（蔬菜学专业论文）盐胁迫下硒对生菜生长及生理代谢的影响.pdf

英文缩略词表 y9 0 3 9 5 9 关于学位论文原创性和使用授权的声明 本人所呈交的学位论文，是在导师指导下，独立进行科学 研究所取得的成果。对在论文研究期间给予指导、帮助和做出 重要贡献的个人或集体，均在文中明确说明。本声明的法律责 任由本人承担。 本人完全了解山东农业大学有关保留和使用学位论文的规 定，同意学校保留和按要求向国家有关部门或机构送交论文纸 质本和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东农业大 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、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学 位论文。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：栖魄慧 r 导师签名：扣 日期：轴6 6 ，6 山东农业大学硕士学位论文 中文摘要 为了探明硒对植物盐害的缓解作用，本试验以笳栽生菜( 品种为日 本凯撒) 为试材，采用硝酸钙供盐和n a 2 s e 0 3 供硒的方式，在温室内设 置9 个处理，c k ( 对照) 、c k l ( 2 5 盐) 、t 1 ( 2 5 盐+ o 6m g k 菩1 硒) 、t 2 ( 2 5 o 盐+ 1 5m g k 一硒) 、t 3 ( 2 5 o 盐+ 3 om g k g _ l 硒) 、 c k 2 ( 5 o o 盐) 、t 4 ( 5 o 盐+ 0 6m g k 百1 硒) 、t 5 ( 5 o ，盐+ 1 5 m g k 一硒) 、t 6 ( 5 o 盐+ 3 om g k g 1 硒) ，研究了不同盐浓度及旌硒处 理对生菜生长、抗氧化保护体系及生理代谢的影响，主要研究结果如 下： 1 盐胁迫尤其是高盐胁迫( 5 o o 浓度) 抑制了生菜茎粗的生长，显著降 低其生物量、根冠比和产量。低盐和高盐胁迫下施硒均可增加植株茎粗 和生物量，以生育中期表现最好，但对根冠比没有显著影响；适量施硒 ( 低盐下卯6m g k 一，高盐下茎1 5m g k g 。) 可以提高生菜产量，过量施 硒( 3 0m g k 百1 ) 反而导致产量进一步降低。低盐胁迫下，以o 6m g k g - 1 硒处理( t 1 ) 植株茎粗和产量最大；前期和中期均以o 6 m g k g 1 硒处理 ( t 1 ) 植株生物量最大，后期则以1 5m g k 一硒处理( t 2 ) 最大。高盐 胁迫下，以1 5m g k g 。硒处理( t 5 ) 茎粗和产量最大；前期以0 6m g k 百 1 硒处理( t 4 ) 植株生物量最大，中期和后期均以1 5 m g k 一硒处理 ( t 5 ) 最大。 2 同一生育期内，随着盐浓度的增加，生菜叶片和根系p o d 、c a t 活 性、叶片g s h p x 活性均显著降低；叶片和根系m d a 含量及叶片相对电 导率显著升高；叶片s o d 活性在前期逐渐升高，中期先升高后降低，后 期逐渐降低；根系s o d 活性随盐浓度的增加逐渐降低。低盐和高盐胁迫 下施硒，叶片和根系p o d 、c a t 、叶片g s h p x 活性与各自对照相比呈 增加趋势，叶片和根系s o d 活性、m d a 含量呈降低趋势；低盐胁迫下 以0 6m g k g o 硒处理( t 1 ) 的叶片和根系p o d 、c a t 及叶片g s h p x 活 性最高，叶片和根系m d a 含量、s o d 活性最低：高盐胁迫下以1 5 m g k 酉硒处理( t 5 ) 的叶片和根系p o d 、c a t 、叶片g s h p x 活性最 盐胁迫下硒对生菜生长及生理代谢的影响 高，叶片和根系m d a 含量、s o d 活性最低。低盐胁迫下施硒，t 1 和t 2 叶片相对电导率降低，t 3 叶片相对电导率比c k l 稍有增加：高盐浓度下 施硒，叶片相对电导率均显著降低。 3 同一生育期内，随着盐浓度的增加，生菜叶片的p n 、g s 和t r 均显著 降低。前期和中期叶片c i 随盐浓度的增加显著下降，而后期显著上升。 施硒缓解了盐胁迫导致的p n 、g s 、t r 降低和c i 上升幅度。盐胁迫的前 期和中期，均是1 5m g k g 。1 硒处理对生菜p n 、o s 、n 和c i 降低的缓解 效果最好；低盐胁迫的后期，1 5m g k 矿硒处理( t 5 ) 的p n 、g s 、t r 最 高，c i 最低，高盐胁迫的后期，o 6m g k 一硒处理( t 4 ) 的g s 最高，1 5 m g k 一硒处理( t 5 ) 的p n 、t r 最高，c i 最低。 4 同一生育期内，随着盐浓度的增加，生菜叶片可溶性蛋白、脯氨酸和可 溶性糖含量均不同程度增加；根系可溶性蛋白含量前期逐渐增加，中、 后期先升高后降低。盐胁迫下施硒，叶片和根系可溶性蛋白含量、叶片 脯氨酸和可溶性糖含量均比相应对照增加。低盐胁迫下施硒，上述三指 标均在o 6 m g k 一硒处理( t 1 ) 下最高；高盐胁迫下施硒，均在1 5 m g k g 。硒处理( t 5 ) 下最高。 5 随着盐浓度的增加，生菜叶片a b a 含量显著增加，i a a 和g a 含量显著降 低。盐胁迫下施硒可不同程度地降低a b a 含量，提高i a a 和g a 含量。低 盐和高盐胁迫下施硒，均是0 6m g k g 。1 硒处理( t l 、t 4 ) 生菜叶片a b a 含 量降低最多，i a a 和g a 含量升高最多。 关键词：盐胁迫；硒：生菜：生长：生理代谢 2 山东农业大学硕士学位论文 a b s 扛a c t i h ep o te x p e r i m e n to nt 1 1 ee f i e c to ts e l e n i u mo nl e t c u c e( 厶7 咖c d “肼v d v a r c q p i 招ml ) 盯硼a n dp h y s i 0 1 0 百c a lc h a r a c t e r i s t i c su n d e rs a l ts 廿e s s 、v a s c a r r i c do u t t h ei e t t u c ev a r i e t yw a s c a e s a r t h es a l ta n ds e l e l l i l l r nw e r e p r 0 v i d e di nt h ef o r 工no fc a ( n 0 3 ) 2a n dn a 2 s e 0 3r e s p e c t i v e l y t o t a lo f l l i n e t r e a 缸l e n t sw e r es e t ：c k ( c o n 廿o l ，n os a i ta i l dn a 2 s e 0 3a d d e d ) ，c k l ( 2 5 os a l t 淅t h o u tn a 2 s e 0 3 ) ，t 1 ( 2 5 os a l t + o 6m g k g 叫n a 2 s e 0 3 ) ，t 2 ( 2 5 os a l t + 1 5 m g k n a 2 s e 0 3 ) ，t 3 ( 2 5 os a l t + 3 om g k 酉n a 2 s e 0 3 ) ，c k 2 ( 5 o os a l t 、v i t h o u tn a 2 s e 0 3 ) ，t 4 ( 5 o os a l t + o 6m g k g “n a 2 s e 0 3 ) ，t 5 ( 5 o os a i t + 1 5 m g k g - n a 2 s e 0 3 ) a n dt 6 ( 5 o os a l t + 3 om g k 百。n a 2 s e 0 3 ) t h e1 e t t u c e o w m ，a i l t i o x i d a t i o np r o t e c t i v es y s t e ma n dp h y s i o l o g i c a lm e t a b o l i s mw e r c s t l l d i e di nt l l ee x p e r i m e ma n dt h em a i nr e s u l t sw e r ea sf 0 1 l o w s ： 1 t h eg r o w t l lo fl e n u c es t e m ( d i a m e t e r ) w a si n h i b i t e da n dm eb i o m a s s ， r o o t s h o o tr a t i oa 1 1 dy i e l ds i 印m c 鲫t l yr e d u c e d u n d e rs a l ts t r e s s ，e s p e c i a l l y u n d e rh i 曲s “ts t r e s s ( 5 0 o ) a p p l i c a t i o no f s ei n c r e a s e ds t e md i 锄e t e ra n d b i o m a s su 1 1 d e r b o t h1 0 wa 1 1 dh i 曲s a j ts 仃e s s ，t h eb e s te f f e c to fs eo c c u r r e da t 也er n i d d l eg r o w ms t a g eo f l e 仕u c c t h ey i e l d0 f l e 廿u c ei n c t e a s e da tp r o p e r s e l e i l i u mc o n c e n t r a t i o n ( s e ! o 6m g k g “u n d e rl o ws a l ts t r e s s 趾d s e 兰1 5 m g k g _ u i l d e rh j 曲s a l ts t r e s s ) ，u n d e r1 0 ws a l ts t r e s s ，s t e md i 锄e t e ra i l d y i e l do f l e t t u c ew e r eh i 曲e s ti no 6m g k g 1 s et r e a t l n e m ( t 1 ) ；u n d e r h i 业s a l t s t r e s s ，s t e md i 锄e t e ra 1 1 dy i e l dw e r eh i 曲e s ta t1 5 m g k 百1s e ( t 5 ) ；t h eh i 曲e s t b i o m a s so c c u r r e di n0 6 m 晷k g “s e ( t 4 ) a te a r l yg r o w t hs t a g e ，w h i l ei to c c u r r e d a t1 5 m g k g 。s e ( t 1 ) a tm i d d l ea 1 1 di a t e 舒o 、v t hs t a g e 2 i nt h es 锄eg r o w 七h p e r i o d ，w i 也t l l ei n c r e a s eo fs a l tc o n c e n t r a t i o n ，血e a c t i v i t ) ro f p o da n dc a ti nt h ei e a f a n dr o o t ，g s h p xa c t i v i t yi nt h e1 e a f o f l e t t u c ea l ls i g n i f i c a m l yd e c l i n e d ；m d ac o m e n to f l e a fa i l dr o o ta n dr e l a t i v e c o n d u c t 阻c eo f l e a f s i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d ；r o o ts o da c t i v i t yd e c r e a s e d g r a d u a l l y l e a fs o da c t i v 时h a dd i f 挹r e mt r e n d sa td i f 免r e n tg r o w c l ls t a g e ，i t i n c r e a s e d 争a d u a l i yi ne a r l yp e r i od f i r s ti n c r e a s e da i l dt h e nd e c r e a s e di n m i d d l ep e r i o d ，a n dd e c l i n e dg r a d u a l l yi nl a t ep e r i o d ； p o d ，c a ta c t i v i t yi nl e a f ，g s h - p xa c t i v i t yi nm o ta n di e a fs h o w e da i n c r e a s i n g 扛e n d ，w h i i es o da c t i v i t yi nl e a fa 1 1 dr o o ts h o w e dad e c r e a s i n gt e n d b ya d d i n go fs e l e n i u mu n d e rs a ns t 】七s sa sc o m p a r e dw i t ht h ec o r r e s p o n d i n g 盐胁追下硒对生菜生长及生理代谢的影响 c o r 血0 1 p o d ，c a t i nl e a f a n dr o o t ，g s h p xa c t i v 姆i n1 e a f w e r el l i 曲e s t ，a i l d m d a c o n 钯她s 0 da c t i v i t y i n k a fa i l d r o o tw e r e l o w e s ta t 0 6 m g k g _ s e ( t 1 ) m d e r1 0 ws a l ts 订e s s ，a n da t l 5 m g k 百1s e ( t 5 ) l l l l d e rh i 曲s a l ts 仃e s s l e a f r e l a t i v ec o i l d u c t a n c er e d u c e da tt 1a n dt 2 ，m l n ei ti n c r e a s e ds l i g h t l ya tt 3a s c o m p a r e d 谢t hc k lu n d e r1 0 ws a l ts 拓e s s ；啪1 i c 撕o no f s es i 鲥f i c 姐t l y r e d u c e dt l l ei e a f r e i a t i v ec o n d u c 伽c eu n d e rh j g hs a l ts 订e s s a sc o n l p a r e dw i t l l c k 2 3 i 廿1 es 锄eg m w m p e r i o d ，w i 也t h ei n c r c a s eo fs a l tc o n c e n t r a t i o n ，p n ，g s a n dt ri nt h el e a fs i 卿f i c a n t l yr e d u c e d l e a f c is i g n j f i c 趾t l yd e c l i n e di ne a r l y a n dm i d d l ep e r i o d ，w l l i l es i g i l i 丘c a i l t l yi n c r e a s e di i ll a t ep e r i o d a p p l i c a t i o no f s er e l i e v e dm ed e c r e a s et l l ee x t e mo f p n 、g s 、1 ra n di n c r e a s e dn l ee x t e n to f c iu i l d e rs a l ts 仃e s s 1 1 1 ea l l e v i a t i o ne 航c to nm ed e c r e a s eo f p n 、g s 、t ra n d c iw e r et h eb e s ta t1 5m g k g 叫s ei ne a r l ya i l dm i d d i ep e r i o du n d e rs a j ts t r e s s p n ，g sa 1 1 dt r 聃，e r e h i 曲e s ta 工i d c i w a s l o w e s ta t l 5 m g k 酉1s e ( t 5 ) i n l a t e p e r i o du n d e rl o ws a l ts t r e s s g s 啪sh j 曲e s ta to 6 m g k g s e ( t 4 ) a f l dp n 、t r w e r eh i 曲e s ta 1 1 dc iw a s1 0 、e s ta t1 5m g k s e ( t 5 ) i n1 a t ep e r i o du n d e rh i 曲 s a i ts t 呛s s 4 h 血es a m eg r o w 山p 舐o d ，l e a fs 0 1 u b l ep r o t e 氓p m l i n ea n ds o l u b l es u g a r c o n t e mo f l 咖c em li n c r e a s e dw i t l lm ei n c r e a s eo f s a l tc o n c e n t r a t i o n ：r o o 庀 s o l u b l ep r o t e i nc o n t e n tg r a d u a l l yi n c r e a s e di ne a r l yp e r i o da n di n c r e a s e df i r s t 也e nd e c r e a s e di nm i d d i ea 1 1 dl a t ep e r i o d l e a fa i l dr o o tp r o t e i n ，l e a f p r o l i n e a n ds o l u b l es u g a rc o r l t e n tw e r eh i 曲e rt l l a nt h ec o n e s p o n d i n gc o n t r o lb y a d d i t i o no f s d e i l i u mu n d c rs a l ts t r e s s l e a f p r o l i i l ca n ds o l u b l es u g a rc o n t e n t w e r el l i g l l e s ta to 6m g k g _ 1s e ( t 1 ) u n d e rl o ws a i ts 廿e s s ；w h i c hw e r el l i 曲e s ta t 1 5m g k 百s e ( t 5 ) u n d e r1 1 i g hs a l ts t r e s s 5 l e a f a b ac o n t e mo f l e t c l l c es i 朗i n c a l l t l yi n c r e a s e da 1 1 di a a ，g ac o m e n t s i 盟i 6 c a m l yd e c r e a s e dw i t ht l l ei n c r e a s eo f s a l tc o n c e n 订谢0 n a p p l i c a t i o no f s e d e c r e a s e da b ac o m e ma n di n a m s e di a aa n dc ac o m e m su n d e rs a l ts n s s l e a f a b ac o n t e n td e c r e a s e d 山em o s ta 1 1 di a aa n dg ac o n t e n t si n c r e a s e dm em o s ta t o 6 m g k 茸s e ( t 1a n d t 4 ) u n d e rs a l ts t r e s s k 町w o r d s ：s a l ts t r e s s ；s e l e n i u m ；l e t t l l c e ；g r o w t h ；p h y s i o l o g i c a l m e t a b o l i s m 4 山东农业大学硕士学位论文 第一部分文献综述 随着人口的剧增及工业的快速发展，可耕地面积急剧下降，同时不 合理灌溉、耕作等又造成了大量良田的次生盐渍化。目前，全世界可耕 地面积的2 0 和灌溉面积的5 0 均受到不同程度次生盐渍化的影响 ( 砌1 0 a d e s “d ，1 9 9 9 ；j i a i l k a n 2z h u ，2 0 0 1 ) 。土壤盐渍化抑制作物生 长，显著降低产量和品质。为提高盐胁迫下农作物的产量，研究土壤改 良和植物抗盐性就有着极为重要的意义。对植物盐胁迫的反应机制及抗 盐机理的研究，是通过生物工程或其它措施改良并提高其抗盐能力的前 提。本文对盐胁迫下植物的生理生化反应、盐胁迫作用机理及植物耐盐 机制进行综述，并总结了提高植物耐盐性的相关措施以及硒的国内外研 究进展，以期为植物抗盐研究提供理论基础。 1 植物盐害及其生理机制 1 1 盐胁迫对植物的影响 1 1 1 盐胁迫对植物形态发育的影响 盐胁迫对植物形态发育的影响整体表现为抑制组织和器官的生长， 加速发育过程，缩短营养生长期和开花期。盐对佛手瓜的生长及腋芽的 萌动均有抑制作用( 赵建平等，1 9 9 5 ) 。马铃薯试管苗的生长受n a c l ( 0 1 、0 2 、0 3 、o 4 ) 显著抑制，且随着盐浓度的增加各处理间 差异加大( 王新伟等，1 9 9 8 ) 。随盐浓度的增加，番茄幼苗的下胚轴粗 度、侧根数逐渐减少，根干重逐渐降低( 戴伟民等，2 0 0 2 ) 。根据牟永 花等( 1 9 9 8 ) 研究，5 0 、1 0 0m m o l ，ln a c l 使番茄株高和干物质积累均有 不同程度的降低，但对根冠比无影响。用2 5 、5 0m m o i ln a c i 处理黄瓜 幼苗，植株株高、鲜重和干重均降低( 魏国强等，2 0 0 4 ) 。杨秀玲等 ( 2 0 0 4 ) 也发现，随着n a c l 浓度( 7 5 、l o o 、1 2 5 、1 5 0n l r n o l l ) 的增 加，黄瓜幼苗地上和地下部鲜重及根冠比( 剐t ) 均下降。 1 1 2 盐胁迫对植物生理生化代谢的影响 1 1 2 1 水分平衡与质膜透性 l e v l t i 在1 9 8 0 年就指出，不同环境胁迫作用于植物时都会发生水分 胁迫。在盐胁迫下，植物细胞脱水，膜系统遭到破坏，位于膜上的酶功 盐胁迫下硒对生菜生长及生理代谢的影响 能紊乱，各种代谢无序进行，导致质膜透性的改变。而且，高浓度n a c l 可置换细胞膜结合c a 2 + ，使膜结合n a + 增多，膜结构和功能破坏，细胞内 的k + 、磷和有机溶质外渗。刘志媛等( 2 0 0 1 ) 研究发现，8 4m m 0 1 ，l c a ( n 0 3 ) 2 使番茄幼苗细胞质膜透性增大，显著影响膜脂过氧化水平，抑 制番茄生长。 1 _ 1 2 2 光合作用 盐胁迫下，植物组织因缺水而引起气孔关闭，叶绿体受损，光合相 关酶失活或变性，光合速率下降，同化产物合成减少( 郭文忠等， 2 0 0 3 ) 。 叶绿体是植物光合作用的主要场所，而类囊体膜是叶绿体光能吸 收、传递和转换的结构基础，植物进行光能吸收、传递和转换的各种色 素蛋白复合体都分布在类囊体膜上( 朱新广等，1 9 9 9 ) 。盐胁迫下，过 量盐离子积累使类囊体膜糖脂含量显著下降，不饱和脂肪酸含量降低， 而饱和脂肪酸含量升高，从而影响膜的光合特性。由于叶绿素是类囊体 膜上色素蛋白复合体的重要组成部分，所以盐胁迫下叶绿素含量的降低 必将影响色素蛋白复合体的功能，使垛叠状态的类囊体膜比例减小，叶 绿体中基粒数量和质量下降，光合强度降低( m a s l e n k o v 扎甜口， 1 9 9 3 ) ，植物因不能从光合作用中获得自身生长所需的物质和能量，生 长受到抑制。 r 曲i s c o ( 核酮糖一l ，5 一二磷酸羧化酶) 和p e p ( 磷酸烯醇式丙酮酸) 羧 化酶是光合作用的两种重要酶。盐胁迫下，r u b i s c o 活性下降，r l l b p 、磷 酸甘油酸及磷酸三糖含量降低，并抑制p i 再生，降低植物对c 0 2 的吸收 利用，影响光合强度( x i n g i l a n g 甜甜，1 9 9 9 ) 。 1 1 2 3 呼吸作用 呼吸作用提供植物大部分生命活动所需要的能量，同时，它的中间 产物又是合成多种重要有机物的原料。植物积累或拒绝盐离子，合成有 机渗调物来适应或抵抗盐逆境胁迫等一系列过程都要消耗大量的能量， 因此盐胁迫下植物呼吸强度首先增强，后随着时间的延长而减弱。植物 呼吸作用和光合作用既相互对立又相互依存，盐胁迫打乱植物正常呼吸 代谢的同时也影响到植物的光合作用，造成一系列不良的连锁反应。 山东农业大学硕士学位论文 1 1 2 4 物质代谢 盐胁迫会降低植株体内蛋白质的合成速率，相对加速贮藏蛋白的水 解，造成植株体内氨基酸积累，并转化为丁二胺、戊二胺及游离氨 ( n h 3 ) ，当这些物质积累到一定程度时，就会对植物细胞造成毒害。例 如，在轻度盐土上生长的棉花，其叶片的氨含量是正常的2 倍，在重盐 渍土上则是1 0 倍。盐分过多还会引起植株体内腐胺积累，腐胺在二胺氧 化酶催化下脱氨同样造成植株含氨量增加，产生氨害( 沈慧娟等， 1 9 9 2 ) 。 1 2 盐胁迫伤害机理 1 2 1 离子胁迫 土壤含盐量高时，作物被迫吸收盐离子并在体内积累，过量盐离子 的毒害作用使活性氧代谢系统的动态平衡遭到破坏，膜脂过氧化或膜蛋 白过氧化作用造成膜质或膜蛋白损伤，膜透性增加，胞内水溶性物质外 渗，出现盐害。n a c l 胁迫下，由于n a + 的离子半径( 0 0 9 7n m ) 和c a 2 + 的离子半径( o 0 9 9n m ) 非常相似，细胞质和质外体中的n a + 把质膜、液 泡膜、叶绿体膜等细胞膜上的c a 2 十置换下来，但由于n a 十与c a 2 + 的电荷 密度不一样，n a 十对细胞膜不但没有稳定和保护作用，反而破坏膜结构， 导致膜选择透性丧失。同时，由于n a + 、c 1 一大量进入细胞使离子平衡破 坏，特别是c a 2 + 平衡破坏，细胞质中游离c a 2 + 急剧增加，由c a 2 + 介导的 c a m 调节系统和磷酸醇调节系统失调，细胞代谢紊乱甚至伤害致死( 王 宝山等，1 9 9 7 ) 。 盐离子的过量吸收抑制另一些营养元素的吸收，从而引起作物缺素 和生育障碍。如n a + 过多会影响植株对k 十、c a 2 + 、m f + 等离子的吸收， c l 。与s 0 4 2 一吸收过多会降低对h p 0 4 吸收。随着土壤含盐量的增加，番茄 幼苗对各营养元素的吸收量减少，当含盐量3 0g ，k g 时，养分吸收量剧 减，以k 和c a 的表现明显( 卢丽萍等，2 0 0 0 ；李彦等，2 0 0 2 ) 。这可能 因为，低盐下k 优先被根吸收，不受n a 的抑制，但k 可抑制n a 进入： 高盐下离子的选择吸收性差，n a 对k 的抑制大于k 对n a 的抑制。这种 不平衡吸收不仅造成营养失调，抑制生长，而且会产生单赫毒害。 1 2 2 渗透胁迫 盐胁迫下硒对生菜生长及生理代谢的影响 早在9 0 年代以前，s c h i m p e r ( 1 8 9 8 ) 就提出生理干旱这个概念，用 来解释盐害的机理，认为在盐分胁迫下植物生长受到抑制是由于水分亏 缺造成的。植物水分亏缺的原因是因为土壤中含有大量可溶性盐，降低 了土壤渗透势，使根系吸水困难或根本不能吸水。所以，在盐碱地区， 虽然土壤含水量很大，但由于含盐量也很高，植物吸水不足容易导致生 理干旱。 2 植物耐盐的机制 2 1 拒盐机制 小麦、甜菜和玉米在一定浓度的盐胁迫下，根中n a ? 比地上部高3 7 倍，而高粱在1 0 0m m o i ，l n a c l 胁迫下7d ，其根和茎基部木质部液中n a 十 比穗轴木质部液中的n a + 高十几倍，叶片中n a + 远低于根和茎基部 ( b a o s h a l l 甜耐，1 9 9 7 ) ，这说明作物有明显的拒盐机制。作物拒盐机制 包括以下过程：( 1 ) 作物根细胞不吸收n a + ，即使有n a + 进入也可通过 质子泵将其排出胞外，这可能与作物及品种的细胞质膜有关。( 2 ) 作物 把吸收的n a + 贮存封闭于根、茎基部、节、叶鞘等处薄壁细胞的中央液泡 中，阻止n a 十向叶片运输，这在高粱( 王宝山，1 9 9 6 ) 中已得到证实。 ( 3 ) 吸收的n a + 在木质部向上运输过程中被木质部或韧皮部传递细胞吸 收，分泌到韧皮部中运回根部，再排到环境中，这在菜豆( d r e w 甜口， 1 9 8 7 ) 和高梁中均已得到证明。( 4 ) 由于植物对无机离子的选择吸收， 尤其是n a + 侬+ 的选择吸收，作物根吸收的n a + 向地上部特别是叶片和籽 粒的运输选择性降低，而k + 运输选择性增加。许多植物的延伸组织中含 有较高浓度的k + 可能与该植物的抗盐性有很大关系( k b 砷m 甜口， 1 9 9 5 ) 。所有植物在一定程度上都具有选择吸收n a + 或k 十的功能 ( g o 妇n ，1 9 9 3 ) 。g l e m 等( 1 9 9 2 ) 发现，在很多盐生植物中，选择 吸收k + 与植物的抗盐性密切相关。另一方面，很多非盐生植物选择吸收 k + 而排斥n a 十，尤其在细胞质中，利用较高浓度的k 十进行渗透调节，以 提高抗盐性( h a j i b a 曲e r i “口，1 9 8 9 ) 。 2 2 离子在细胞水平上的区隔化 在盐生植物和非盐生植物中都存在离子区隔化，这说明离子区隔化 可能是植物所普遍具有的能力( f u s u o 甜4 ，1 9 9 3 ) 。盐生植物和非盐生 山东农业大学硕士学位论文 植物的离子区隔化功能不同，盐生植物一般将吸收的盐离子积累在液泡 中而与细胞质隔离开，使细胞质免受盐离子的毒害。而非盐生植物般 尽量减少对有害盐离子的吸收，同时将吸收的盐离子输送到老的组织储 存起来，以牺牲老的组织为代价，保护幼嫩组织( c h e e s e m a l l 盯甜， 1 9 8 8 ) ：或者是在细胞质中合成有机小分子物质以平衡内外渗透势。但 是，过多合成有机小分子物质会减少细胞生长的碳源，抑制生长。 盐离子的区隔化作用依赖于可完成离子流动的跨膜蛋白、h + - a t p a s e 、p p a s e 、c a 2 + a t p a s e 、次级转运蛋白和各种离子通道蛋白。细胞 膜或液泡膜上的h + a t p a s e 、h + - p p a s e 两种质子泵通过水解a t p 或焦磷 酸( p p i ) 产生能量将h + 进行定向运输( m i c h e l e t 酣n ，1 9 9 5 ) ，将其泵 出细胞形成跨膜电势梯度，这样，与质子泵活动紧密相联、在细胞膜和 液泡膜上的n a + h + 逆向运输载体( v o l k m a r “日f ，1 9 9 8 ) 就会顺电势梯度 将n a 十运入胞内，同样机制下又将之运入液泡内，降低泡内渗透势。在高 盐环境中，n a + h + 逆向运输载体的合成及其活动都会受到抑制，但是， 通过提高细胞膜上不饱和脂肪酸的含量可以消除这种阻碍因素的影响 ( a u a k h v e r d i e v e fa f ，1 9 9 9 ) 。n a + 压r 逆向运输载体保证了n a + 在液泡中 的区域化，大大降低了液泡的渗透势，减轻了n a + 对细胞质的伤害，因此 与盐生植物的抗盐性有很大关系。 2 3 渗透调节 作物在高盐胁迫下，细胞从外界吸收无机离子的同时，自身合成许 多有机小分子物质，作为渗透调节剂共同进行渗透调节降低细胞水势， 使水分的跨膜运输朝着有利于细胞生长的方向进行，保证作物的生理需 要。渗透调节机制分为无机渗透调节和有机渗透调节。无论是盐生植物 还是非盐生植物，都是通过从外界吸收盐离子和自身合成有机小分子物 质来进行渗透调节，只是在不同的植物中，进行渗透调节的无机离子和 有机小分子物质的种类和比例不一样。盐生植物以无机离子为主要渗透 调节剂，而非盐生植物则以k + 和有机渗透调节物质为主( 赵可夫， 1 9 9 3 ) 。 2 3 1 无机渗透调节 9 盐胁迫下硒对生菜生长及生理代谢的影响 参与渗透调节的无机离子主要有n a t 、k + 和c l 一( r o “g u e z 甜讲， 1 9 9 7 ) ，不同植物对离子的选择性不同，有些植物选择c 而排斥n a + ( 如 很多非盐生植物) ，有些植物则选择n a + 而排斥c 。也有报道认为许多盐 生植物吸收c 作为主要渗透调节剂( m a l l s o u r 甜口，2 0 0 4 ) 。h a j i b a 曲e r i 等 报道，一些非盐生植物由于体内积累了大量的c ，抗盐能力显著提高。 2 3 2 有机渗透调节 植物自身合成的有机小分子物质有脯氨酸、甜菜碱、多胺、甘油 醇、山梨醇和肌醇以及一些多糖分子。这些物质极性电荷少，溶解度 高，分子表面有较厚的水化层，因此不仅可以维持细胞的膨压，而且还 能稳定细胞质中酶分子的活性结构，保护其不受盐离子的直接伤害( 卢 青，2 0 0 1 ) 。这些小分子物质在正常情况下含量往往很低，只有在盐胁 迫等逆境条件下合成反应才被激活。 脯氨酸在细胞质中合成，p 5 c r ( 吡咯啉一5 ，羟酸还原酶) 和p 5 c s ( 吡咯啉- 5 ，- 羟酸氧化酶) 是脯氨酸生物合成过程中的两个重要酶，后 者是限速酶( h o n g 甜口，2 0 0 0 ) 。 甜菜碱作为渗调剂、酶的保护剂，在一定程度上保持盐胁迫下细胞 膜的完整性。另外，甜菜碱对类囊体膜也有稳定作用，并显著提高光系 统i i 光合放氧的稳定性( 陈少良等，2 0 0 1 ) 。由胆碱经甜菜碱醛合成甘 氨酸甜菜碱在甜菜碱生物合成途径中占主导地位，主要由胆碱单氧化酶 ( c m o ) 和甜菜碱脱氢酶( b a d h ) 完成。 甘露醇、山梨醇和肌醇都属于多元醇，因含多个羟基，亲水性强， 能有效的维持细胞膨压，从而起到抗盐作用( 刘风华，2 0 0 0 ；王慧中， 2 0 0 0 ) 。 3 提高植物耐盐性的途径 弄清植物耐盐机理，培育抗盐品种，是研究植物抗盐的最终目的。 植物的耐盐性是由多基因控制的，是多种性状的综合表现。近年人们通 过传统杂交育种、海水灌溉筛选，甚至利用基因工程手段培育抗盐品 种，虽然取得了一些进展，但至今尚无真正高抗的品种。为此，人们尝 试着利用多种手段提高作物的耐盐性。 1 0 山东农业大学硕士学位论文 3 1 培育耐盐品种 充分利用作物的耐盐基因培育耐盐品种，是提高作物耐盐性最根 本、经济、有效的途径。植物耐盐分子机制的研究和生物技术的日臻完 善，给高效耐盐品种选育带来了希望。目前，科研工作者主要按照以下 途径开展育种工作。 3 1 1 对现有植物进行耐盐性筛选 筛选利用耐盐物种是相对便捷的方法，国内外研究人员对多种作物 和林木开展了耐盐性鉴定工作：国外主要对经济作物和造林树种；国内 主要针对小麦、棉花、番茄等作物或一些林木。尹江等( 2 0 0 5 ) 通过对 马铃薯亲本材料试管苗的耐盐性鉴定，筛选出3 5 份不同成熟期的耐盐亲 本，为耐盐碱新品种的选育提供了优质材料和科学依据。王志刚等 ( 2 0 0 0 ) 对1 2 个树种进行筛选，认为沙枣、沙棘、怪柳属适于粗放管理 模式盐碱地推广造林。 3 1 _ 2 利用现代生物技术育种 现代生物技术涉及组织培养、体细胞变异、体细胞杂交、基因工程 等方面。生物技术的蓬勃发展，使耐盐育种的方法更加丰富，加快了育 种进程。 分子生物学的发展，使人们能够从基因组成、表达调控及信号传导 等方面深入认识植物的抗盐机理。目前已经在植物抗盐的形态学、生理 生化、生物物理、生态及细胞遗传学等方面取得了广泛进展，并克隆到 来自微生物等有机体的编码生化代谢关键酶和传导盐胁迫信号的一些重 要基因。通过基因工程手段，采用重组d n a 和转基因技术向栽培植物导 入外源抗盐目的基因，已成为改良植物抗盐性的新途径。 3 1 2 1 渗透调节基因 脯氨酸、甜菜碱、胆碱、多元醇等是盐胁迫下植物体内主动积累的 小分子物质，因此，编码这几种物质的关键基因成了重要的耐盐基因， 如p 5 c s ( 脯氨酸合成酶) 基因、b a d h ( 甜菜碱醛脱氢酶) 基因、m t l d ( 6 磷酸甘露醇脱氢酶) 基因和g u t d ( 6 一磷酸山梨醇脱氢酶) 基因 ( s 倒z 1 1 0 v 甜甜，1 9 9 7 ) 。 盐胁迫下硒对生菜生长及生理代谢的影响 1 9 9 5 年飚s h o r 等通过转p 5 c s 基因获得转基因烟草，耐盐性比对照 有所提高( 1 9 9 5 ) 。l i uj i p i n g ( 1 9 9 7 ) 在研究中也发现，拟南芥s o s l 突 变体耐盐性和脯氨酸含量均高于野生型。苏金等( 1 9 9 9 ) 用乌头叶菜豆 p 5 c sc d n a 植物表达质粒转化水稻，得到的转化水稻幼苗具有一定的抗 高盐胁迫能力。s a w a l l e l 等( 2 0 0 2 ) 通过花粉管法把p 5 c sc d n a 导入小 麦，证明其已整合到染色体组上并有效提高了耐盐能力。 b a d h 基因已分别从大麦、水稻、菠菜、山菠菜、甜菜等植物中相 继克隆出，并转入烟草、水稻、小麦、草莓、豆瓣菜等植物，转基因植 物的耐盐性均有提高( 刘风华等，1 9 9 7 ) 。王淑芳等( 2 0 0 1 ) 研究发 现，转b e t a 基因( 细菌甜菜碱脱氢酶基因) 番茄能在1 1 7 n a c l 下正常 生长，其抗盐能力比对照有较大提高。中国水稻研究所黄大年研究员主 持的转基因水稻研究近年来获得了重大进展，胆碱单氧化酶( c o m ) 等 5 个耐盐相关基因被成功导入水稻中，得到了可在0 7 5 n a c l 环境中生 存的植株。 目前已将i n n d 基因和g u t d 基因中单价或双价基因在烟草、水稻、 玉米等植物中进行了遗传转化并得到表达( 王慧中等，2 0 0 0 ) ，使转基 因植株的耐盐性得到不同程度的提高。其中转m t l d 基因的烟草可产生甘 露醇，耐盐性可达1 4 6 n a c l ( 刘俊君等，1 9 9 6 ) ；转g u t 基因的玉米 产生山梨醇，耐盐性可达1 1 7 n a c l ：转m t l d 刚d 双价基因烟草的耐 盐性可达2 o n a c l ( s h e v e l e v a 甜甜，1 9 9 8 ) 。不同糖醇在转基因烟草中 的积累也可能具有协同( 或累加) 效应，能更大程度地提高植物耐盐性 ( 刘俊君等，1 9 9 5 ) 。另外，h t l ( 肌醇甲基转移酶) 基因也是与耐盐性有 关的基因，己从冰草的c d 州a 文库中分离到( v e m o n e “i f ，1 9 9 2 ) ，该基因 在盐碱诱导下表达，能减少生理性干旱造成的损失而使植物耐盐。 3 1 2 - 2h + a t p a s e 基因和n a + ，旷逆向转运蛋白基因 h + a t p a s e 基因和n a + ，一逆向转运蛋白基因是与离子平衡有关的重 要基因。旷a t p a s e 是质膜和液泡膜上的一种h + 泵，维持质膜的n a + 、 c 1 浓度。n i u 和p e r e z p r a t 在研究中证明盐可诱导滨黎根和叶子质膜上 矿一a t p a s e 基因的表达。编码细胞膜或液泡膜上n a + h + 逆向运输载体的 n h x l 于1 9 9 7 年首次从酵母中克隆，两年后从拟南芥中克隆到同源基因 山东农业大学硕士学位论文 a t n h x l 。a p a s e 与z h a n g 等将a t 一 ) ( 1 分别转入拟南芥和番茄，发现 二者耐盐性均提高。 3 1 2 3l e a 蛋白基因 l e a 蛋白即种子胚胎发生后期富集蛋白，具高度亲水性和热稳定 性，并具有高度保守的氨基酸序列，可中和浓度过高的离子、水通道， 在受盐胁迫的营养组织中表达可以保护大分子和膜蛋白。从大麦、小 麦、水稻、棉花、油菜、玉米、大豆等作物中都已克隆到相应的l e a 基 因。用基因枪轰击法将来源于大麦胚发育后期的高丰度蛋白基因h v a l 导入水稻中，结果表明，转基因水稻提高了对水分和高盐胁迫的耐性 ( x u 甜口，1 9 9 6 ) 。 3 1 2 4s o d 等基因 植物的抗氧化防御系统主要由超氧化物歧化