 活性来维持活性氧代谢平衡，保护膜结构和 4 上海海洋大学硕士学位论文 功能2 n 3 。孙天国等( 2 0 0 9 ) 3 2 1 在研究盐胁迫对甜瓜幼苗S O D 活性影响过程中 发现，在不同浓度的盐胁迫下，甜瓜幼苗的S O D 活性呈先下降后上升再下降的 变化趋势。龚明等( 1 9 8 9 ) 3 3 1 和陈文利等( 1 9 9 8 ) 3 们的研究都表明，与耐盐性 较弱的品种相比，耐盐性较强的品种在盐胁迫下更能维持相对较高的S O D 活性， 以消除对植物的不利影响。 1 。2 2 1 3 过氧化物酶( P O D ) 逆境下植物首先通过S O D 发挥作用来清除0 2 。等活性氧类物质，使其快速歧 化成为过氧化氢( H 2 0 2 ) 和氧分子( 0 2 ) “”。随后，P O D 等保护酶类发挥作用， 将H 2 0 2 分子还原为水和氧分子。大量研究表明，植物在受到盐胁迫时体内P O D 活性会有所上升，以此来减轻盐害。但这种植物自身的保护调节只能在一定范围 发挥作用。杨国会等( 2 0 0 9 ) 。研究表明盐胁迫下，甘草幼苗中的P O D 活性先 r ：1 ? 升后降，翁锦周等( 2 0 0 7 ) 瞄引在N a C l 对桉树幼苗P O D 的影响研究中也得出了 相同的结论。造成P O D 活性最终下降的原因可能就在于盐胁迫程度超过了植物 自身的可调节范围。 1 2 2 1 4 过氧化氢酶( C A T ) 与P O D 一样，C A T 也参与维持活性氧生成和清除的动态平衡过程。杨风英 等( 2 0 0 7 ) 与商丽威等( 2 0 0 8 ) 3 7 1 分别在研究本溪山樱和玉米时发现，随着 N a C I 处理浓度的增大，两种植物的C A T 活性都呈现先上升后下降的变化趋势。 还有研究表明，耐盐性品种C A T 活性高于盐敏感性品种，且与对照相比，耐盐 性品种C A T 活性在胁迫初期的提高幅度大于盐敏感品种。 1 2 2 2 盐胁迫对植物细胞渗透调节物质积累的影响 在盐胁迫下，植物内部水势高于外界环境水势，不但不能从外界吸收水分， 还会造成水分流失，发生质壁分离，使植物细胞受害。此种情况下，为保持自身 水分，维持正常生理代谢，植物会从外界吸收无机离子或在内部合成积累有机渗 透调节物质来降低细胞渗透势，使细胞获得充足水分K 州1 。 1 2 2 2 1 无机离子 有研究表明，盐胁迫下，作物将N a + 、C l 。积累在细胞液泡中 H a r v e y 等1 9 7 9 。 这时，植物就会选择性的吸收土壤中的其他必须元素如K + ，C a 2 + 、M g “、C I 、 N 0 3 等，以此抵消液泡渗透势的降低。周兴元等( 2 0 0 5 ) 嘞1 发现，结缕草、沟 5 。 上海海洋大学硕士学位论文 叶结缕草茎、叶中的K + 、c a 2 + 、M 9 2 + 、F e 3 + 含量在盐分胁迫下与对照相比均有 不同程度的提高。而M a r c u m 和候彩霞的研究认为某些植物在盐胁迫下吸收无机 离子并不与盐害离子形成竞争性抑制，而是为合成有机渗透调节物质提供必须的 原料鲻4 。 1 2 2 2 2 有机渗透调节物质 盐胁迫下，植物的主要有机渗透调节物质主要是可溶性糖、脯氨酸、甜菜碱 等有机溶质，它们在细胞质中合成并积累，以保持细胞质和液泡中的渗透势平衡。 可溶性糖不仅可作为其他有机溶质合成的碳架，还可以起到稳定细胞膜的作用 H ”。大量研究表明，在逆境胁迫下，可溶性糖的积累与植物抗逆性强弱旱正相 关”“。脯氨酸在细胞渗透调节过程中的地位举足轻重。它不仅作为有机溶质维 持渗透平衡，而且还可作为氮源被植物直接利用。以往研究中对于脯氨酸的积累 与植物耐盐性的相关性有两种结论，有实验结果证明植物体内脯氨酸的积累与植 物耐盐性能力程正相关关系，是为了适应胁迫而采取的一种保护性措施H 争删， 而也有研究得到完全相反的结论，植物体内脯氨酸积累量与植物耐盐性呈负相关 关系，即脯氨酸积累是植物受到盐害的结果骗q 引。除可溶性糖和脯氨酸之外， 甜菜碱在生理范用内不带净电荷，对植物无毒害作用，也是一类十分重要的维持 细胞渗透平衡的可溶性有机物。许多植物，特别是藜科以及禾本科植物在盐胁迫 r 下，细胞中甜菜碱的积累水平与植物抗胁迫能力成正比H “。 1 3 植物耐盐途径及相关机理研究进展 1 3 1 植物耐盐的途径 经过长期进化，大多数植物都有了各自相应的应对盐胁迫的机制，以保证能 够在盐分科：境中生存。植物耐盐的途径大致可以分为以下几类： 泌盐。植物 吸收过量的盐分后，有多种方式将其排出体外。有些植物是通过特化的分泌腺体 将盐分排出，而有些是通过叶片的吐水作用使盐分随水排出H ，另部分植物 则是将盐分运输到老叶中积累，随着老叶的脱落排出体外。 拒盐。盐胁迫下， 植物会改变细胞膜对盐害离子的通透性，使其无法转运到细胞内部。其次，植物 细胞质叶l 还会产生和积累大量的脯氨酸、甜菜碱等有机溶质，提高细胞渗透势， “拒绝”盐离子以渗透作用进入细胞。 稀盐。当外界环境盐分浓度提高时， 6 上海海洋大学硕士学位论文 植物会加快水分吸收，通过稀释作用来减轻盐分对植物的伤害。加速薄壁细胞的 积累，增加某些器官的肉质化程度，将吸收的盐分运输至液泡中稀释，都是植物 稀盐的表现。 螯合。盐分进入某些植物体内，会和细胞内的可溶性有机物发 生螯合作用，从而消除盐害离子对植物的伤害。 。 1 3 2 植物耐盐相关机理 植物耐盐机理相当复杂，它包含植物体对盐的吸收、运输、分配、排泄等各 个关键环节。但大量研究表明，耐盐途径中的拒盐则是大多数植物抵御盐害的重 要机制。 1 3 2 1 渗透调节 植物为了调节高盐下的渗透胁迫，主动地从外界吸收无机离子，并在体内合 成和积累有机小分子物质，是最直接，也是最重要的耐盐机制。根据调节物质的 不同，将渗透调节分为无机渗透调节和有机渗透调节两种，脯氨酸、可溶性糖、 甜菜碱等有机渗透调节物质在细胞质中合成并积累，主要负责调节细胞质的渗透 势，并对酶、蛋白质以及生物膜起到保护作用。而以K + 为代表的无机渗透调节 物质则主要负责液泡的渗透势调节，以及维持膨压4 9 。50 | 。不同的植物，会吸收 和合成不同的无机离子和可溶性有机物作为主要渗透调节物。有研究发现，盐生 植物主要以无机离子作为渗透调节剂，而非盐生植物则主要以K + 和有机渗透调 1 节物质为主旧“。 1 3 2 2 离子区域化 盐碱对植物的伤害除了会造成渗透胁迫，使细胞失水，影响其正常的生理功 能之外，盐离子的过量积累，也会对细胞内的酶、质膜等蛋白质类物质造成毒害， 干扰细胞的正常代谢。液泡对调节细胞渗透压，维持细胞的膨压有重要作用，其 内部的主要成分是水。这也使它成为过量盐离子在细胞中的! 最终归宿”。有研 + 究表明，盐胁迫下，细胞积累的大量无机离子被运输到植物细胞的液泡中贮藏 u ”1 。这一机制不仅使盐离子未对正常的生理代谢产生影响，还使液泡中的渗透 势下降而从外界吸收水分。有研究表明j 无机离子进入细胞后从细胞质到液泡的 转运是逆电化学势梯度的，而配合完成此主动转运过程的就是位于液泡膜上的 N a + H + 泵“”。它通过A T P 酶水解A T P 为转运提供能量，将液泡内质子运出，使 r - 1 N a + 进入液泡维持电化学平衡u 。 1 3 2 3 清除活性氧的质膜保护系统 盐胁迫下植物体内过量积累的活性氧会对质膜、蛋白质、叶绿素等细胞组分 7 上海海洋大学硕士学位论文 造成严重损害，