耕地土壤模拟酸化对景天三七形态结构及逆境应答的影响

发布时间：2020-04-14 10:39

【摘要】：景天三七(Sedum aizoon L.),别名养心菜,景天科景天属多年生草本植物,是一种具有绿色保健等经济价值的野生蔬菜。结合我国超过40%耕地土壤酸化的实际情况,本试验通过模拟土壤酸化探究景天三七抵抗土壤酸胁迫的机理,通过试验得出了以下结论:(1)土壤酸化对土壤氮磷钾的含量具有显著影响,在土壤pH6.6-7.4范围内,氮磷钾含量较为均衡,随着土壤pH降低(5.5、4.6、3.4),与CK(pH6.6)相比速效氮降低62.9%、84%、88%;速效磷降低18.4%、49.7%、65.1%;速效钾增加16%、18.8%、32.6%,表现为氮、磷含量降低,钾含量升高,土壤氮磷钾含量失衡;在土壤pH低于4.6以后,土壤中的活性铝溶出量由CK的0.53mg/kg急剧增加至22.92mg/kg,在土壤酸胁迫的过程中开始伴随着铝毒害作用。(2)景天三七在土壤酸胁迫中表现出了较强的抗逆性,可以在土壤pH4.6-7.4范围内生长,在CK土壤中长势最为良好,随着土壤pH降低,地上部干鲜重增加逐渐受到抑制,根系的生长则表现为轻度胁迫(pH5.5)促进,中度(pH4.6)和重度胁迫(pH3.4)抑制的趋势;在土壤pH低于4.6以后,重度土壤酸胁迫会对根系的生长造成严重损伤并导致其死亡。(3)叶片的超显微结构显示,在CK土壤中生长的植株,叶绿体呈椭圆状,沿细胞膜均匀分布,结构功能正常。土壤pH低于4.6后,叶绿体不再沿细胞膜均匀分布,在细胞质中以聚堆的形式出现,部分叶绿体呈现出不规则球形,基粒片层产生明显间隙,部分内囊体膜模糊不清,嗜锇颗粒明显增大,同时产生了大量体积较大的淀粉粒。(4)根系的超显微结构变化与叶片相一致,在土壤pH5.5-7.4范围内根系细胞的质体和线粒体结构完好,呈圆形或椭圆形,核膜结构完整清晰可见。土壤pH低于4.6以后,土壤酸胁迫会对根系细胞内的线粒体、细胞核膜、质体造成严重的损伤,导致其出现损伤、肿胀、变形、溃败等现象,造成根系的死亡。(5)在土壤pH4.6-7.4范围内,可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸在景天三七受到土壤酸胁迫时,会在植株体内大量积累,维持细胞内外渗透势平衡,保证细胞功能的正常进行。土壤pH低于4.6以后,根系MDA含量显著高于CK 59.7%,三种渗透调节物质含量显著降低,膜质过氧化程度超过渗透调节极限,对根系细胞造成严重损伤。叶片虽然在重度胁迫后期可溶性糖和游离脯氨酸含量比CK显著降低43.4%、32.5%,但可溶性蛋白的含量却显著高于CK 154.6%,在一定程度上缓解了叶片受到的胁迫伤害。(6)SOD、CAT、APX、GR等抗氧化酶,在清除土壤酸胁迫下植株体内产生的ROS上发挥了积极作用。在土壤pH4.6-7.4的范围内可以很好的调节ROS的产生与清除,缓解植株受到的胁迫危害。土壤pH低于4.6以后,随着膜质过氧化加剧,相关酶的活性出现剧烈变化,无法及时清除大量产生的ROS,植株的生长随即受到严重影响。(7)在土壤pH4.6-7.4的范围内,随着胁迫时间的延长,景天三七总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b含量呈增加趋势,轻度和中度土壤酸胁迫会对叶绿素的积累产生一定抑制效果,但对光合无显著影响。土壤pH低于4.6以后,Fo、Fv/Fm、Fm、qP、Φ_(PSⅡ)显著降低,NPQ显著升高,PSⅡ反应中心遭到破坏或可逆失活,光能转化效率降低,光合电子传递活性受到抑制,产生大量过剩光能,导致叶绿素降解,Pn、Gs、Tr、Ci严重下降,Ls显著升高,植株的光合能力遭到破坏。
【图文】：

图 1 土壤酸胁迫对景天三七叶片超微结构的影响a：叶绿体；b：淀粉粒；c：嗜锇颗粒；d：基粒片层；e：线粒体；f:叶绿体g：细胞间隙Fig.1 Effects of soil acidification on the ultrastructure of Sedum aa：chloroplast；b：starch granule；c：osmiophilic particles；d：grana lamella；e：mitochonto the cell membrane；g：intercellular4.4 土壤酸胁迫对景天三七根系形态结构及活力的影4.4.1 对景天三七根系细胞超微结构的影响由图 2 可以看出，在不同土壤酸胁迫 28d 时，中性土（pH7迫（pH5.5）下的根系细胞线粒体结构完好，呈圆形或者椭圆形；在下，根系细胞线粒体出现轻微损伤，有一定程度的变形，在重度根系细胞中的线粒体出现严重损伤，嵴突膨胀并有一定的变形，溃。图2中CK根系细胞核膜结构完整清晰可见，在中度胁迫下根核膜结构松散，出现了一定程度的损伤。从土壤 pH 5.5-7. 4 范围

根系细胞线粒体出现轻微损伤，有一定程度的变形，在重度胁迫（pH3.4）下，根系细胞中的线粒体出现严重损伤，嵴突膨胀并有一定的变形，线粒体膜出现部分破溃。图2中CK根系细胞核膜结构完整清晰可见，在中度胁迫下根系细胞核肿胀变形，核膜结构松散，，出现了一定程度的损伤。从土壤 pH 5.5-7. 4 范围内，根系细胞内的质体呈圆形或椭圆形表现完好，在中度胁迫下，根系细胞内的质体出现一定程度的变形，内部结构发生一定的程度的溃败，而在重度胁迫下，在电镜中观察到根系细胞内产生大量的质体，内部出现严重的溃败现象。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S647

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本文编号：2627208