（植物学专业论文）盐碱化土壤中四种常见盐分对碱地肤的胁迫作用比较.pdf

摘要 根据内陆盐碱地所含盐分的特点 将中性盐n a c i 和n a 2 s 0 4 碱性盐 n a h c 0 3 和n a 2 c 0 3 按不同浓度对碱地肤苗进行单盐胁迫处理 测定其日相对生 长率 r g r 等4 项胁变指标 通过对单盐胁迫下碱地肤生理响应的比较分析 探讨四种单盐胁迫的作用特点与各自差异 以期为最终阐明天然盐碱混合胁迫作 用机制奠定基础 实验结果表明 1 碱地肤对四种单盐胁迫的最高耐受浓度不同 其顺序是 n a c l 1 0 0 0 m m o ll 1 n a 2 s 0 4 8 0 0 m m o l r l n a h c 0 1 6 0 0 m m o l l l n a 2 c 0 3 1 7 5 m m o ll 1 对中性盐的耐受浓度高 对碱性盐的耐受浓度低 尤其是对 n a 2 c 0 3 耐受浓度最低 仅为1 7 5m m o ll 1 可见 不同盐的胁迫强度明显不同 2 低强度的中性盐n a c i 3 0 0 r e t o o l l l 以下 或n a 2 s 0 4 5 0 m m o ll 1 不 但不抑制生长反而刺激生长 碱性盐和高于一定浓度的中性盐对碱地肤的生长具 有明显的抑制作用 而且随盐浓度增高生长抑制作用增强 在相同的钠浓度下进 行比较 碱性盐对生长的抑制作用明显大于中性盐 四种盐对碱地肤茎叶和根生 长的抑制作用大小顺序相同 都是n a 2 s 0 4 n a c l n a h c 0 3 n a h c 0 3 n a c i n a 2 s 0 4 中性盐尤其是硫酸盐相对危害较轻 而碱性 盐特别是二价碳酸盐危害最为严重 据此 通过分析盐碱土中主要阴离予的种类 及其含量即可对其盐碱化程度及治理难度做出科学的评价 关键词 碱地肤 单盐胁迫 相对生长率 r g r 中性盐 碱性盐 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r so f t h es a l tc o m p o n e n t si ns a l t a l k a l i n es o i l f o u rs a l t s i n c l u d i n gt w on e u t r a ls a l t s n a c ia n dn a z s 0 4 a n dt w oa l k a l i cs a l t s n a h c 0 3a n d n a 2 c 0 3 w e r es e l e c t e dt o t r e a tt h es e e d l i n g so fk o c h i as i e v e r s i a n aa tv a r i o u s c o n c e n t r a t i o n s t h er e l a t i v eg r o w t hr a t e r g r m a l o n d i a l d e h y d e m d a a n dw a t e r c o n t e n tw e r ed e t e r m i n e dt oa n a l y z ea n dc o m p a r et h ep h y s i o l o g i e a lr e s p o n s e so f 足 s i e v e r s i a n at of o u rs i n g l es a l ts t r e s s e s t h es t r e s st r a i t so ff o i l l s i m p l e xs a l t sa n d d i f f e r e n c e sa m o n gt h e m w e r ed i s c u s s e di no r d e rt ol a yaf o u n d a t i o nf o rc l a r i f y i n gt h e m e c h a n i s mo f n a t u r a lm i x e ds a l t a l k a l i n es t r e s s t h er e s u l t ss h o w e da sf o l l o w s 1 f o r 足s i e v e r s i a n a t h et o l e r a b l ym a x i m a l c o n c e n t r a t i o n so f d i f f e r e n ts a l ts t r e s s e sw e r ed i f f e r e n t t h es e q u e n c ef r o mh i g ht ol o w w a sn a c l 1 0 0 0m m 0 1 l 1 jn a 2 s 0 4 8 0 0m m 0 1 r n a h c 0 3 6 0 0m m 0 1 l 1 a n d n a 2 c 0 30 7 5m m 0 1 l 1 1 i ti sc l e a rt h a tt h et o l e r a b l yc o n c e n t r a t i o nf o rn e u t r a ls a l t w a sl l i g h e rt h a nt h a tf o ra l k a l i cs a l t e s p e c i a l l yf o rn a 2 c 0 3 i t st o l e r a b l yc o n c e n t r a t i o n w a st h el o w e s ta n do n l y1 7 5 m m o ll 1 t h i ss u g g e s t e dt h a tt h e r ew a sd i s s i m i l a rs t r e s s i n t e n s i t yf o rd i f f e r e n ts i m p l e xs a l ts t r e s st op l a n t 2 t h eg r o w t ho f 足s i e v e r s i a n aw a s n o ti n h i b i t e d o nt h ec o n t r a r y w a ss t i m u l a t e du n d e rl o w e rn e u t r a ls a l ts t r e s sc o e l o w 3 0 0m n o ll 1n a c lo r5 0n n n 0 1l 1n a 2 s 0 4 u n d e ra l k a l i es a l to rn e u t r a ls a l to v e r c e r t a i nc o n c e n t r a t i o ns t r e s s e s t h eg r o w t ho f 足s i e v e r s i a n aw a so b v i o u s l yi n h i b i t e d a n de f f e c t so fi n h i b i t i o ni n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gt h ec o n c e n t r a t i o no fs a l t b y c o m p a r i n ga tt h es a m ec o n c e n t r a t i o no f n a 1t h ei n h i b i t i n ge 任b c t so f a l k a l i cs a l t sw e r e g r e a t e rt h a nt h a to fn e u t r a ls a l t t h eo r d e r so fi n h i b i t i o ni n t e n s i t yo ff o u rs a i t st ot h e s h o o t so rr o o t so f尼s i e v e r s i a n aw e r es a m e a n da l lw e r e n a 2 c 0 3 n a h c 0 3 n a c i n a 2 s 0 4 3 u n d e rn a 2 s 0 4 n a c l a n dn a h c 0 3s t r e s s e s t h em d ac o n t e n tw a sn e a r l yn o tc h a n g e dw i t hi n c r e a s i n gs a l i n i t y w h e r e a st h em d a c o n t e n tw a so b v i o u s l yi n c r e a s e du n d e rn a 2 c 0 3s t r e s s w h i c hs h o w e dt h a tt h ee e l l u l a x m e m b r a n es y s t e mc o u l db ei l l j u r e da n dm e t a b o l i s mc o u l db ei n t e r f e r e di nn a 2 c 0 3 s t r e s s a n dc o n l dn o tb ei n j u r e di no t h e rt h r e ek i n d so fs a l ts t r e s s 4 t h ei n h i b i t i n g e x t e n t so ff o u rs a l t st or o o t sw e r es t r o n g e rt h a nt h a tt os h o o t s 5 u n d e rf o u rs a l t s t r e s s e s t h ew a t e rc o n t e n to f 豇s i e v e r s i a n n ad e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gs a l t c o n c e n t r a t i o n h o w e v e r r e l a t i v eh j g hw a t e rc o n t e n ts t i l lr e m a i n e de v e nu n d e ra n i n t e n s es a l ts t r e s s w h i c hm i g h tb ea 仃a l to f 尼s i e v e r s i a n at or e s i s ts a l t a l k a l i n es t r e s s a c c o r d i n gt ot h ea l lo fa b o v e w ec a ng e tac o n e l u s i o na sf o l l o w s t h es t r e s s e f f e c t so ff o u rm a i ns a l t si nn a t u r a ls a l t a l k a l i n es o i lo np l a n ta r ed i f f e r e n t t a k i n g 五 s i e v e r s i a n af o ra l le x a m p l e t h ed e l e t e r i o u so r d e ri sn a 2 c 0 3 n a h c 0 3 n a c i n a 2 s 0 4 t h en e u t r a ls a l t e s p e c i a l l yn a 2 s 0 4 i sl e s sh a r m f u l a n d 廿l ea l k a l i cs a l t e s p e c i a l l y n a 2 c 0 3 i sm o r eh a r m f u l h e r e b y as c i e n t i f i cj u d g eo fs a l t a l k a l i z a t i o nd e g r e ea n d r e c o v e r yd i f f i c u l t yf o rs a l t a l k a l i n es o i lc o u l db ea c h i e v e d b ya n a l y z i n gt h es p e c i e s a n dc o n t e n to f a n i o ni nas a l t a l k a l i n es o i l k e y w o r d k o c h i as i e v e r s i a n a s i m p l e xs a l ts t r e s s r e l a t i v eg r o w t hr a t e 偎g r n e u t r a ls a r a l k a l i es a l t h i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地 方外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含 为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意 学位论文作者签名 茎壹i 丛日期 宣塑z 主 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留 使用学位论文 的规定 即 东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 本人授权东北师范 大学可以将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 缩印或其它复制手段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后适用本授权书 0 学位论文作者签名 燃 指导教师签名 乏丕丝兰 二笔厶 日 期 国吐 主 日 期 磊群毒z 召 钾 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 电话 邮编 引言 据联合国教科文组织和粮农组织的不完全统计 世界盐渍土的面积约为1 1 0 9 h m 2 亚洲约为3 9 9x1 0 8 h m 2 这些盐渍土约占世界土地总面积的1 0 我国 盐渍土就约有2 5 0 0 万公顷 其中盐碱耕地约6 6 0 万公顷 分布也十分广泛 据 国家统计局资料显示 1 9 9 7 年我国盐碱地面积约为7 7 1 0 6 h m 2 目前 受全球 气候变化 人口不断增长 工业污染加剧 灌溉农业的发展和化肥使用不当等影 响因素 土壤盐碱化日趋严重 使农业生产的可持续发展受到威胁 lj 治理碱斑 改良碱化草地 开发利用盐碱土资源已是迫在眉睫 因此开发利用盐碱地 提高 盐碱耕地的作物产量 对增加粮食产量具有十分重要的意义 基于全球土壤盐碱化日益严重的现实 使得人们对盐碱胁迫及植物抗盐碱生 理的研究格外关注 研究工作不断深入b3 j 有关盐激蛋白 7 l 抗盐基因 9 一o 抗盐机制 1 1 1 等研究已有报道 然而 我们也知道 在自然界的致害盐中 除了n a c l 为主的中性盐外还有以n a 2 c 0 3 为主的碱性盐 由于土壤盐化和碱化往 往相伴发生 所以长期以来人们将士壤可溶性盐分的增加笼统地称为 土壤盐 碱化 在全球大约1 5 1 0 1 9 h m 2 的土地中有2 3 的盐土和3 7 的苏打土 1 2 1 在 我国 东北草原上的碱化草场已达7 0 以上 事实上 由n a 2 c 0 3 n a h c 0 3 等碱性 盐所造成的土壤碱化问题可能比由n a c l n a 2 s 0 4 等中性盐所造成的土壤盐化问题 更加严重 研究表明 对于植物体来说 作为盐胁迫中性盐和碱性盐有显著的不 同 不仅表现在作用机制方面而且表现在植物生理反应方面 研究证明 中性盐 胁迫和碱性盐胁迫是两种不同性质胁迫 它们应该相应她称为盐胁迫和碱胁迫 1 1 3 1 盐胁迫对植物的伤害作用主要是渗透胁迫 离子毒害和离子失衡 植物对 盐胁迫的生理适应过程也以渗透调节和抵制离子毒害为主 而对碱胁迫来说 除 了上述因素外 还有高p h 值伤害 并已经证明了后者是一个很重要的因素睁 近些年来 虽然在认识植物抗盐机制方面有了长足进展 但在碱性盐胁迫方面 除了少数研究以外还是涉及的不多 因此为了明确盐 碱两种胁迫的异同 探讨 植物抗盐 抗碱两种属性的关系 有必要对四种单盐两种胁迫进行系统的对比研 究 揭示植物响应碱胁迫的生理和分子机制 这必然为作物抗逆性育种提供重要 的参考依据 陆生植物生长的固定性决定了它们只有不断对环境变化做出晌应 增强其抗 逆性 才能维持其生存 已有大量实验证实 在矿质元素胁迫等逆境条件下 植 物往往可以通过生理上的一系列变化 增加体内物质代谢调节和分泌物的释放 从而直接或间接提高植物养分吸收的有效性 增强其抗逆性 1 5 1 而自然界中 盐碱土所含盐分的种类很多 其中中性盐以n a c l 和n a 2 s 0 4 为主 碱性盐则以 n a 2 c 0 3 n a h c 0 3 为主 l 植物的盐害及盐胁迫对植物生长的影响 1 1 植物的盐害顾名思义 盐害指土壤中可溶性盐类过多对植物的不利 影响 这种影响是多种多样的 但主要危害有三个方面 1 q 1 1 1 生理干旱土壤盐分过多使植物根际土壤溶液渗透势降低 根据水 从高水势向低水势流动的原理 这就给植物造成一种水逆境 植物吸收水分困难 此时植物要吸收水分 必须形成一个比土壤溶液更低的水势 否则植物将受到与水 分胁迫相类似的危害 处于生理干旱状态 如一般植物在土壤盐分超过0 2 0 5 时出现吸水困难 盐分高于0 4 时植物体内水分易外渗 生长速率显著下降 甚至导致植物死亡 1 1 2 特殊离子的毒害盐分过多的土壤环境的一个特点是某些离子浓度 过高 而毒害植物 这就是盐类离子对植物的特殊效应 高浓度盐分首先影响原生 质膜 改变其透性 由于膜的透性变化致使植物吸收某种盐类过多而排斥了对另 一些营养元素的吸收 从而 植物细胞内部的离子种类和浓度也就发生变化 这种 不平衡吸收 不仅造成营养失调 抑制了生长 同时还产生单盐毒害作用 即当溶液 中只有一种金属离子 对盐碱土而言主要为钠离子 时 对植物起较强的毒害作用 如n a 浓度过高时 植物会受到n a 的毒害 减少对k 十的吸收 同时也易发生p 0 4 3 和c a z 的缺乏症 1 1 3 破坏正常代谢由于盐胁迫影响了膜的正常透性和改变了一些膜结 合酶类活性 引起一系列的代谢失调 1 光合作用 盐分过多使p e p 羧化酶和 r u b p 羧化酶活性降低 叶绿体趋于分解 叶绿素被破坏 叶绿素和类胡萝卜素的 生物合成受阻 气孔关闭 使光合速率下降 影响作物产量 2 呼吸作用 一般来说 低盐时植物吸收受到促进 而高盐时受到抑制 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 3 蛋白质合成 盐分过多对蛋白质代谢 影响比较明显 抑制合成促进分解 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氨酸和蛋氨酸合成减少 从而使蛋白质 含量减少 4 有毒物质 盐胁迫使植物体内积累有毒的代谢产物 如蛋白质分解 的产物游离的氨基酸 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 1 2 盐胁迫对植物生长的影响 当外界盐度超过植物的生长极限盐度时 植物质膜透性 各种生理生化过程 和植物营养状况受到不同程度的伤害 最后使植物的生长发育受到不同程度的抑 制 抑制程度的大小 与盐分胁迫强弱和暴露于盐分中的时间长短有关 一般说 盐分胁迫越强 暴露于盐分胁迫下的时间越长 植物生长发育受到的抑制的程度 越大 即 盐分抑制程度 盐分胁迫大小 时间 p p 代表不同植物对盐分胁 2 迫的响应系数 即抑制效应 l7 1 1 2 1种子萌发盐分对大部分盐生植物种子萌发也会产生抑制作用 盐 生植物一般都具有一定的抗盐能力 但其种子的萌发在淡水中最好 在盐溶液中 则受到抑制 其原因可能与盐生植物种子中不含盐分有关 由于其含盐很少 其 渗透势当然很高 在低水势盐溶液中就很难获得萌发所需的足够水分 1 2 2生长盐分对植物的最普通和最显著的效应就是抑制生长 植物为 了生存 它必须与其生长环境保持一种平衡状态 当生长在低水势土壤中 植物 必然要增大细胞质的浓度 使细胞水势低于外界生境的水势 才能保持植物细胞 正常吸水 因此植物必须额外吸收定量的矿物质元素和合成一定量的可溶性的有 机物质 增大细胞质的浓度 降低水势 这就必然要消耗能量 则植物生长所需 的能量将会减少 生长就必然降低 g r i e v e 等报道了盐分使小麦生殖结构的发生 提早进行 加速了植物的成熟 1 s 1 9 j 此外 盐分还降低叶原基的发生率 减少叶片数 在生殖期 盐分延迟了小麦的分蘖 2 0 l 1 2 3 发育盐分对植物发育也具有显著的影响 n a c i 对许多品种如水稻 和桃树的开花具有延迟效应 对桃树的果实还可催熟 并能促进落叶 有人研究 得出n a c l 胁迫对棉子萌发及幼苗生长的影响是低浓度n a c l 对种子萌发幼促进 作用 高浓度n a c i 则抑制种子萌发 发芽率急剧下降 棉花幼苗生长均不同程 度地受到盐胁迫的影响 盐浓度愈高 抑制幼苗生长愈显著 棉花幼苗对盐胁迫 的适应调节主要表现在根部 棉子萌发及幼苗生长耐盐适宜浓度极限为0 5 n a c l 2 n a c l 也会使一些盐生植物出苗率明显降低 2 2 1 盐分对盐生植物的发育 也会产生一定的影响 盐分对光合碳同化的影响很多实验表明 盐胁迫降低了r u b p 羧化酶的活性 和含量 从而降低了r u b p 及p i 的再生等 而这两种物质再生能力的大小对碳还原 循环是至关重要的 弘2 5 1 盐胁迫除了影响植物的光合 碳代谢途径以及植物 激素的水平 还引起植物呼吸作用 氮素和蛋白质代谢 硫代谢和生物固氮活动 的改变 低盐浓度下 植物的呼吸增强 蛋白质合成受到促进 植物的生理活动朝着 有利于其适应盐胁迫的方向发展 所以经过一段时间在低盐环境下的锻炼后 一些 植物可以忍受较高盐浓度的胁迫 而在高盐浓度下 植物的呼吸作用受到损害 蛋 白质合成也被抑制 加上光合作用被抑制 使植物的生长受到严重的阻碍 2 6 2 植物的盐适应及抗盐机理 植物的抗盐机理实际就是解决高盐分浓度环境下植物如何生存的问题 即植 物如何实现既要从低水势的介质中获取水分和养分 又不影响本身的代谢和生长 发育的双重目标 植物的抗盐机理主要有3 种 一是避让 a v o i d a n c e 逃避盐 害 通过降低盐类在体内积累 从而避免盐类的危害 二是忍耐 t o l e r a n c e 忍 受盐害 通过生理的或代谢的适应而忍受已进入细胞的盐类 三是缓解 a m e l i o r a t i o n 1 2 7 1 2 1植物的避盐机理 植物的拒盐 顾明思义是不让外界盐分进入体 内 从而避免盐分胁迫 它主要依靠细胞对盐的不透性来适应盐渍化环境 有些植 物可通过细胞质膜的调节降低根细胞对某些离子的透性而 拒绝 一部分子离子 进入细胞 w a i s e l 等研究表明 根对盐的过滤作用是最重要的拒盐机制 可阻止 8 0 的盐分通过蒸腾流从根表面进入茎 有一类植物往往通过缩短生长周期 避开 高盐分季节或者使盐敏感时期处于低盐季节来避免盐害 22 植物的缓解机理盐生植物的缓解机理主要有固定 化学去活作 用 稀释和泌盐几种形式 固定 将盐分聚积于尽可能远离代谢中心的地方 在组织上尽可能让盐分固定 于远离同化器官的根部 老叶和分蘖芽 有些植物将进入根部的离子贮存在根部 而不向地上运输或只运输一少部分 有些植物可将吸收的盐分转移到老叶中积累 老叶最后脱落 以此来阻止盐分在体内的积累 降低植物整体的盐浓度 免于离子 毒害 在细胞上 则尽可能固定在原生质以外的细胞壁上 因为细胞壁的果胶质具 有固定盐分的能力 化学去活作用 主要针对的是一些有毒离子 如a 1 3 z n 2 c u 等 植物根部能 向土壤分泌有机酸和氨基酸类等根系分泌物 它们与土壤溶液中的某些离子起螯 合或络合作用 使离子失去毒性 在一定范围内能减少盐分进入细胞内c a 2 盐也可 以螯合作用而发生固定 有些植物通过薄壁细胞组织大量增生 吸收和储藏大量 水分或使叶片或茎部不断增加其肉质化程度 当植物吸收过多的盐离子时 由于其 本身发达的薄壁组织含有充足的水分 使进入植物体的盐分被稀释 即通过吸水与 加快生长速率 以冲淡细胞内盐分浓度 使植物体内的盐浓度始终保持在较低的水 平 泌盐 指植物吸收了盐分并不在体内积存而主动地排泄到茎叶表面 而后通过 雨水冲刷 风吹 昆虫粘附等方式脱落 从而降低植物体内的盐分 这是盐生植 物最通常的方式 如柽柳 t a m a r i x s p 和匙叶草 s t a t i c a s p 等 它们通过盐腺或钠泵 等构造排盐 排出的主要为钠盐 有的植物可通过自由吐水将盐分排出体外 2 3 植物的耐盐机理耐盐是指通过生理或代谢过程来适应细胞内的 高盐环境的现象 这对盐生植物与非盐生植物的抗盐能力都有特别重要的意义 对于高等植物而言 其细胞质中的酶通常都是不耐盐的 其耐盐机制是以维持细胞 质内微环境的稳定来调节无机离子的种类和数量 盐渍化土壤中 n a 是主要的毒 害离子 细胞许多代谢活动中心对n a 的累积非常敏感 n a 浓度的升高会引起其 它离子吸收的抑制效应 且对细胞代谢活动有直接伤害 因此在盐胁迫下保持细 胞质中较低的n a 浓度对维持细胞的正常代谢活动是十分重要的 矧 植物体不 同部位对n a 的敏感程度不同 依靠细胞水平上进行的n a 外排及n a 在体内分布 4 进行调节以减轻离子伤害 在受到盐胁迫时 植物不但可以将盐分从细胞质和细胞器中清除出去 还可以 通过液泡膜上的n 矿 i 反向运输蛋白将盐分集中到液泡中 且在细胞质中合成 代谢可兼容的溶质来补偿液泡与细胞质之间的渗透差异 这种现象称为盐的区隔 化 这种区域化分布既维持细胞质中正常的盐浓度 避免高浓度盐对质膜的伤害 保持生物酶的活性 维持细胞内的离子平衡 另一方面 又使渗透压保持一定梯度 让水分进入细胞 起到渗透调节作用 盐分在细胞中的区隔化分配是决定植物细 胞耐盐的关键因素 区隔化作用是由基因控制的 同时也受细胞质中的渗透调节物 质和某些激素的影响 1 7 目前 用于分析区隔化的技术有3 种 o x r a y 微区分析 核磁共振 形态解剖分析 2 3 1 渗透调节渗透胁迫诱导植物产生胁变主要表现为细胞脱水 植物 细胞避免脱水主要是靠增加细胞中的溶质含量进行渗透调节 调节矿质元素的吸收和分布高等植物的耐盐机制是靠维持细胞质内微环 境的稳定来调节无机离子的种类和数量的 2 9 1 正常情况下 大多数植物细胞积累 k 而排除n a 有实验表明k 在植物体内的不同部位的吸收与分布是受不同的基 因控制的 植物不仅可在植株水平上调节对k 的吸收 而且还可在细胞水平上对 k 的分布进行调节和控制 以充分利用植物根部所吸收的k 使其可以在植物体 的不同部位发挥特定的重要作用 细胞中的盐离子可以被排除到细胞外或由液泡 上的n a h 反向运输蛋白主动运输到液泡中积累起来 这个过程即细胞中离子 的区域化作用 i o n i cc o m p a r t m e n t a l i z a t i o n 采用各种方法对不同植物组织研究的 结果表明 植物的耐盐性与液泡区域化能力的大小有关 合成积累有机溶质在盐渍条件下 植物细胞可以通过积累在渗透上有活性 而对细胞无毒的有机物来进行渗透调节 部分盐生植物和非盐生植物在盐渍环境 中可以合成大量的渗透调节物质 如脯氨酸 甜菜碱和可溶性糖等盐胁下 脯氨酸 含量的变化是由于其合成过程增强而氧化速率下降所造成的 有实验报道 脯氨 酸积累与耐盐程度成负相关 3 0 z q 因而认为脯氨酸积累可能是植物受到盐害的结 果 3 2 1 然而 更多的研究者认为 脯氨酸积累是植物为了对抗盐胁迫而采取的一种 保护性措施 3 3 3 4 1 甜菜碱的积累有利于提高耐盐性是没有争议的 它具有保持细 胞与外界环境渗透平衡的稳定复合蛋白4 级结构 可溶性糖也是一种渗透调节剂 在盐胁迫初期 植物中可溶性糖含量增加 但到盐胁后期其含量却降低 这可能是 呼吸作用的增强和光合作用的衰竭所致 水孔蛋白的调节作用质膜上存在一种水孔蛋白 a q u a p o r i n 这种蛋白可以 在膜上形成通道而让水分子线形通过 植物水孔蛋白的功能包括 促进水的长距 离运输 促进细胞内外的跨膜水运输 调节细胞的胀缩及运输其他小分子物质 水 孔蛋白的调控主要有3 种 不同水孔蛋白在不同的特定组织与细胞表达 这是调节 5 功能的最直接方式 改变水孔蛋白的含量 调节水孔蛋白的活性 水孔蛋白的活力 对于植物耐盐极为重要 有证据表明 在受到盐胁迫时 植物通过控制水孔蛋白的 活性来抵御逆境 2 3 2 清除活性氧的膜保护体系盐胁迫诱导产生的活性氧若不能被及时 清除 就会导致氧化损伤及其损伤的转移 活性氧在植物体内存在的时闻取决于其 抗氧保护体系的活力 植物体内的抗氧保护体系包括酶促保护系统和非酶促保护 系统 小分子化合物 酶促保护系统酶促保护系统包括s o d p o t c a t 等酶 植物清除0 2 的酶 主要是s o d 清除h 2 0 2 的酶主要是c a t 抗坏血酸过氧化物酶 a p x 及谷胱甘肽 还原酶 g 鼬等 非酶促保护系统非酶促保护系统包括g s h a s a v e 类胡萝h 素等 此外酚类 类黄酮化合物 脯氨酸 甘露醇 多胺 激动素等也有清除活性氧的 功效 在正常条件下 植物体内的活性氧的产生和猝灭是处于动态平衡的 盐胁迫 下 这种平衡被打破 若保护系统不能及时猝灭过量的活性氧 就可导致生物膜受 损等一系列伤害 因此 活性氧清除系统对植株抗盐生理有十分重要的作用 3 研究目的 在松嫩平原碱化草甸碱化度较高的碱斑上 常出现以碱地肤为共建群种或建 群种的群落 是主要的先锋植物之一 碱地肤 k s i e v e r s i a n a 是一年生藜科 草本植物 具有一定的药用价值 在中国温带地区 蒙古 西伯利亚和中亚的草 原带和荒漠地带都有分布 它耐碱性强 在p h 值9 8 1 0 4 的环境中仍能正常生 长发育 生长于低平地 集中在盐碱化生境 其生境的特点是湿润 土壤呈碱性 反应 碱地肤抗逆性强 分枝的可塑性较大 生产力较高 可为碱斑土壤提供大 量的有机质 碱地肤对盐碱生境的适应是由于体内具有某些生理调节功能 主要 的如呼吸强度随着盐浓度升高而下降 同时a t p 含量减少 细胞膜特性随着盐浓 度增高而加大 脯氨酸的积累增多 它用于治理碱斑土壤 改良碱化草地具有良 好的作用 近年来已有对碱地肤生理生态方面的研究 混合盐碱条件下碱地肤的 生理响应方面也有研究 而其它方面如几种主要单盐条件下碱地肤的生理响应特 点及比较还没有 本实验对碱地肤进行四种单盐的胁迫处理 测定有关渗透胁迫 的一些胁变指标 将有助于了解碱地肤对单盐胁迫的生理适应特点 进而为自然 生态条件对碱地肤的胁迫特征研究及开发碱地肤的生态价值提供参考 6 1 材料与方法 1 1 实验室模拟单盐胁迫条件 根据东北盐碱化草原的盐分组成 共设n a c i n a 2 s 0 4 n a h c 0 3 n a 2 c 0 3 四个单盐胁迫处理组 依次标记为 a b c d 根据碱地肤对四种单盐的耐 受闯值 每组又分设不同盐浓度梯度 具体如下 n a c l 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 m m o l l 分别以a 卜 a 7 标识 对 应处理盐的p h 值范围为6 0 1 6 7 8 n a 2 s o 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 m m o l l 分别以b 1 一 b 8 标识 对应处理盐的p h 值范围为6 0 8 6 8 9 n a h c 0 3 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 m m o l l 分别以c l c 6 标识 对应处 理盐的p h 值范围为8 0 2 8 2 9 n a 2 c 0 3 5 0 1 0 0 1 5 0 1 7 5 m m 0 1 l 分别以d 1 d 4 标识 对应p h 值范围为 1 1 0 8 1 1 3 0 1 2 材料与培养 本实验所用碱地肤种子采于东北部天然草原 用直径1 7 e m 的塑料花盆盛洗 净的细砂 用砂培法培养碱地肤幼苗 4 月中旬于温室播种 将花盆置于温室中 保持相对湿度7 0 0 r 8 0 采用自然光照 昼夜温度在2 5 1 8 每两天浇一次5 0 0 m l h o a g l a n d 营养液 分三次透灌 其余时间用蒸馏水补充蒸发所散失的水分 出 苗后约5 月初 移至室外培养 每盆定苗2 5 株 1 3 胁迫处理 苗龄4 周时选取长势一致的材料8 7 盆 随机分成2 9 组 每组3 盆为3 次重 复 其中1 组为对照 另1 组在处理开始时即取样测定起始时的生长指标 另外 2 7 组为胁迫处理组 处理于下午5 7 时进行 以含有相应浓度混合盐的完全营 养液为处理液 每盆5 0 0m 1 分3 次透灌 第一次处理后2 天 进行第二次处理 共处理八次 以完全营养液补充所失水分 1 4 胁变指标的测定 处理后第九天清晨5 点左右 取样测定各项胁变指标 7 生长指标 小心取出每盒所有植株 用自来水冲洗干净 再用去离子水洗净全株并用吸 水纸吸去表面附着的水分 统计总株数 存活株数 将地上 地下两部分分开 分别称鲜重 f w 然后置于8 0 烘箱中杀青1 5 m i n 再置于真空干燥箱中4 0 真空于燥至恒重 称干重 阱 计算存活率 含水量及相对生长率 存活率 存活株数 总株数 1 0 0 含水量 f w d w f w 1 0 0 日相对生长率 l n 处理后干重一l n 处理前干重 处理天数 1 0 0 相对生长率 处理组目相对生长率 对照组日相对生长率 1 0 0 丙二醛含量 分别称取0 5 9 左右的根 叶 置于预冷的研钵内 加入适量的0 0 5 m 磷酸 钠缓冲液 p h 7 8 迅速研磨 将匀浆液定容至2 5 m l 离心 4 0 c 1 5 0 0 0 9 2 0 分钟 吸取0 5 m l 上清液于有盖的试管中 用磷酸钠缓冲液稀释到1 5 m l 然后 加入含5 硫代巴比妥酸的5 三氯乙酸溶液 加盖 于沸水浴中加热l o m i n 然 后立即将其置于冰浴中冷却 再于1 5 0 0 0 9 下离心l o m i n 离心后的上清液在7 2 3 型分光光度计上于5 3 4 n m 和6 0 0 n m 下测定光密度 d a o d 5 3 4 o d 6 0 0 为特异吸收 值 以摩尔消光系数e 1 5 5 i t m o l c m l 计算丙二醛含量 以 t m o l g f w 为单位 1 5 各处理液p h 值的测定 按照上述设计配置出的2 7 种处理液及一组对照液 h o n g l a n d 营养液 用 p h s 3 c 型数字p h 计测定p h 值 1 6 数据处理 所测得数据均是三次重复的平均值 采用m i c r o s o f te x c e l 程序和s p s s 软 件对所有数据进行相关性 多元线性回归等数学分析 8 2 结果与分析 2 1 碱地肤对四种盐的耐受限度 在实验条件下 1 0 0 0 m m o ll 1 n a c l 处理碱地肤茁仍能正常生长 但1 2 0 0 m m o l l 1 n a c l 处理全部死亡 8 0 0 m m o ll 1 n a 2 s 0 4 处理碱地肤苗能正常生长 1 0 0 0 m m o l l 1 全部死亡 6 0 0 m m o ll 1n a h c 0 3 处理碱地肤苗仍能正常生长 但8 0 0 m m o ll 1 处理全部死亡 1 5 0 m m o li 1n a e c 0 3 处理碱地肤苗能正常生长 2 0 0 m m o ll 1 全 部死亡 2 2 四种盐对碱地肤茎叶r g r 的影响 0 1 2 0 02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 0 n a t o o ll 一1 图1 四种盐对碱地肤茎叶r g r 的影响 数值为四次重复的平均值 标准误 r g r 是营养生长期植物全部生命活动的最终体现 也是全面反映各种胁迫效 应的最理想指标 从图l 可以看出 四种盐分对碱地肤地上部分生长影响明显不 同 碱地肤在1 0 0 0 r e t o o ll l n a c l 和8 0 0 r e t o o ll 1 n a 2 s 0 4 处理下 碱地肤均能维持 一定的生长 n a c l k 0 0 1 和n a z s 0 4 p 0 0 1 处理下 碱地肤茎叶r g r 均 随n a 浓度的增加而下降 n a e s 0 4 处理降幅与n a c l 处理下相似 低于3 0 0 m m o l l 1 n a c l 不但不抑制地上部分生长 反而刺激其生长 同样作为中性盐的n a z s 0 4 9 竹 o o b了o 盘 出nxh i p 酲富亡棚 对碱地肤苗地上部分也有同样的效应 也是低浓度下茎叶r g r 高于对照 但是 仅5 0m m o ll 浓度下高于对照 碱地肤对耐受盐度也很大甚至6 0 0 m m o l l n a h c 0 3 处理都能正常生长 n a h c 0 3 和n a 2 c 0 3 理下 茎叶r g r 均随n a 的增加 而下降 p 0 0 1 其降幅明显大于n a 2 s 0 4 和n a c l 处理下 比较n a h c 0 3 和n a 2 c 0 3 理下 n a 2 c 0 3 理下随n a 浓度的增加下降幅度较大 p 0 0 1 2 3 四种盐对碱地肤根r g r 的影响 s 鼍 重薹 0 1 2 0 8 0 4 o 02 0 04 0 06 0 0 8 0 01 0 0 0 1 2 0 01 4 0 01 6 0 0 n a m m 0 1l 一1 图2 四种盐对碱地肤根r g r 的影响 数值为四次重复的平均值 标准误 根是各种土壤内化学胁迫直接受害的部位 从图2 可以看出 四种盐分对碱 地肤根部生长影响也明显不同 在1 0 0 0 m m o lr 1 n a c l 处理下 碱地肤根都能维持 一定的生长 n a c l 只o 0 1 和n a 2 s 0 4 p 0 0 1 处理下 碱地肤根r g r 均随 n a 浓度的增加而下降 n a 2 s 0 4 处理降幅低于n a c l 处理下 低于2 0 0 m r n o ll n a c i 处理根r g r 不但下降反而有所增加 n a 2 s 0 4 对碱地肤苗根生长也有同样的效应 在5 0 和1 0 0 m m o ll 4 浓度下根r g r 高于对照 n a h c 0 处理下 茎叶r g r 随n a 浓度的增加而下降 尺o 0 1 其降幅低于n a c l 和n a z s 0 4 处理下 n a 2 c h 处理 下茎叶r g r 随n a 浓度的增加急剧下降 f 0 0 1 其降幅明显低于其他三种盐 分胁迫下 1 0 2 4 四种盐对碱地肤茎叶含水量的影响 艺 嘲 妥 缸 古 崎l 7 0 02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 0 n a m m o ll 一1 图3 四种盐对碱地肤茎叶含水量的影响 数值为四次重复的平均值 标准误 从图3 不难看出 四种盐分对碱地肤地上部分水分含量影响明显不同 n a c l 尺0 0 1 和n a 2 s 0 4 p 0 0 1 处理下 碱地肤茎叶含水量均随n a 浓度的增 加而缓慢下降 只是n a 2 s 0 4 处理下降幅与n a c l 处理下相似 低于4 0 0 m m o l l 1 n a c l 处理下茎叶含水量高于对照 低于2 0 0m m o ll 1 n a 2 s 0 4 处理下碱地肤茎 叶含水量也高于对照 n a h c 0 3 处理下 茎叶含水量也是随n a 浓度的增加缓慢下 降 f 0 0 1 其降幅低于两种中性盐处理下 但低于3 0 0 m m o l l ln a h c 0 3 处理 下含水量是高于对照的 只有n a f 0 处理下茎叶含水量随n a 浓度的增加急剧下 降 尺o 0 1 其降幅明显低于其他三种盐分处理下 此外碱地肤在四种盐分胁 迫下均保持较高的含水量 2 5 四种盐对碱地肤叶片m d a 含量的影响 踮 一辞一poolis o p i j p l i o o h o p 事 8 0 02 0 0 4 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 0 图3 四种盐对碱地肤叶m d a 含量的影响 数值为四次重复的平均值 标准误 丙二醛 m d a 是膜质过氧化的产物 其含量与细胞膜系统的伤害程度密切 相关 从f i 9 3 可以看出 四种盐分处理下m d a 含量随n a 浓度增高均呈升高趋势 p 0 0 1 但n a c l p 0 0 1 n a 2 s 0 4 p 0 0 1 n a h c 0 3 p 0 0 1 三种处理 下随n a 浓度增高m d a 含量缓慢增高 在8 0 0m m o lr 1 n a 2 s 0 4 p 0 0 1 6 0 0m m o l l n a h c 0 3 k 0 0 1 处理下由于实验失误而数据缺失 n a 2 c 0 3 处理下碱地肤叶片 m d a 含量随n a 浓度增高急剧升高 2 0 0 1 2 6 四种盐处理下r g r 的一元回归分析 表l 茎叶r g r 与n a 浓度之间的一元回归方程 1 0 0 m m o ll 1 下降的r g r 们 加 一孚一 p芒 pcoo o 肇k gcv咖舡 譬 表2 根r g r 与盐度之间的回归方程 1 0 0 m m o ll 1 下降的r g r 从茎叶r g r 与盐度之间的回归分析结果看 表1 除n a c l 处理下略差 其余回归效果均较好 直线回归方程的斜率明显不同 直线回归方程的斜率韵意 义在于 其大小代表自变量对因变量影响程度 在本文中具有生物