鹽漬化土壤是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要原因之一馬鈴薯

1、摘 要鹽漬化土壤是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要原因之一。馬鈴薯( Solanum tuberosum L)是我國(guó)廣為種植的重要糧菜兼用型作物，屬鹽敏感型。鹽漬化土壤影響著馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育，特別是對(duì)其出苗有抑制作用，目前推廣應(yīng)用的品種大多耐鹽性差，個(gè)別耐鹽品種因綜合性狀差，不適應(yīng)市場(chǎng)需求。因此，研究馬鈴薯抗鹽生理、培育符合不同育種目標(biāo)的耐鹽品種就顯得十分重要。目前，人們對(duì)馬鈴薯的試管苗、試管移栽苗、實(shí)生苗和普通塊莖苗 進(jìn)行了鹽脅迫下植株生長(zhǎng)、生物學(xué)產(chǎn)量、塊莖產(chǎn)量、塊莖淀粉含量、死亡率等方面的研究，少見(jiàn)鹽分對(duì)馬鈴薯生理代謝影響的研究。本試驗(yàn)進(jìn)行鹽脅迫下馬鈴薯試管苗相關(guān)生理指標(biāo)變化的研究，旨在探討馬鈴薯

2、對(duì)鹽傷害的反應(yīng)機(jī)理，為其抗鹽生理和抗鹽育種奠定理論基礎(chǔ)。本試驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)材料來(lái)源于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，實(shí)驗(yàn)采用單因素完全隨機(jī)試驗(yàn)，旨在通過(guò)改變培養(yǎng)基成分，采用組織培養(yǎng)的方法，在離體條件下研究了NaCl脅迫下對(duì)馬鈴薯脫毒苗葉綠素及脯氨酸含量的影響。主要試驗(yàn)結(jié)果如下：隨鹽脅迫濃度的增加，馬鈴薯試管移栽苗生長(zhǎng)受到明顯抑制；脯氨酸含量在脅迫初期極顯著地增加，隨后呈下降并趨于穩(wěn)定趨勢(shì)；葉綠素含量極顯著地下降：1.NaCl脅迫下，馬鈴薯葉片葉綠素含量隨NaCl濃度的增加顯著降低；2.NaCl脅迫下，馬鈴薯葉片脯氨酸含量隨著鹽濃度的升高而顯著增加。關(guān)鍵詞：馬鈴薯；脫毒苗；鹽脅迫；生理指標(biāo)AbstractSoil

3、salinification is one of the main reasons of affecting crop yield and quality. Potato(Solanum tuberosum L) originated in South America Peru and Bolivia in plateau area along the Andes, solanaceae of tomato plants. The 16th century, Spain and Britain from South America to the explorer potato planting

4、, and then back to it into Italy and Europe. China began in the late 16th century potato cultivation to the early 17th century by the Ming empire Wan Li , European, American missionaries to China. Potato growth cycle is short, high yield per unit area, tuber nutrition is rich, widely used in the wor

5、ld, which is the most important food crop and food processing industry raw crops. Widely planted in 148 countries and regions, the planting area of more than 2000 million hm2, after wheat, rice and corn, in the fourth. At present, our country potato planting area has reached 470 million hm2 widely g

6、rown in China, is an important food crop, sugarcane food salt sensitive type. Potatoes in China, north China, southwest of distributed in south and central region, it is not only the four main crops and vegetables, and is an important industrial raw material and food processing. With the agricultura

7、l structure adjustment and food processing industry development, especially in the accession to the WTO, the potato as raw materials and processed export products has been increasingly important. So for the development of Chinas potato production has important strategic significance.The test uses ex

8、perimental material from northeast China agricultural university, the single factor experiment, aims to completely random testing medium components, adopt organizational change training methods, in vitro conditions NaCl studied under the stress of potato virus-free proline content of chlorophyll and

9、 influence. The results showed：With the increase of stress concentration, potato tube is obvious inhibition transplant seedlings growth, Proline content in stress significantly increases the initial and subsequent decline, stabilizing trend, Chlorophyll content to decline significantly.1.Under NaCl

10、stress，chlorophyll content in potato decreased significantly with the increase of NaCl concentrations；2.The praline content increased significantly with the increase of NaCl concentrations.Key Words: Potato ; Plantlets in vitro ; Salt Stress; physiological response 前 言1.1 實(shí)驗(yàn)的目的與意義試驗(yàn)材料馬鈴薯是世界上廣為種植的重要糧

11、菜兼用型作物，也是我國(guó)干旱和半干旱地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物。干旱鹽堿嚴(yán)重制約著植物的生長(zhǎng)發(fā)育，鹽漬化土壤更是十分顯著地影響著馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育，特別是對(duì)其出苗有抑制作用，目前推廣應(yīng)用的品種大多耐鹽性差，個(gè)別耐鹽品種因綜合性狀差、不適應(yīng)市場(chǎng)需求而不宜大面積推廣。因此，研究馬鈴薯的抗鹽生理、培育符合不同育種目標(biāo)的耐鹽品種就顯的十分重要。前人利用鹽逆境進(jìn)行了脅迫下馬鈴薯植株生長(zhǎng)、生物學(xué)產(chǎn)量、塊莖產(chǎn)量、塊莖淀粉含量、死亡率等方面的研究，少見(jiàn)鹽分對(duì)馬鈴薯生理代謝影響的研究。本試驗(yàn)進(jìn)行鹽脅迫下馬鈴薯脫毒苗耐鹽相關(guān)生理指標(biāo)變化的研究，旨在研究馬鈴薯對(duì)鹽傷害的反應(yīng)，為其抗鹽生理提供理論依據(jù)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀鹽漬

12、土是鹽土、鹽化土壤及堿土、堿化土壤的總稱。根據(jù)鹽類在水溶液中水解后所呈現(xiàn)的酸性和堿性反應(yīng)，把它們分成中性鹽和堿性鹽兩大類，其中中性鹽有氯化物和硫酸鹽，堿性鹽包括碳酸鹽和重碳酸鹽。當(dāng)土壤或水域中的鹽分顯著偏離于植物最適生活條件的濃度時(shí)，就會(huì)引發(fā)植物體在所有功能水平上產(chǎn)生變化和反應(yīng)，即發(fā)生脅變1。耐鹽性是指植物在鹽脅迫下維持生長(zhǎng)、形成經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量或完成生活史的能力2。鹽分的脅迫作用1滲透脅迫：土壤鹽分積累過(guò)多，土壤溶液的滲透勢(shì)降低，植物吸水困難，不但種子不能萌發(fā)或延遲發(fā)芽，而且生長(zhǎng)著的植物也不能吸水或吸水很少，形成生理干旱。2離子毒害：在鹽脅迫條件下，植物組織壞死和生長(zhǎng)受阻的重要原因是Na+和Cl-的

13、毒害作用。植物體內(nèi)Na+和Cl-濃度隨土壤鹽脅迫的加劇而增加。研究表明，Na+大量積累增加了質(zhì)膜的透性，并使大量電解質(zhì)外滲。同時(shí)，Na+的大量吸收積累，抑制了K+和Ca2+的吸收，使植株體內(nèi)K+、Na+及Ca2+失調(diào)，從而造成植物生長(zhǎng)發(fā)育受阻。Na+和Cl-離子在細(xì)胞內(nèi)的積累，還破壞了類囊體上光合系統(tǒng)的組分和結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重抑制了根系質(zhì)膜和液泡膜上H+-ATP酶的活性，使根系對(duì)離子的選擇性吸收下降。3營(yíng)養(yǎng)缺乏：鹽脅迫條件下，Na+和C1-在細(xì)胞中大量積累，植物體內(nèi)原有的養(yǎng)分平衡被打破。使有些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和運(yùn)輸受到嚴(yán)重抑制，從而造成植物體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)紊亂。某些礦質(zhì)元素，在輕度鹽脅迫條件下，其吸收和運(yùn)輸并

14、無(wú)明顯的影響，甚至有一定的促進(jìn)作用，如NO3-、K+，但高濃度鹽脅迫則嚴(yán)重影響這些離子的吸收和積累。鹽逆境嚴(yán)重地影響Ca2+的吸收和運(yùn)輸，并造成植物體內(nèi)Ca2+量顯著下降。因此，在鹽脅迫條件下，植物往往表現(xiàn)出缺Ca2+的癥狀。特別是頂端分生組織中Ca2+的濃度降低，抑制了新生器官的分化。4細(xì)胞質(zhì)和液泡的pH值改變引起的傷害：Katsuhara等發(fā)現(xiàn)，植物細(xì)胞用100mmol/L 4.9升至5.2，由于細(xì)胞質(zhì)和液泡之間的pH梯度對(duì)于維持活細(xì)胞體內(nèi)的代謝調(diào)控和平衡非常重要。因此，可以認(rèn)為細(xì)胞內(nèi)pH梯度的破壞是導(dǎo)致植物損傷乃至死亡的主要因素之一。植物耐鹽機(jī)理研究1植物的避鹽機(jī)理相對(duì)來(lái)說(shuō)，植物的避鹽機(jī)

15、理比較簡(jiǎn)單，主要是通過(guò)降低鹽分在體內(nèi)的積累來(lái)躲避鹽害的發(fā)生。避鹽方式主要分三種：稀鹽、泌鹽和拒鹽。 稀鹽作用：稀鹽的鹽生植將吸入莖和葉的鹽類，借體內(nèi)肉質(zhì)化的結(jié)構(gòu)，將鹽稀釋，減低其鹽離子的危害，鹽愈多，肉質(zhì)化愈增加。稀鹽植物肉質(zhì)化的啟動(dòng)因子是Na+離子，其它離子無(wú)此作用，或作用很小，這與Na+離子誘導(dǎo)ATP合成，促進(jìn)薄壁細(xì)胞分裂和原生質(zhì)膨脹有關(guān)。對(duì)于非鹽生植物的稀鹽方式，即通過(guò)快速生長(zhǎng)進(jìn)行稀鹽，在鹽漬環(huán)境下，有些非鹽生植物不斷進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)性生長(zhǎng)，使有機(jī)物質(zhì)、脅變數(shù)量和植物體積增加的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)離子的攝入速度，結(jié)果植物體雖吸入一定量的鹽離子，但其濃度卻有一定程度的降低，從而使植物免受鹽離子的毒害作用。

16、 泌鹽作用：鹽生植物吸收了鹽分，但并不在體內(nèi)積存，而是通過(guò)特異機(jī)構(gòu)（鹽腺和鹽毛等）主動(dòng)地排泄到莖葉表面，而后沖刷脫落，這是鹽生植物防止體內(nèi)過(guò)量Na+、K+、Cl等離子的積存最常用的形式。非鹽生植物沒(méi)有鹽腺結(jié)構(gòu)，所以它不可能通過(guò)鹽腺進(jìn)行泌鹽。 拒鹽作用：鹽生植物的拒鹽作用是依靠其對(duì)鹽的不透性，阻止鹽分進(jìn)入植物體或進(jìn)入植物體內(nèi)進(jìn)行重新分配。非鹽生植物的拒鹽作用除了依靠質(zhì)膜對(duì)鹽的不透性或利用其他方式阻止鹽分向地上部分轉(zhuǎn)移外，其根部的根莖木質(zhì)薄壁細(xì)胞及葉片薄壁細(xì)胞會(huì)分化成傳遞細(xì)胞，前者可從木質(zhì)部導(dǎo)管中重新吸收Na+運(yùn)回根部，后者可將Na+隨營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)到根部即“脈內(nèi)再循環(huán)”。2植物的耐鹽機(jī)制植物的耐鹽機(jī)

17、制是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題，有些機(jī)制還不能揭示植物耐鹽的實(shí)質(zhì)。一般來(lái)講，植物的耐鹽性與鹽分的吸收、運(yùn)輸、排泄、分配、生物膜功能、離子區(qū)域化作用以及耐鹽物質(zhì)的合成和積累密切相關(guān)3。 植物的吸鉀排鈉機(jī)制：Drew等認(rèn)為目前植物排鈉機(jī)制涉及下列幾個(gè)主要過(guò)程： 植物體不將Na+吸入根細(xì)胞內(nèi)，即使進(jìn)入細(xì)胞也通過(guò)Na+/K+泵再排出，內(nèi)皮層細(xì)胞內(nèi)的Na+也同樣被排出，這可能與植物的細(xì)胞質(zhì)膜組成有關(guān)； 植物體將吸收的Na+貯存于根莖基部，從而阻止Na+向葉片運(yùn)輸； 植物體將吸收的Na+向木質(zhì)部運(yùn)輸過(guò)程中，被木質(zhì)部或韌皮部傳遞細(xì)胞吸收，并分泌到韌皮部中再循環(huán)把Na+再運(yùn)到體外，這一點(diǎn)在菜豆、高粱植物中均得到證明4

18、,5； 在NaCl脅迫下，植物吸收的Na+向地上部特別是向葉片和果實(shí)的運(yùn)輸性降低，而K+運(yùn)輸選擇性增加。 滲透調(diào)節(jié)機(jī)制：在鹽脅迫下，由于外界滲透勢(shì)較低，植物細(xì)胞會(huì)發(fā)生水分虧缺現(xiàn)象，即滲透脅迫。植物為了避免這種傷害，在逆境情況下必需產(chǎn)生一種適應(yīng)機(jī)制，即在鹽分脅迫下，植物細(xì)胞為保證在逆境條件下水分的正常供應(yīng)會(huì)主動(dòng)積累一些可溶性物質(zhì)來(lái)降低胞內(nèi)滲透勢(shì)。植物以在細(xì)胞液泡中積累無(wú)機(jī)離子或合成有機(jī)溶質(zhì)等方式進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)。其中，可溶性糖、脯氨酸、無(wú)機(jī)離子等物質(zhì)是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)劑。從土壤或細(xì)胞外界溶液中吸收積累各種無(wú)機(jī)離子，提高細(xì)胞內(nèi)鹽分濃度，只要這些離子不致造成極高的濃度和表現(xiàn)出毒性，就能被植物吸收用

19、以提高細(xì)胞內(nèi)滲透勢(shì)。鹽生植物和非鹽生植物在以無(wú)機(jī)離子作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)方面，在離子種類上依然相同，所不同的是在量上的差異6。鹽生植物7堿蓬、星星草、堿草、璋茅8等體內(nèi)以無(wú)機(jī)離子Na+、Cl-、K+作為主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，而非鹽生植物蘆葦9等主要以K+和有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)為主。植物在逆境肋、迫下，可在細(xì)胞內(nèi)合成可溶性有機(jī)物質(zhì)作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，主要有脯氨酸、甜菜堿、可溶性糖、有機(jī)酸、游離氨基酸等，這些物質(zhì)被證明是對(duì)細(xì)胞無(wú)毒、對(duì)代謝過(guò)程無(wú)抑制作用。 離子的區(qū)域化作用：大量的研究表明，植物吸收的Na+，C1-等離子必需積累在液泡中，否則會(huì)干擾細(xì)胞質(zhì)和葉綠體等的生理生化代謝過(guò)程，這種作用稱之為離子區(qū)域化作用。

20、Harvey等用組織化學(xué)定位方法證明，在鹽脅迫下，作物的確把Na+，Cl-等離子積累在液泡中。由于離子區(qū)域化，使得液泡中的Na+濃度遠(yuǎn)大于細(xì)胞質(zhì)中的Na+濃度，Jeschke10對(duì)此結(jié)果進(jìn)行了詳盡的研究和證明，并提出一個(gè)關(guān)于質(zhì)膜上Na+/K+交換系統(tǒng)以及導(dǎo)致液泡膜上對(duì)Na+吸收和Na+/K+交換的促進(jìn)模型。王麗燕11研究表明，進(jìn)入地上部的Na+通過(guò)離子區(qū)域化作用進(jìn)入液泡，100mmol/LNaCl處理時(shí)液泡中的Na+含量明顯高于細(xì)胞質(zhì)中的Na+含量，且玉米質(zhì)外體中的Na+含量明顯高于細(xì)胞質(zhì)中的Na+含量。 活性氧清除機(jī)制：當(dāng)植物受到鹽脅迫時(shí)，體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的氧自由基，即活性氧，從而引起膜脂的氧

21、化傷害。植物體內(nèi)存在有抗氧化的過(guò)氧化酶系統(tǒng)，當(dāng)受鹽脅迫時(shí)，過(guò)氧化酶系統(tǒng)活動(dòng)加強(qiáng)，以清除過(guò)多的活性氧。Mccord等12提出的自由基傷害學(xué)說(shuō)，己廣泛用于需氧生物細(xì)胞傷害機(jī)理的研究。以后在植物中具有同樣功能的酶13,14和多種生物自由基及其傷害作用1517不斷被發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步證實(shí)了這個(gè)假說(shuō)。Zhu J K18也認(rèn)為，鹽脅迫包括滲透脅迫和離子脅迫以及由這兩種脅迫產(chǎn)生的次級(jí)脅迫即氧化脅迫。在植物體內(nèi)存在著自由基生成與清除反應(yīng)，正常情況下處于平衡狀態(tài)。一旦植物受到環(huán)境脅迫，這種平衡體系就會(huì)受到破壞，自由基積累，膜選擇透性喪失，對(duì)活性氧敏感的磷脂膜及脂肪酸首先受損，導(dǎo)致生物膜中脂質(zhì)的過(guò)氧化，干擾鑲嵌于雙層磷

22、脂排列的生物膜系統(tǒng)上的多種酶的空間構(gòu)型，以致膜的孔隙變大、通透性增加、代謝紊亂，致使植物受傷害16,19,20。近年來(lái)，人們對(duì)鹽分脅迫下植物體內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究，并己確定它由一些能清除活性氧的酶系和抗氧化物質(zhì)組成，如SOD、POD、CAT和ASA等，它們協(xié)同起作用共同抵抗鹽分脅迫誘導(dǎo)的氧化傷害，單一的抗氧化酶不足以防御這種氧化脅迫。此外，在鹽脅迫下植物體內(nèi)的某些抗氧化物質(zhì)，如抗壞血酸也有清除體內(nèi)自由基的生理功能。1.2.3鹽脅迫對(duì)植物生理生化的影響植物在生長(zhǎng)發(fā)育中會(huì)受到多種逆境的脅迫，鹽脅迫是影響植物生命活動(dòng)的主要外界環(huán)境因子之一，同時(shí)鹽分又是植物生長(zhǎng)過(guò)程中必不可少的物質(zhì)。植物體內(nèi)

23、各種有機(jī)物的積累幾乎都依賴于土壤中鹽的供應(yīng)，但處于脅迫狀態(tài)，植物正常的生命活動(dòng)就會(huì)受阻，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)上將發(fā)生一系列的改變。作物遭受鹽脅迫時(shí),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生理功能均會(huì)發(fā)生變化。主要包括：內(nèi)部發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷和物質(zhì)組分改變，酶活性發(fā)生變化，光合作用和呼吸作用均異常，而且在不同程度的鹽漬環(huán)境中引起的生理上的改變不同，鹽脅迫較強(qiáng)會(huì)造成作物的各種損傷，表現(xiàn)在外部的是各種傷害的癥狀。1鹽脅迫對(duì)植物光合作用的影響一般來(lái)講，鹽脅迫對(duì)植物(尤其是非鹽生植物)的光合作用具有抑制效應(yīng)，而且隨外界鹽濃度的提高，被抑制的程度也越大。光合作用的下降是由于以下幾個(gè)原因造成的： 鹽脅迫使葉綠體中類囊體膜成分與超微結(jié)構(gòu)發(fā)生

24、改變； 鹽脅迫對(duì)葉綠素含量以及光能吸收和轉(zhuǎn)換的影響； 鹽脅迫對(duì)光合酶的影響； 鹽脅迫導(dǎo)致的生理干旱，誘導(dǎo)了脫落酸在植物體內(nèi)的合成，促進(jìn)了葉片氣孔的關(guān)閉，使CO2的吸收受阻； 鹽脅迫還對(duì)光合電子傳遞或多或少產(chǎn)生影響。這些都構(gòu)成了鹽脅迫對(duì)植物光合作綠素b、總?cè)~綠素含量、凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、原初光能轉(zhuǎn)換效率(Fv/Fm)均呈下降趨勢(shì)。王羽梅等研究，生長(zhǎng)40d的莧菜秧苗用300mmolL-1的NaCl處理28d后，生長(zhǎng)受抑，葉面積變小，葉綠素含量降低。張俊蓮等認(rèn)為，隨鹽脅迫濃度和時(shí)間的增加，馬鈴薯試管移栽苗葉綠素含量、光合速率、氣孔導(dǎo)度極顯著地下降。在NaCl脅迫下，玉米幼苗的蘋果酸

25、脫氫酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶以及RuBP都顯著降低。key研究表明，NaCl脅迫可以破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，使葉綠素含量下降.引起植株光合能力減弱。這一結(jié)論在柯玉琴等的對(duì)甘薯葉片進(jìn)行NaCl脅迫的試驗(yàn)中得到驗(yàn)證。汪貴斌對(duì)落羽衫研究結(jié)果表明，隨著鹽濃度的增加，葉綠素含量呈下降趨勢(shì)。2鹽脅迫對(duì)植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響幾乎所有的逆境都會(huì)造成植物體內(nèi)脯氨酸的積累。眾多試驗(yàn)表明，鹽漬條件下，不論是低等植物，還是高等植物，鹽生植物，還是非鹽生植物都會(huì)發(fā)生游離脯氨酸的積累，它的積累有利于植物耐鹽性的提高。脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在耐鹽生理中的作用已被廣泛研究。Handa等和Rodes等都曾報(bào)道過(guò)馬鈴薯培養(yǎng)細(xì)胞在滲透脅

26、迫下能迅速積累脯氨酸，短時(shí)間內(nèi)達(dá)到原來(lái)的300多倍，培養(yǎng)細(xì)胞對(duì)滲透脅迫表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)能力。說(shuō)明植物細(xì)胞在細(xì)胞水平上具有適應(yīng)滲透脅迫的能力。脯氨酸在其中可能起著相容滲透調(diào)節(jié)劑的作用。在植物的組織、器官和全株試驗(yàn)中，同樣也發(fā)現(xiàn)眾多的事例說(shuō)明脯氨酸的積累與抗?jié)B透脅迫之間有顯著的正相關(guān)。張俊蓮等認(rèn)為，鹽脅迫下馬鈴薯試管移栽苗脯氨酸含量在脅迫初期極顯著地增加，隨后呈下降并趨于穩(wěn)定趨勢(shì)。趙福庚等研究大麥葉片中脯氨酸合成前體谷氨酸在低濃度NaCl處理時(shí)含量明顯提高，隨處理鹽濃度的上升，含量逐漸下降。鳥(niǎo)氨酸含量隨處理鹽濃度的上升而逐漸上升，鹽濃度過(guò)高時(shí)略有下降。在鹽逆境中，無(wú)花果葉片中游離脯氨酸含量增加，且

27、以耐鹽性弱的品種增殖最大。傅秀云亦指出，小麥組織中脯氨酸變化率與耐鹽力成反比。干旱、鹽和低溫脅迫下稻苗均可積累脯氨酸，且隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而加劇。張顯強(qiáng)等發(fā)現(xiàn)，經(jīng)NaCl處理后，玉米幼苗葉片脯氨酸大量積累，同時(shí)，蛋白質(zhì)含量有所下降?？扇苄蕴鞘橇硪活悵B透調(diào)節(jié)物質(zhì)，包括蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖等。在鹽脅迫下，糖分積累是在生長(zhǎng)停止的情況下發(fā)生的。姜衛(wèi)兵等研究，在鹽脅迫下無(wú)花果葉片可溶性糖明顯增加，且耐鹽性強(qiáng)的品種增殖大。劉金定等試驗(yàn)表明，棉花遇鹽后對(duì)環(huán)境條件的變化產(chǎn)生適應(yīng)，因而降解體內(nèi)蛋白質(zhì)、淀粉，提高滲透壓，改變代謝過(guò)程，合成大量脯氨酸、可溶性糖以維持滲透壓。但由于植物生長(zhǎng)恢復(fù)后，糖分可以被再度

28、利用，所以，它不是一個(gè)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)劑。許多試驗(yàn)結(jié)果表明，甜菜堿對(duì)提高植物的耐鹽性有良好作用，它能明顯減輕鹽脅迫所導(dǎo)致的膜脂過(guò)氧化、膜透性的增加程度，延緩葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)、相對(duì)含水量以及S0D和H202的下降。因此，它可能是一種有經(jīng)濟(jì)效益潛力的植物滲透調(diào)節(jié)劑。甜菜堿不但參與細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)，而且被證明是NaCl脅迫下最有效的蛋白質(zhì)穩(wěn)定劑。第一章 實(shí)驗(yàn)部分1.1 儀器與材料1.1.1儀器FA1604電子天平 （上海天平儀器廠）SSY電熱恒溫水浴鍋 （北京泰克儀器有限責(zé)任公司）高壓滅菌鍋 （嘉興中心醫(yī)療有限公司）培養(yǎng)架分光光度計(jì)三角瓶 容量瓶燒杯玻璃棒磨口瓶研缽材料實(shí)驗(yàn)材料為東北農(nóng)業(yè)大學(xué)提供的馬鈴薯

29、脫毒試管苗。藥品硝酸銨 分析純 （浙江湖州食品化工聯(lián)合公司）硝酸鉀 分析純 （天津市化學(xué)試劑廠）氯化鈣 分析純 （哈爾濱市化工試劑廠）硫酸鎂 分析純 （天津市化學(xué)試劑廠）磷酸二氫鉀 分析純 （哈爾濱市化工試劑廠）碘化鉀 分析純 （天津市藥華化學(xué)試劑公司）硼酸 分析純 （天津市化學(xué)試劑廠）硫酸錳 分析純 （浙江湖州食品化工聯(lián)合公司）硫酸鋅 分析純 （北京篤信精細(xì)制劑廠）鉬酸鈉 分析純 （浙江溫州助劑廠）硫酸銅 分析純 （浙江湖州食品化工聯(lián)合公司）氯化鈷 分析純 （天津市化學(xué)試劑廠）乙二胺四乙酸二鈉 分析純 （哈爾濱市化工試劑廠）硫酸亞鐵 分析純 （北京篤信精細(xì)制劑廠）肌醇 分析純 （天津市化學(xué)試

30、劑廠）煙酸 分析純 （哈爾濱市化工試劑廠）吡多醇 分析純 （浙江溫州助劑廠）硫胺素 分析純 （天津市藥華化學(xué)試劑公司）甘氨酸 分析純 （北京篤信精細(xì)制劑廠）次氯酸鈣 分析純 （浙江溫州助劑廠）氫氧化鈉 分析純 （天津市化學(xué)試劑廠）蔗糖 分析純 （天津市藥華化學(xué)試劑公司）白糖 分析純 （哈爾濱市化工試劑廠）瓊脂粉 分析純 （浙江湖州食品化工聯(lián)合公司） 鹽酸 分析純 （天津市藥華化學(xué)試劑公司）1.2 實(shí)驗(yàn)原理1.2.1實(shí)驗(yàn)處理在MS基本培養(yǎng)基中添加不同濃度的NaCl構(gòu)成脅迫培養(yǎng)基，即設(shè)置濃度為0mmol/L (CK)、40mmol/L、80mmol/L、120mmol/L 4個(gè)濃度，將不同濃度的鹽

31、分別添加到培養(yǎng)基(MS+2.375g瓊脂 +3%蔗糖)中，形成不同鹽脅迫的培養(yǎng)基。將繼代培養(yǎng)的脫毒苗按單節(jié)莖切段轉(zhuǎn)移到含有不同鹽的脅迫培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)。培養(yǎng)瓶直徑為6.5cm，內(nèi)裝50ml鹽脅迫培養(yǎng)基。材料處理1植物材料的消毒及切取 將馬鈴薯脫毒苗置于一個(gè)有螺旋蓋的玻璃瓶中，注入用漂白粉配置的適當(dāng)濃度的消毒液，將材料完全浸沒(méi)在消毒液中，蓋上蓋，將玻璃瓶置入超凈工作臺(tái)。在消毒期間把玻璃瓶搖動(dòng)23次21。 消毒處理后，將瓶蓋打開(kāi)，將消毒液倒出，注入適量的無(wú)菌蒸餾水，再蓋上蓋，搖動(dòng)數(shù)次，將水倒掉，如此重復(fù)34次。 將材料取出，置于一個(gè)已滅過(guò)菌的培養(yǎng)皿中。 在對(duì)植物材料進(jìn)行消毒處理的同時(shí)，對(duì)所要使用的

32、器械進(jìn)行消毒，方法是把它們蘸入95%的酒精中，取出后再置于酒精燈火焰上灼燒，待冷卻后使用。所有操作器械需要在每次使用前消毒一次。 使用這些消毒過(guò)的器械由已經(jīng)過(guò)表面消毒的馬鈴薯脫毒苗切取適當(dāng)?shù)膯吻o段。 2接種 將裝有培養(yǎng)基的三角瓶的封口膜打開(kāi)，將瓶口置酒精燈火焰上烘烤數(shù)秒鐘，將單莖段接種到培養(yǎng)基上，每瓶接入10個(gè)莖段，每個(gè)濃度處理5瓶。然后迅速用封口膜封嚴(yán)。 3培養(yǎng) 將已接種好的三角瓶置于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為212，光照14h/d，光強(qiáng)2000Lx22。 1.3 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 本實(shí)驗(yàn)在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)馬鈴薯研究室進(jìn)行。1.4 取樣及測(cè)定方法 1.4.1取樣方法接種20d后，隨機(jī)取正常馬鈴薯脫毒苗

33、葉片測(cè)定脯氨酸含量，葉綠素含量。三次重復(fù)。各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定方法1葉綠素含量的測(cè)定 (分光光度計(jì)比色法) 提取葉綠素： 從植株上選取有代表性的葉片數(shù)張，于天平上稱取0.10.5g鮮重，剪碎置研缽中，加蒸餾水56ml，石英砂少許，研成勻漿，再加入20ml丙酮，繼續(xù)研磨至組織變白，無(wú)綠色。把提取液倒入小燒杯，加少量的丙酮沖洗研缽一次，靜止3min，用一層加丙酮濕潤(rùn)過(guò)的濾紙過(guò)濾，再用丙酮將紙上色素沖洗干凈，定容至50ml容量瓶中，搖勻，此即為葉綠素丙酮溶液，作測(cè)定用。 測(cè)量光密度：取一光徑為1m的比色杯，注入上書業(yè)綠素丙酮溶液。另以80丙酮注入同樣的比色杯中，作為空白對(duì)照，用分光光度計(jì)在652nm下測(cè)定

34、光密度。 計(jì)算結(jié)果：將測(cè)得的光密度D652代入公式C=（D6521000）34.5直接計(jì)算葉綠素濃度；葉綠素含量（mgg鮮重）=CV(1000W) (W為所用鮮組織的重量g 、C為葉綠素總濃度mg/l、V為葉綠素提取液的最終體積 ml)2脯氨酸含量測(cè)定(磺基水楊酸法)稱取待測(cè)馬鈴薯葉片0.05-0.5g，分別置大管中，然后向各管加入5ml 3%磺基水揚(yáng)酸溶液，在沸水浴中提取10min，冷卻后過(guò)濾于干凈試管中，濾液即為脯氨酸提取液。吸取2ml提取液于另一干凈的具塞試管中，加入2ml冰醋酸及2ml酸性茚三酮試劑，在沸水浴中加熱30min，溶液即呈紅色。冷卻后加入4ml甲苯，搖蕩30S，靜置片刻。用

35、吸管輕輕吸取上層紅色脯氨酸甲苯溶液于比色杯，以甲苯為對(duì)照，520nm處比色。脯氨酸含量（ug/g）=X5/2/樣重（g）第二章 結(jié)果與分析2.1 NaCl脅迫對(duì)馬鈴薯脫毒苗葉綠素含量的影響表2-1 NaCl脅迫下馬鈴薯脫毒苗葉綠素含量變化的方差分析變差來(lái)源平方和自由度均方FF0.05F0.01濃度間誤差總和146.0147.36193.37381148.675.928.23* *4.077.59表2-2 葉綠素含量變化的多重比較120mmol/LNaCl80mmol/L NaCl40 mmol/L NaCl0(CK)40mmol/LNaCl80mmol/LNaCl0.913* *0.5247*

36、 *0.3740.539* *0.15070.3883圖1 NaCl 脅迫下馬鈴薯脫毒苗葉綠素含量的變化由表2-1，可知FF 0.01，即P0.01，因此，葉綠素含量差異極顯著。由圖1可看出NaCl脅迫下馬鈴薯葉片葉綠素總含量變化趨勢(shì)隨NaCl濃度的升高逐漸降低，且處理間差異顯著。正常情況下，馬鈴薯試管苗的葉色濃綠，葉綠素含量較高為1.456mg/g FW。由表2-2看出，低濃度40mmol/L鹽脅迫下，葉綠素含量呈現(xiàn)大幅度下降，與對(duì)照間差異極顯著（P0.01）。進(jìn)一步梯度升高鹽濃度至120mmol/L時(shí)，發(fā)現(xiàn)各處理間葉綠素含量呈現(xiàn)極顯著（P0.01的下降趨勢(shì)圖 1），此時(shí)肉眼可見(jiàn)各處理試管苗

37、葉色間及與對(duì)照間的差異，表明鹽脅迫破壞了葉綠素的合成或加速了葉綠素的分解，進(jìn)而影響光合效率和植株生長(zhǎng)。2.2 NaCl脅迫對(duì)馬鈴薯試管苗脯氨酸含量的影響表2-3 NaCl脅迫下馬鈴薯試管苗脯氨酸含量變化的方差分析變差來(lái)源平方和自由度均方FF0.05F0.01濃度間誤差總和122.9442.8165.74381140.985.357.66* *4.077.59表2-4 脯氨酸含量變化的多重比較0(CK)40mmol/LNaCl80mmol/LNaCl120mmol/LNaCl80mmol/LNaCl40mmol/LNaCl28.9907* *30.5336* *26.8174* *2.17333

38、.71261.5429圖2 NaCl脅迫下馬鈴薯脫毒苗脯氨酸含量從圖2和表2-3、表2-4可以看出，正常條件下，馬鈴薯試管苗中的脯氨酸含量很低，為8.1988ug/g FW。40mmol/L鹽濃度脅迫下，脯氨酸含量呈現(xiàn)極顯著（P0.01）的增加。隨鹽濃度進(jìn)一步梯度升高至80mmol/L時(shí)，脯氨酸含量呈上升趨勢(shì)，在80mmol/L鹽濃度下，脯氨酸積累量最高，為38.7324ug/g FW，是對(duì)照的4.72倍。但在120mmol/L鹽濃度下 ， 脯氨酸的積累反而受阻，含量下降，但此時(shí)馬鈴薯的試管苗生長(zhǎng)狀態(tài)卻最差，表明在一定鹽濃度范圍內(nèi)（080mmol/L），脯氨酸含量的高低反映了植株受傷害的程度，

39、而當(dāng)鹽濃度超過(guò)植株的忍耐程度時(shí)，其組織和器官的生理代謝功能已被破壞，此時(shí)脯氨酸含量的高低就無(wú)任何意義。第三章 討 論鹽逆境是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要原因之一。鹽傷害植物的原因是因?yàn)榇罅康腘a+造成營(yíng)養(yǎng)虧缺；抑制需K+酶的活性26；取代質(zhì)膜上的Ca2+27，導(dǎo)致膜透性增加，特別是鹽脅迫下試管苗膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物MDA的大幅度升高，更加劇了膜的通透性，致使細(xì)胞內(nèi) 含物大量外滲，細(xì)胞功能基本喪失。已有的研究結(jié)果表明鹽脅迫下植株吸收鹽分并在體內(nèi)積累，使Na+/K+比升高，膜結(jié)構(gòu)和功能受到傷害，減少并阻礙光合產(chǎn)物的運(yùn)輸2325，本試驗(yàn)也支持這一結(jié)論。馬鈴薯試管苗對(duì)鹽逆境的反應(yīng)非常靈敏，低鹽（0.2）濃度下，試

40、管苗體內(nèi)的Na+含量、脯氨酸含量均極顯著地高于對(duì)照，并隨鹽濃度的上升，各指標(biāo)表現(xiàn)出大幅度的上升趨勢(shì)。滲透調(diào)節(jié)是鹽生植物和非鹽生植物適應(yīng)鹽脅迫的主要生理機(jī)制之一。脯氨酸可作為酶和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的含氮化合物、滲透劑和疏水保護(hù)劑，保護(hù)植物組織免受脅迫傷害。本試驗(yàn)結(jié)果表明，鹽脅迫下馬鈴薯可通過(guò)增加體內(nèi)脯氨酸含量來(lái)維持滲透平衡，具有一定的 耐鹽性。鹽脅迫下馬鈴薯試管苗脯氨酸的積累量反映的是其受傷害的程度。當(dāng)然，鹽度超過(guò)馬鈴薯的耐受力時(shí)，脯氨酸含量的高低就無(wú)意義了。鹽脅迫下，植物細(xì)胞色素系統(tǒng)遭到破壞，導(dǎo)致葉綠素含量降低。葉綠素和植物光合作用密切相關(guān)，其含量在一定程度上體現(xiàn)了植物光合能力的大小。葉綠素含量的降低又

41、導(dǎo)致葉綠素內(nèi)囊體膜上色素蛋白復(fù)合體損傷，從而降低葉綠素對(duì)光能的吸收，影響內(nèi)囊體膜的垛疊，使基粒的數(shù)量和質(zhì)量下降，從而影響葉肉的光和活性，導(dǎo)致光合產(chǎn)物合成受阻。第四章 結(jié) 論4.1 葉綠素含量的變化本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)鹽濃度為0mmol/L (CK)、40mmol/L、80mmol/L、120mmol/L 時(shí)，馬鈴薯試管苗的葉綠素含量分別為1.456、1.0677、0.917、0.543，表明葉綠素含量隨鹽濃度的增加而顯著降低。鹽脅迫下，植物細(xì)胞色素系統(tǒng)遭到破壞，導(dǎo)致葉綠素含量降低。葉綠素和植物光合作用密切相關(guān)，其含量在一定程度上體現(xiàn)了植物光合能力的大小。因此，葉綠素含量可作為鑒定馬鈴薯生長(zhǎng)土壤的鹽分多

42、少的指標(biāo)。4.2 脯氨酸含量的變化本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)鹽濃度為0mmol/L (CK)、40mmol/L、80mmol/L、120mmol/L 時(shí)，馬鈴薯試管苗的脯氨酸含量分別為8.1988、35.0162、38.7324、37.1895，表明脯氨酸含量隨鹽濃度的增加而逐漸增加；當(dāng)鹽濃度為80mmol/L時(shí)，脯氨酸為38.7324，含量達(dá)到最高。鹽脅迫下，馬鈴薯試管苗脯氨酸的積累量反映的是其受傷害的程度。當(dāng)然，鹽度超過(guò)馬鈴薯的耐受力時(shí)，脯氨酸含量的高低就無(wú)意義了。注 釋1 利容千，王建波：植物逆境細(xì)胞及生理學(xué)基礎(chǔ)M，武漢大學(xué)出版社，2002年。2 劉友良，汪良駒：植物對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)和耐鹽性M，見(jiàn)：余叔

43、文，湯章城植物生理與分子生物學(xué)北京科學(xué)技術(shù)出版社，1998：752769。3 梁春波：馬鈴薯新型栽培種輪回選擇材料耐鹽性研究D，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)碩士學(xué)位論文，2006年6月。4 Drew M C, Lauchli A:The Role of the Mesocotyl in Sodium Exclusion from the Shoot of Zea mays L. (cv. Pioneer 3906) J. Exp Bot. 1987，38: 409418.5 王寶山，趙可夫，鄒琦：作物耐鹽機(jī)理研究進(jìn)展及提高作物抗鹽性的對(duì)策J.植物學(xué)通報(bào)，1997，14(增刊)：2530。6 趙可夫：植物抗

44、鹽生理M，北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1993. 230232。7 張海燕，趙可夫：鹽分和水分脅迫對(duì)鹽地堿蓬幼苗滲透調(diào)節(jié)效應(yīng)的研究J. 植物學(xué)報(bào)，1998，40 (l): 5661。8 趙可夫，李軍：“鹽濃度對(duì)種單子葉鹽生植物滲透調(diào)節(jié)及其在滲透調(diào)節(jié)中的影響”J. 植物學(xué)報(bào)，1999，41 (12)：1287。9 任東濤，張承烈：“河西走廊不同生態(tài)型蘆葦可溶性蛋白質(zhì)、總氨基酸和游離氨基酸分析”J.植物學(xué)報(bào)，1992, 34(9): 698。10 Jeschke W D. “K+ /Na+ exchange at cellular membranes，intracellular compartmen

45、tation of cations，and salt tolerance”. In: Staples RC (ed). Salinity Tolerance in Plants: Strategies for Crop Improvement. New York: John Wiley & Sons，1984. 3765.11 王麗燕，趙可夫：“玉米幼苗對(duì)鹽脅迫的生理響應(yīng)”J。作物學(xué)報(bào)，2005，31(2):264266.12 Mccord J M: Free radicals and inflammation: protection of synovial fluid by superoxi

46、de dismutase J. Science, 1974, 185:529531.13 王寶山：NaCl處理下大麥根中Na+，K+和ABA對(duì)液泡ATPase活性的影響J.植物生理學(xué)報(bào)，1991，17(4):403406。14 呂香芝，乙引：“NaCl對(duì)小麥幼苗葉片中脯氨酸氧化酶活性和自由氨基酸的影響”J.植物生理學(xué)報(bào)，1992，18(4): 376382。15 王寶山：“生物自由基與植物膜傷害”J，植物生理學(xué)通訊，1988，24(2):1216。16 趙可夫，鄒琦，李德全：“鹽分和水分脅迫對(duì)鹽生和非鹽生植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用的效應(yīng)”，植物學(xué)報(bào)，1993，35(7):519 525。17 趙可

47、夫：“鹽分過(guò)多對(duì)植物的傷害作用和傷害機(jī)理”，曲享師范學(xué)院學(xué)報(bào)(植物抗鹽生理專刊)，1984，3032。18 Zhu J K: Plant salt tolerance J. Trends Plant Sci, 2001,6: 6671.19 呂志英：“抗(耐)鹽楊新無(wú)性系的篩選研究報(bào)告”M. 南京：南京林業(yè)大學(xué)，1995，1319。20 王愛(ài)國(guó)：“植物的氧代謝”M. 見(jiàn)：余叔文，湯章城：植物生理學(xué)與分子生物學(xué)(2版)，北京科學(xué)出版社，1998. 366389。21 胡尚蓮等：植物生物技術(shù)，西南交通大學(xué)出版社，2004年。22 查夫拉等：植物生物技術(shù)導(dǎo)論，化學(xué)工業(yè)出版社，2005年。23 毛才良

48、，劉友良：“鹽脅迫大麥體內(nèi)Na+、K+分配與葉片耐鹽量”，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1990，13(3)：2632。24 趙可夫：植物抗鹽生理J，北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1993，2570。25 Cramer G R. Salt tolerance is not associated with the sodium accumulation of two maize hybrids J. Aust J Plant Physiol.1994, 21:675692.26 Cramer G R. Kinetics of maize leaf elongation J. J Exp Bot . 1992,

49、43: 857864.27 許祥明，葉和春，李國(guó)鳳：植物抗鹽機(jī)理的研究進(jìn)展J. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2000,6（4）：379387。 參 考 文 獻(xiàn)1 趙可夫：對(duì)小麥幼苗降低鹽害效應(yīng)的研究J. 植物學(xué)報(bào)，1993，35（1）：5156。2 張新春，莊炳昌，李自超：植物耐鹽性研究進(jìn)展J. 玉米科學(xué)，2002，10(1):5056。3 李曉燕，宋占午，董志賢：植物的鹽脅迫生理J.西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，40（3）：106111。4 利容千，王建波：植物逆境細(xì)胞及生理學(xué)基礎(chǔ)M. 武漢大學(xué)出版社，2002年。5 劉友良，汪良駒：“植物對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)和耐鹽性”M.見(jiàn)：余叔文，湯章城：植物生理與分子

50、生物學(xué)，北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1998:752769。6 龔家棟：馬鈴薯不同品種耐鹽性差異初步研究J.中國(guó)沙漠，1996，16（l）：6166。7 王新偉：不同鹽濃度對(duì)馬鈴替試管苗的脅迫效應(yīng)J.馬鈴薯雜志，1998，12（4）。8 Munns R C. Comparative physiology of salt and water stress J. Plant Cell Environ, 2002, 25: 239250.9 Munns R, Gardner A, Tonnet M L, Rawson H M. Growth and development in NaCl-treated plants.II .Do Na+ o