（作物学专业论文）油菜耐盐性的基因型差异.pdf

新扛大学硕士学位论文油菜耐盐性的基因型差异( 季源龙，2 0 0 7 ) 摘要 随着世界工业的快速发展、肥沃土地的过度开垦目前全球( 特别是中国一样的发展中国 家) 可利用耕地的面积大幅度减少为了降低耕地面积减少对油菜等作物的产量增长所带来的 限制开发和利用含有大量可溶性盐的海滨土壤以及其他盐碱地已成为必然的趋势 油菜是作物中著名的“先锋作物”，它在新开垦的地上往往拥有着较好的生长表现。本 试验以三个油菜种( 芥菜型油菜，甘蓝型油菜以及白菜型油菜) 的拥有不同生态起源的1 8 个基 因型油菜为试验材料，选择性地研究了以下指标：油菜发芽期的发芽率、芽高和根长；油菜5 7 叶苗期的株高鲜干比、叶片中叶绿索和类胡萝h 素含量以及四种不同的抗氧化酶( s o d 、p o d 、 c a t 、a p x ) 酶活性的变化情况结果表明： 不同基因型油菜种类内部存在着广泛的耐盐性差异从总体上来看。在所选用的三个油菜 种类当中。白菜型油菜种内的差异性最小，其次是芥菜型油菜和甘蓝型油菜 油菜的异源_ ) 叹二倍体基因型( 甘蓝型油菜和芥菜型油菜) 并来表现出对二倍体基因型油菜 ( 白菜型油菜) 在盐分耐受能力方面的优越性 盐质环境下，不同基因型油菜在不同时期对盐害的响应并不一致，油菜在苗期的耐盐性要 明显好于发芽时期。不过虽然同一品种在两个不同的时期其耐盐性大小表现之间并不呈现出正 相关，但仍然是有一定的规律性可寻的，比如在甘蓝型油菜种类内部，以b n 一2 和b n - 8 为例， b n 一2 在不同时期的形态表现及内部指标表现均要好于b n 8 。 在关于选用哪些指标能够更为快速而有效的区分不同基因型油菜之间的耐盐性相对大小 的研究当中，我们建议一种用于评估油菜对盐害的敏感程度大小的简便可行的方法，我们称之 为g i m s s 法。该方法可用于从大量品种当中快速有效的筛选出耐盐的油菜品种资源或油菜酎 盐的突变体。 关键词：油菜：基因型差异；抗氧化酶；盐害 浙扛大学硕士学位论文 油菜耐盐性的基因型差异( 李源龙2 0 0 7 ) a b s t r a c t t h ef a s te x p a n s i o no fi n d u s t r ya n dt h ee x h a u s t e du t i l i z a t i o no ff e r t i l es o i l i nt h ed e v e l o p i n gc o u n t r i e s ，l i k e c h i n a , l i m i t e dt h ei n c r e a s eo fc r o pp r o d u c t i o na n dt h u sg a v er i s et ot h en e e di nr e c l a i m i n gs a l i n ec o a s t a l a r e a s ，o ra r i d ，s e m i - a r i dl a n d s ，w h e r eh i 【g ha m o u n t so f s o l u b l es a l t se x i s ti nt h es o i l s a so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp i o n e e rc r o p s ，b r a s s i c as p e c i e sa l w a y sh a v e9 0 0 dp e r f o r m a n c eo nn e w r e c l a i m e dl a n d s i nt h i ss t u d y , l gg e n o t y p e sw i t hd i f f e r e n te c o - o r i g i n sw e r es e l e c t e da se x p e r i m e n t a l m a t e r i a l sa n df o l l o w i n gp a r a m e t e r sw e r em e a s u r e dt or e f l e c tt h ed e g r e et h a tr a p e s e e dw e r ea f f e c t e db yt h e s a l ts t r e s s t h e s ea r eg e r m i n a t i o nr a t e ，r o o tl e n g t ha n ds p r o u th e i g h ta ：tg e r m i n a t i o ns t a g e ，b e i g h to f5 7 l e a v e ss e e d l i n g s ，t h er a t i oo ff r e s hb i o m e s st od r ym a t e ri ng r e e nl e a v e s , t h ec o n t e n to fc h l o r o p h y l la n d c a r o t e n o i di nl e a v e s ，a n dt h ec h a n g e so f t h ea c t i v i t i e so f f o u ra n f i o x i d a n te n z y m e s ，l i k es u p e r o x i d ed i s m u t a s o ( s o d xp e r o x i d a s a ( p o d ) ，c a t a l a s e ( c ，a n de s c o r b a t ep e r o x i d a s e ( a p x lo u re x p e r i m e n t a lr e s u l t s i n d i c a t e dt l a t t h e r ew a ss i g n i f i c a n tg e n e t i cv a r i a t i o nf o rs a l tt o l e r a n c ew i t h i nas a m eb r a s s i c as p e c i e s i ng e n e r a l a m o n gt h et h r e es p e c i e sw ei n v e s t i g a t e d ，t h ei n t r a s p a c i f i cv a r i a t i o na m o n gb r a s s i e ar a p sw 3 st h e i o w e s t ，f o l l o w e db yb r a s m c a j u n c e aa n db r a s s i c an a p u s a m p h i d i p l o i d sb r a s i a c as p e c i e s 。s u c ha sb r a s s i c ar l a 妒l z $ o rb r a s s i c aj u n c e ad i dn o th a v eo b v i o u s a d v a n t a g ei ns a l tt o l e r a n c ei nc o m p a r i s o nt od i p l o i ds p e c i e sl i k eb r a s s i c ar a p s s p e c i e sr e s p o n dd i f f e r e n t l ya td i f f e r e n tg r o w t hs t a g e st os a l i n eg r o w t hm e d i u ma n db r a s s i c as p e c i e sa r e g e n e r a l l ym o r es e n s i t i v ea tg e r m i n a t i o nt h a na t5 - 7 l e a v e ss e e d l i n gs t a g e a l t h o u g ht h e r ew a sn o s i g n i f i c a n tr e l a t i o n s h i pb e t w e e ns a l tt o l e r a n c ev a r i a t i o n st h a tw e r eo b s e r v e da tg e r m i n a t i o no ra tt h e s e e d l i n gs t a g e ，s o m eu n d e r l y i n gr u l e sf a na l s ob ef o u n d t a k eb r a s s i c an a p u ss p e c i e sa sa ne x a m p l e ， t h r o u g ht h ep a r a m e t e r sw em e a s u r e d ，w ef o u n dt h a tb n - 2a p p e a r e dt oh a v eg r e a t e rs a l tt o l e r a n c et h a n b n - sa tb o t ho f t w os t a g e si n v e s t i g a t e d 。 i no u rs t u d y , w ea l s ot r i e dt 0f i n dp a r a m e t e r st h a tc o u l db eb e t t e ru s e dt od i s t i n g u i s ht h ev a r i a t i o no fs a l t t o l e r a n c ea m o n gd i f f e r e n ts p e c i e sa n dc u l t i v a mi nb r a s s i c ao i l s e e d s t h r o w i g ht h er e s e a r c h ，w es u g g e s t e da n e f f i c i e n tm e t h o d ，n a m e l yg i m s s ，w h i c hc o u l db eu s e dt oc a l c u l a t ef o raq u i c ke v a l u a t i o no fl a r g e - s c a l e s c r e e n i n gp r o j e c t sf o rg e n e t i cm a t e r i a l so r n u t a n t st h a ta r et o l e r a n tt os a l ts t r e s si nb r a s s i c ao i l s e e d s k e yw o r d s ：b r a s s i c ao i l s e e d s ；g e n e t i cv a r i a t i o n ；a n t i o x i d a n te n z y m e s ；s a l ts t r e s s u 浙江大学硕士学位论文 油菜耐盐性的基因型差异( 李源龙，2 0 0 7 ) 图表列表 ( 5 个表格和1 7 个图) 表3 1 试验材料 表3 2s o d 反应体系 表3 3p o d 反应体系 表3 4c a t 反应体系 表4 1形态观测及其它参量的综合性分析 图2 1 盐害的种类( l e v i t t ，1 9 8 图2 2 植物耐盐的生物化学活动( b o t m e r t 和j e n s e n ，1 9 9 6 ) 图2 3 活性氧清除的酶与非酶系统途径( 赵可夫和范海，2 0 0 5 ) 图2 4 s o s 途径调节( 比如。n 种和k + ) 离子动态平衡( z h u ，2 0 0 2 ) 图2 5 油菜不同种间的亲缘关系( m o r i n a g a ，1 9 3 图3 1 苗期盐处理实验装置示意图 图4 1 盐害对发芽率的影响 图4 2 高盐处理下发芽率的基因型差异 图4 , 3 盐害对发芽时期根长的影响 图4 4 不同盐分处理下根长及芽高的基因型差异 图4 5 盐害对芽高的影响 图4 6 盐害对苗高的影响 图4 7 盐害对5 7 时期油菜的影响 图4 8 盐害对叶绿素含量的影响 图4 , 9 盐害对类胡萝p 素含量影响 图4 1 0 选测基因型油菜的抗氧化酶活性对盐胁迫的响应 图4 1 l 选测基因型油菜的抗氧化酶总活性( g a a e ) 对盐胁迫的响应 浙江大学硕 学位论文油菜耐赫件的幕冈型差异( 李源龙，2 0 0 7 ) l i s to ft a b l e sa n df i g u r e s ( 5t a b l e sa n d1 7f i g u r e s ) t a b l e3 1p l a n tm a t e r i a l s t a b l e3 2r e a c t i o ns y s t e mo f s o d t a b l e3 3r e a c t i o ns y s t e mo f p o d t a b l e3 4r e a c t i o ns y s t e mo f c a t t a b l e4 1 c o n s i s t e n c yo f m o r p h o l o g i c a lo b s e r v a t i o n sw i t ho t h e rp a r a m e t e r s f i g 2 1s p e c i e so f s a l ti n j u r y ( l e v i t t , 1 9 s 0 ) f i g 2 2 b i o c h e m i c a lf u n c t i o n sa s s o c i a t e dw i t ht o l e r a n c et op l a n ts a l ts t r e s s ( b o h n e r ta n dj e n s e i i 1 9 9 6 ) f i g 2 3p a t h w a yo fe n z y m e - c a t a l y z e da n dn o n - e n z y m e - c a t a l y z e dr e a c t i v eo x y g e ns p e c i e ss c a v e n g i n g s y s t e m ( z h a oa n df a n , 2 0 0 5 ) f i g 2 4r e g u l a t i o no f i o n ( e g n a + a n dk + ) h o m e o s t a s i sb yt h es o sp a t h w a y ( z h u ，2 0 0 2 ) f i g 2 5 r e l a t i o n s h i pb e t w e e nd i f f e r e n tb r a s s i c as p e c i e sd e v e l o p e db ym o r i n a g a ( 1 9 3 4 ) f i g 3 1 s k e t c hf o r t h ed e v i c eu s e df o rs a l tt r e a t m e n ta ls e e d l i n gs t a g e f i g 4 1 i n f l u e n c eo f s a l ts h e s so ng e r m i n a t i o nr a t e f i g 4 2 g e n o t y p i ev a r i a t i o no f g e r m i n a t i o nr a t eu n d e rh i g hs a l tt r e a t m e n t f i g 4 3 i n f l u e n c eo f s a l ts t r e s s0 1 1r o o tl e n g t ha tg e r m i n a t i o ns t a g e f i g 4 4g e n o t y p i ev a r i m i o no f r o o tl e n g t ha n ds p r o u t h e i g h tu n d e rd i f f e r e n tl e v e l so f s a l tt r e a t m e n t f i g 4 5 i n f l u e n c eo f s a l ts t r e s so nh e i g h to f s p r o u t f i g 4 6i n f l u e n c eo f s a l ts t l - e s so nh e i g h to f s e e d l i n g f i g 4 7 i n f l u e n c eo f s a l ts t r e s so nb r a s s i e ao i l s e e d sa t5 7l e a v e ss e e d l i n g ss t a g e f i g 4 8i n f l u e n c eo f s a l ts t r e s so nc h l o r o p h y l lc o n t e n t f i g 4 9 i n f l u e n c eo f s a hs t r e s so nc a r o t e n o i dc o n t e n t f i g 4 1 0r e s p o n s e so ft h es e l e c t e dg e n o t y p e st os a l ts t r e s sw i t ht h ea l t e r n a t i o no fa n t i o x i d a n te n z y m e a c t i v i t i e s f i g 4 1 1r e s p o n s e so ft h es e l e c t e dg s n n t y p e st os a l ts t r e s sw i t ht h ea l t e r n a t i o no fg e n e r a la c t i v i t yo f a n t i o x i d a n te n z y m e s ( g a a e ) 浙江大学硕士学位论文油菜耐盐性的基因型差异( 李源龙，2 0 0 7 ) 常用缩写词( f r e q u e n t l y u s e da b b r e v i a t i o n s ) a p x b j b n b r c a t g i m s s h i g hs a l t l o ws a l t p o d s o d a s c o r b a t ep e r o x i d a s e b r a s s i c a j u n c e a b r a s s i c an a p u s b r a s s i c ar a p a c a t a l a s e g e n e r a li n d e xo f m o r p h o l o g i e a ls a l ts e n s i t i v i t y 1 8 0 m m n a c i 9 0 m m n a c l p e r o x i d a s e s u p e m x i d ed i s m u t a s e 抗坏血酸过氧化物酶 芥菜型油菜 甘蓝型油菜 白菜型油菜 过氧化氢酶 形态盐敏感性综合指标 n a c i 浓度为1 8 0 m m n a c i 浓度为9 0 m m 过氧化物酶 超氧化物歧化酶 浙江大学硕士学位论文 油菜耐赫性的幕因型差异( 季源龙，2 0 0 7 ) 致谢 本论文是在导师蒋立希教授的悉心指导下完成的。在论文的选题、实验 的设计和论文的写作等每个环节上都凝聚着老师的辛勤劳动。导师的学识、 治学态度、科学观点、敬业精神、及平易近人的作风，都给我留下了深刻的 印象，并时刻激励着我努力投身于工作和学习之中。值此毕业之际，谨向老 师表示最衷心的谢意和最崇高的敬意，感谢老师二年来无私的教诲和关心帮 助! 在实验研究和论文撰写过程中，还得到了许多老师、学长以及同学的帮 助。感谢作物所逆境生理研究方向的张国平教授、邬飞波教授在读书报告和 其他场合的悉心指导。特别要感谢陈坤明老师在实验进展过程中的具体的帮 助和指导、2 1 1 平台实验室张宪银老师在实验技术上的指导，以及在仪器使 用上给我们所提供的方便、还要由衷感谢华水金、蒋培东、张小全以及张海 平等师兄师姐在实验技术方面的帮助和指导；感谢孟华兵、吴肖华、段壮芹、 钟兆飞以及郭媛同学在学习和实验过程中所给予的关心和帮助。 在求学的二年中，父母和亲人给予了我无私的支持和帮助，在这里谨向 他( 她) 们致以最高的敬意! 最后，谨向作物所所有的老师及参加本论文评阅和答辩的各位专家致以 最真诚的感谢! 李源龙 2 0 0 7 年5 月于浙大华家池校区 浙江大学硕士学位论文 油菜耐盐性的基因型差异( 李源龙，2 0 0 7 ) 第一章导言 油菜是生产优质植物油及优质饲料蛋白的主要油料作物，在全世界上是仅次于大豆和棕榈的第三 大油料作物( b e c k c r 等。1 9 9 9 ) ，在中国则是第一大食用植物油料作物。目前，全世界可用于商业用途 的油菜种类主要有白菜型油菜、甘蓝型油菜、芥菜型油菜以及埃塞俄比亚芥，其它类型的油菜则生产 规模相对较小菜籽油不仅是一种对人体健康有益的可食用油( r 0 b b e l c n ，1 9 9 7 ) ，在全球化能源紧 张的今天它还可以作为一种全新的生物能源而代替汽油来使用( p e t e r s o n 等，1 9 8 3 ；w i t h e r s 和 n o o r d a m ，1 9 9 6 ) 。生物柴油的发明不仅可以缓解世界石油储量的危机，还可以从一定程度上减轻机 动车等所带来的废气污染。自2 0 0 5 年京都议定书正式生效以来，生物柴油以其良好的环保性得 到欧盟等许多国家的大力发展，其中欧盟的生物柴油主要以菜籽为原料( 王汉中，2 0 0 7 ) 。生物柴油 为菜耔油提供了新的利用途径，也同时带动了世界对其产量的需求。如今，随着世界工业化进程的加 速、土地的过度开垦和良田的过度利用，从一定程度上造成了全球( 特别是在像中国一样的发展中国 家) 可利用性耕地面积的大幅度减少。因此为了降低耕地面积减少对油菜等作物的产量增长所带来的 限制，开发和利用盐碱性土地以及海滨围垦土壤己成为明显的趋势。 高盐胁迫会影响植物体的渗透调节能力，并同时给植物带来离子毒害作用。它能给植物的生长和 代谢带来一系列的负面作用，比如细胞质膜的解体、有毒代谢物的生成，活性氧的生成、光合作用效 率的降低等( d u b e y ，1 9 9 7 ；m a k e l a ，1 9 9 9 ；m i t t l e r ，2 0 0 2 e d r e v a ，2 0 0 5 ) 盐胁迫下，植物自身会 通过一系列的复杂的机制和途径，从植物生长、形态、生理生化等各个角度去适应高盐环境( m i t t l e t ， 2 0 0 2 ) 。因此植物对盐害的敏感程度可以从多个指标上去评定，包括发芽率、根长、鲜干比、叶片中 叶绿素及类胡萝h 素的含量，酶活性的变化以及耐盐相关基因的r n a 表达丰度等。 油菜是作物之中的“先锋作物”，它在新开垦的土地上往往拥有着较好的生长表现。油菜拥有许 多不同的基因型，不同基因型对盐分的耐受能力方面存在着较大的差异本试验着重研究了油菜不同 基因型之间的耐盐性差异在油菜形态及生理等方面的表现。揭示了不同基因型油菜之间的耐盐差异性 范闱，并向人们推荐一个简便可行的方法用于评估油菜对盐害的敏感程度，我们称之为g i m s s 法 该方法可用丁从大量品种当中快速有效的筛选出耐盐的油菜基冈裂或油菜耐盐的突变体。 浙江大学硕士学位论文油菜耐盐性的基因型差异( 李源龙，2 0 0 o 第二章文献综述 弟一早义陬琢尬 i 植物的盐害及其耐盐的机理 1 1盐碱土与土壤盐渍化 盐碱土又称盐渍土壤，是盐土、盐化土壤以及碱土、碱化土壤的总称。盐碱土以土壤溶液含n a + 、 m 9 2 + ，c a 2 + 及c 0 3 2 - 、h c 0 f 、c i 和s 0 4 2 。浓度高为主要特征，尤其是n a + 和c i 含量高。土壤中的盐分 除了来自宇宙尘埃和火山活动外，还来自海洋、岩石和人类的活动( 赵可夫，1 9 9 3 ) 。在一些干旱地 区，由于蒸发强烈，地下水上升，使地下水所含有的盐分残留在土壤表层；又由于降水量小，不能将 士壤表层的盐分淋溶排走，致使土壤表层的盐分越来越多，特别是一些易溶解的盐类，例如n a c i 和 n a 2 c 0 3 等，结果就形成了盐碱土壤。在一些海滨地区。由于海堤崩塌以及海水倒流也会形成盐碱土 壤( 赵福庚等，2 0 0 4 ) 土壤盐分过多对植物造成的危害称为盐害( 潘瑞炽和董愚得。1 9 9 5 ) 。盐分是限制植物生长与 产量的主要环境因素之一( a l l a k h v e r d i e v 等，2 0 0 0 ) 盐渍土对农业的威胁是一个全球性的问题，据 估计，全世界约有2 0 的耕地和近半数的灌溉地受到不同程度的盐害影响( r h o a d e s 和l o v e d a y ，1 9 9 0 ) 另外，据曾广文和蒋德安( 2 0 0 0 ) 的报道，全世界约有6 0 的灌溉地因土壤盐分过高而造成农作物减 产虽然现在世界上盐溃地的精确面积并不为人们所知，但是有一点可以肯定。那就是它的面积已足 以对世界的农业生产带来威胁( f l o w e r s 和y e o ，1 9 9 5 ：m u n n s ，2 0 0 2 ) 我国作为世界盐碱地大国之 一。盐渍土壤面积有o 2 7 亿公顷，其中海涂土壤近2 4 1 万公顷，占海岸带土壤总面积的1 7 3 5 ( 国 家统计局，2 0 0 0 ) 生长在我国沿海和内陆一些干旱、半干旱地区的植物常遭受盐胁追( s a l ts t r e s s ) 盐害不仅对植物有直接的危害。而且还会破坏十壤结构，危害农业生产，所以改良盐渍，提高植物 抗盐性是农业生产上的重要课题( 曾广文和蒋德安，2 0 0 0 ) 1 2植物的盐害 一般而言，当七壤中的盐分浓度足以使十壤水势显著降低( 降低o 0 5 o i m p a ) 时，即被认为是 盐害( 赵福庚等，2 0 0 4 ) 在众多盐害对植物的伤害形式当中。渗透胁迫和离子毒害是最主要的两个 方面而且人们就关于该两种胁迫产生的先后顺序也进行了相关的研究。m u n n s ( 1 9 9 3 ) 认为，渗透 胁迫在前，到一定时间以后，离子毒害才发生：而赵可夫等( 1 9 9 9 ) 则认为，渗透胁迫与离子毒害同 时存在，但在植物整个受胁迫的过程中，二者的表现在同期内呈现的强弱势不同。 2 浙江大学硕士学位论文油菜耐盐性的基因型差异f 李源龙2 0 0 7 ) 土壤盐分过多对植物所产生的伤害是有很多种的，大体上可以将其分为两类一原初盐害和次生 盐害。在原初盐害中又可分为赢接原初盐害和间接原初盐害( 赵可夫和王韶唐1 9 9 0 ) 众所周知， 盐逆境下质膜是植物阻止外界盐分进入到其细胞内部的第一道屏障，直接原初盐害主要就是指盐胁迫 对质膜的直接影响，如膜的组分、透性和离子运输等发生变化，使膜的结构和功能受到伤害。质膜受 到伤害后，进一步影响细胞的代谢，从而不同程度地破坏细胞的生理功能，这就是间接原初盐害次 生盐害是由于士壤盐分过多，提高了土壤溶液的浓度，从而对植物产生渗透胁迫，这种渗透胁迫可引 起植物细胞脱水，膨压降低，使植物生长受到抑制。另外，由于离子问的竞争也可引起某种营养元素 的缺乏，从而干扰植物的新陈代谢。l e v i t t ( 1 9 8 0 ) 将盐害的种类分为以下几类，见图2 1 ： 1 2 1 原初盐害 1 2 1 i 直接原初盐害 图2 1 盐害的种类( l e v i t t ，1 9 8 0 ) f i g 2 i s p e c i e s o f s a l t i n j u r y ( l e v i t t , 1 9 8 0 ) 我们知道。质膜是植物耐受外界胁迫的第一道屏障，是盐逆境下植物阻止外界过多盐分进入细胞 的第一道屏障与此同时，研究也表明，细胞膜是逆境对植物伤害的原初位点，其中又以质膜的伤害 尤为严重( w a n g ，1 9 8 1 ) ，膜系统是植物盐害的主要部位( l e o p o l d ，1 9 8 4 ) ( 1 ) 离子毒害 一般植物不能在高盐度盐渍化土壤上正常生长的原因之一是高浓度n a 对植物的毒害作用。高浓 浙江大学硕士学位论文 油菜耐盐性的基因型差异( 李源龙，2 0 0 7 ) 度n a + 可置换质膜和细胞内膜系统所结合的c 矿。1 9 8 5 年美国加州大学的c r a m e r 首次直接证明离子 胁迫破坏质膜完整性的原因之一是质膜上的c a 2 + 被外界的n a + 所取代的结果。盐害当中，由n a c i 所 引起的盐胁迫不仅破坏了植物细胞中业已形成的n a + 和c i 。的平衡状态，而且也影响着k + 和c a 2 + 的胞 内分布破坏k + 、c a 2 + ，m g ”等阳离子的结合位点( s e r r a n o 和g a x i o l a ，1 9 9 4 ) 。膜所结合的离子中 n a + c a 2 + 比增加，膜结构完整性及膜功能受到破坏，又会致使细胞内k + 、磷和有机溶质的外渗，细胞 k + n a + 下降抑制液泡膜h + - p p a s e ( 焦磷酸酶) 活性和胞质中的 r 跨液泡膜运输，跨液泡膜运输的p h 梯度下降，液泡碱化，不利于n a + 在液泡内积累( 赵福庚等，2 0 0 4 ) 。 ( 2 ) 活性氧伤害 我们知道植物的膜系统主要是由膜脂和膜蛋白所组成的。在盐胁迫等逆境条件下，植物体内活性 氧代谢系统的平衡会受到影响进而产生大量的活性氧如o 。，h 2 0 2 、o h 等，并破坏或降低活性氧 清除剂，如s o d 、c a t 、p o d 、v i t e 、g s h 等酶的结构话性或含量水平。体内活性氧含量增高能启 动膜脂过氧化或膜脂脱脂作用，膜脂过氧化分解和膜腊脱脂作用必然导致膜的完整性被破坏，差别透 性丧失，电解质及某些小分子有机物大量渗漏，细胞物质交换平衡破坏，进而导致一系列生理生化代 谢紊乱，使植物受到伤害( 赵福庚等，2 0 0 4 ) 1 2 1 2 间接原初伤害 ( 1 ) 光合作用受抑制 众多实验证明，盐分胁迫对盐生植物和非盐生植物的光合作用都是抑制的，并且降低程度与盐浓 度呈止相关。盐胁迫对植物光合作用的影响体现在以f j l 个方面( 马文月，2 0 0 4 ) ： &盐分过多使叶绿体中类囊体膜的成分及其超微结构发生改变 细胞中n a 十和c l - 的积累使得类囊体膜的糖脂含量显著下降，不饱和脂肪酸的含量也随之下降，饱 和脂肪酸的含量则随之上升另外。盐胁迫不仅会引起类囊体膜的成分发生改变，而且还会使垛叠状 态的类囊体膜的比例有所减小( 许吉明等，2 0 0 0 ) 。 b 盐胁迫对光能吸收和转换的影响 研究表明，盐胁迫下叶片的叶绿体会趋于分解，叶绿素被破坏降解。叶绿素和类胡萝b 素的生物 合成受阻，使植物的光合速率下降。影响作物产量。 c 盐胁迫对屯子传递的影响 当植物受到环境胁迫时，往往会发生光抑制现象，光抑制现象的主要部位为p si i 。现阶段，盐 胁迫对p sl i 的光能利用率的影响有很多相关报道，但观点尚未得到统一。a r o 等( 1 9 9 3 ) 认为盐胁 迫可以改善p s1 1 的功能。而e v e r d 等( 1 9 9 4 ) 则认为，盐胁迫可以抑制p s1 1 的功能。另据报道，随 着盐浓度的提高p s 电子传递的速度明显下降，究其原因，可能与盐胁迫损害了p s1 1 氧化侧的放氧 4 浙江大学硕： 学位论文 油菜耐盐性的幕洲型差异( 李源龙2 0 0 7 ) 复合物的功能有关。使它向p si l 反应中心提供的电子数量减少。阻断了p si l 还原侧从q a 囱q b 的 电子传递，馒p s 的电子传递链的成分减少，这几方面都导致p si i 电子传递速度降低。相反，盐胁 迫却使p si 电子传递速度略有提高。这可能与盐胁迫增加p si 反应中心和c y t e 5 5 3 的含量，以及提 高环式电子传递活性有关( 张其德2 0 0 1 ) 。 d 盐胁迫对光台碳同化的影响 当植物被转移到高盐土壤中时，打破了其体内的渗透压平衡，地上部分的离子浓度上升，植株产 生应激反应，暂时关闭气孔以阻止盐分向上运输( m u n n s 1 9 8 6 ) 。盐胁迫会造成植物叶片气孔失水 关闭，以保持叶片内相对较高的水势，进而严重阻碍了c 0 2 进入叶肉细胞( 赵祸庚等，2 0 0 4 ) 。另外， 盐胁迫会使植物的r u b p c a s e ( 1 ，s 一二磷酸核酮耱羧化酶) 的活性和含量降低，导致植物固定c 0 2 的能力减弱，与此同时，r u b p c a s e 还限制r u b p 和无机磷( p i ) 的再生，而这两种物质再生能力的 大小对c 3 循环至关重要。此外，盐胁迫还会降低磷酸甘油酸、磷酸三糖和磷酸甘油醛的含量，而这 些物质均是c 3 循环的中问产物，其含量的减少不利于碳同化的正常运转。研究还表明，在盐胁迫下， 植物调节两个光系统之间激发能分配的能力降低，因此，盐胁迫造成上述调节能力的下降，也同样不 利于植物的碳同化( 许吉明等，2 0 0 0 ) 。 ( 2 ) 呼吸作用改变 一般来说，低浓度盐分的存在可以促进植物的呼吸，高浓度盐分的存在则抑制植物的呼吸。 h o f f m a n 等用同浓度n a c i 处理菜豆，发现菜豆在低盐浓度下其呼吸被促进，在高盐浓度下则被抑制 ( 利容千和王建波，2 0 0 2 ) 盐分过多时总的趋势是呼吸消耗量多，净光合生产率低，不利于植物生 长 f 3 ) 生理代谢过程紊乱 盐胁追能造成植物碳水化合物( s a t i n ，1 9 6 8 ) 、蛋白质代谢、核酸代谢、硫代谢、氮代谢等代谢 ( s t r o g o n o v 1 9 7 3 ) 的紊乱盐分过多对蛋白质代谢的影响比较明显，抑制合成促进分解盐胁迫下， 植物叶片中的可溶性蛋白含量会有所降低( a t a m g i r 和a l i ，1 9 9 9 ：p a r i d a 等，2 0 0 2 ) 。抑制蛋白质合 成的直接原因可能是由于破坏了氨基酸的合成。如蚕豆在盐胁迫下叶内半胱氮酸和蛋氨酸合成减少， 从而使蛋白质含量减少( 赵福庚等，2 0 0 4 ) 另外。也有人认为盐害主要是氮代榭紊乱所引起的。比 如，在轻度盐渍十- 上生长的棉花其叶片的含氮量是正常的两倍，在重盐渍士上则为十倍。盐分过多促 使蚕豆植株积累腐胺，膳胺在二胺氧化酶催化。f 脱胺，植株含氨量就增加，所以产生盐害 潘瑞帜和 董愚得，1 9 8 5 ) 另外，盐胁迫使植物体内积累有毒代谢产物，如蛋白质分解的产物一游离的氨基 酸、胺、氨等的积累，这些物质对植物有毒害作用，致使植物叶片生长不良抑制根系生长，组织变 黑坏死等。毒素积累是盐害的重要原因之一( 赵福庚等，2 0 0 4 ) 5 浙江大学硕士学位论文油菜耐盐性的基因型差异f 李源龙2 0 0 7 ) 1 2 2 次生盐害 所谓次生盐害，不是由于盐分本身的直接影响所产生的伤害，例如外界盐分过多，使土壤水势降 低，导致植物不能吸水，形成渗透胁迫，造成生理干早，使植物遭受伤害等( 赵可夫和王韶唐，1 9 9 0 ) 1 2 2 1 水分亏缺 t 壤中盐分的过多存在使植物根际土壤溶液的渗透势降低，使得植物吸水困难，甚至排出水分， 于是植物组织即遭受渗透脱水，产生伤害一般植物在土壤盐分超过o 2 o 5 时即出现吸水困难， 当盐分高于0 4 时植物体内水分则易出现外渗，生长速率显著下降，甚至导致植物死亡( 赵福庚等， 2 0 0 4 ) 另外，高等植物虽然只是根系接触水分，其叶片水势也会降低，造成渗透脱水，这就是伤害 的间接效应例如，短期n a c l 胁迫下。黄麻的相对含水量、水分利用率和叶片水势等都会下降 ( c h a u d h u r i 和c h o u d h u r i ，1 9 9 7 ) 。 1 2 2 2 营养亏缺 盐胁迫所引起的营养亏缺主要是由于植物在吸收矿质元素的过程中盐与各种营养元素相互竞争， 从而阻i 植物对一些矿质元素的吸收而造成的盐胁迫f 。这种盐离子与各种营养元素相互竞争打破 了植物体内的离子平衡，严重影响了植物体的正常生长植物体内养分离子的不平衡是植物盐害的重 要方面。高浓度的n a + 严重阻碍了作物对k + 等离子的吸收和运输。当增大n a c i 的处理浓度时，多种 植物体内的n a + 和c i 含量增加，而c 2 + 、k 十、m 9 2 + 的含量水平则有所下降( k h 锄等，1 9 9 9 ：k h a n ， 2 0 0 1 ) 盐胁迫下造成养分不平衡的另一方面在于c r 抑制植物对n 伤及h 2 p 0 4 的吸收，其原因可能 是这些阴离子之间存在着吸收竞争性抑制作用。 1 3植物的耐盐性机理 植物耐盐性是指植物在含有高浓度的可溶性盐的介质中可以保持正常生长及能顺利完成生命全 部过程的能力。我们通常把那些在盐渍环境中能保持自然生长，并能顺利完成其生活史的植物称为盐 士植物。反之则称之为非盐生植物。当然非盐生植物并不是意味着它们没有耐盐能力。只是其在耐盐 性的表现上与盐生植物相比存在着一定的差异。 植物为了应对盐胁迫的伤害，其自身的多种生理生化过程都会发生一定程度的相应改变，据推测， 正是由于这些生理生化机制的相互促进和共同作用及其发生作用后所形成的产物为植物的耐盐性存 在提供了基础( 1 y e n g a r 和r e d ，1 9 9 6 ) b o h n e r t 和j e n s e n ( 1 9 9 6 ) 将这些植物适应盐胁迫的生理生 化过程归结为以下几种，见图2 2 ： 6 浙江大学硕士学位论文 油菜耐盐性的基因型差异( 李源龙。2 0 0 ) 图2 ，2 植物耐盐的生物化学括动( b o h n c r t 和j c u s e n ，1 9 9 6 ) f i g 2 2b i o c h e m i c a l f u n c t i o n s 8 s o c i a t c d w i t h t o l c r a n g c t o p l a n t s a l ts e s 5 ( b o h n e r ta n dj e n s c n , | 9 9 6 ) 2 0 0 5 年p a r i d a 和d a s 对植物耐盐性所涉及的生理生化机制及分子机制进行了详细的描述，并将 上图中所提及的植物耐盐的生理生化机制归结为以f 几个方面：( 1 ) 离子的选择性积累和离子外排；( 2 ) 根对离子吸收及其向上运输的控制：( 3 ) 在细胞及植物整体水平上对离子的区域化存储；( 4 ) 植物膜结 构的改变i ( 5 ) 植物光合路径的改变：( 6 ) 渗透调节物质的合成；( 7 ) 植物抗氧化酶活性的诱导；( 8 ) 植物 激素水平的诱导等( p a r i d a 和d a s ，2 0 0 5 ) 植物的对盐分的适应是一个十分复杂的过程，盐胁迫f t f f 物自身的多种生理生化机制以及分子机 制都会发生相应的改变以适应盐胁迫的发生现将这些机制和过程归纳如下： 1 3 1 离子调节及离子区域化 植物细胞维持相对平衡的离子状态对其各种代谢功能的正常进行和生长发育是重要的也是必需 的植物体内存在着高效的离子运输和选择性吸收机制，植物通过对离子的选择性吸收、外排和区域 化来调节和维持细胞内生理代谢所要求的动态平衡，使植物不同程度的表现山它们的耐盐性，一旦这 种平衡受到破坏，就表现为盐胁迫甚至盐伤害。离子的转运是由一系列与之相关联的生理生化过程共 同完成的( 高永生等，2 0 0 3 ) 7 浙江大学硕士学位论文油菜耐盐性的基因型差异( 李源龙，2 0 0 0 1 3 1 1 植物对离子的吸收和转运 植物对离子吸收的过程一般可分为3 个主要步骤：( 1 ) 土壤与根共质体的相互作用，根的表皮细胞 和皮层细胞决定哪些离子进入共质体，以及进入的多少；( 2 ) 根与茎木质部的相互作用，根木质部的薄 壁细胞是调节离子向茎运输的第二个控制步骤，由于木质部导管是非原生质体，所以从细胞质向导管 的运输要求有离子外流的过程；( 3 ) 离子的区域化，在细胞水平表现为细胞质和液泡之间的分隔，植物 还具有将过剩的n a + 排到根外介质中的能力；在组织水平上，则表现为通过韧皮部的再分布过程形成 老叶和幼叶间的k + 和n a + 的再分配，棉花耐盐性的一个重要特点是n a + 在攀中和叶柄中滞留和积累， 根中的k + 向上部选择性运输，以维持叶片中较高的g + n a + 比( 赵福庚等，2 0 0 4 ) 1 3 1 2 植物对离子的选择性吸收 n a + 是造成植物盐害及产生盐渍生境的主要离子，k + 是植物生长发育所必需的大量元素和重要的 渗透调节组分。然而由于这两种离子的离子半径和水合能( i o nh y d r a t i