铝胁迫对豆瓣菜生理生化特性及营养元素吸收的影响

发布时间：2020-06-17 14:02

【摘要】：豆瓣菜(Nasturtium officinale R.Br.),又名西洋菜、水田芥,属多年生十字花科(Brassicaceae)水芥菜属(Nasturtium)草本植物。由于设施面积的不断扩大,土壤酸化日益严重。土壤酸化导致了活性铝含量升高,铝毒害已经成为酸性土壤中制约作物生产的重要障碍因子。长期生产实践及研究认为淹水对于土壤的理化性质均有改良,可使土壤pH趋于中性。研究表明,豆瓣菜对于金属元素有一定的富集吸收能力,对铝胁迫有一定的耐受性,能显著改善富营养化水体的水质。因此豆瓣菜可以用于设施生产中的水旱轮作模式,达到改良土壤的目的。为此,本课题以豆瓣菜为研究材料,设置铝浓度梯度(0,300mg/kg,600 mg/kg,900mg/kg,1200 mg/kg)处理,从铝胁迫对豆瓣菜的生长、生理生化特性及营养元素吸收的影响,探索豆瓣菜对铝胁迫的生理响应机制,同时也为设施地栽培能否利用豆瓣菜进行水旱轮作的可行性进行探讨,为铝毒害的植物生理响应机理和豆瓣菜的生长栽培提供新的资料。本研究结果如下:(1)在铝胁迫下,豆瓣菜的株高逐渐降低,1200mg/kg下显著低于对照;根长、茎粗和根系活力先升高后降低,分别在600mg/kg、300mg/kg、300mg/kg处理下达到最高值,之后降低;地上部和地下部的干、鲜重先升高后降低,除地上部干重在300mg/kg处理下达到最高值外,均在600mg/kg处理下达到最高值,根冠比随铝处理浓度升高而升高,总体来说,豆瓣菜的生长受铝胁迫的影响呈现“低促高抑”的变化特点。(2)在铝胁迫下,豆瓣菜叶片的SOD和POD活性、Pro、可溶性蛋白和可溶性糖含量均呈先升高后降低的变化趋势,随着处理时间延长,较低浓度下(300mg/kg、600mg/kg)逐渐升高,高浓度下逐渐下降;CAT活性随铝处理浓度和时间延长逐渐下降,APX活性先降低后逐渐升高,MDA含量持续升高。总体来说,较低浓度的铝处理有利于豆瓣菜大多数酶和有机物的表达,Al~(3+)600mg/kg的铝处理即可对豆瓣菜的抗氧化系统和细胞膜造成损伤,铝处理浓度越大,受胁迫时间越长,损伤越大。(3)在铝胁迫下,豆瓣菜的叶绿素合成受到刺激,叶绿素a、b含量和总量大致表现为先升高后降低的变化规律,在第30d时,三者均在600mg/kg处理下达到最高值,显著高于对照;叶绿素a/b逐渐降低;随着时间延长,Al~(3+)≤600mg/kg处理下的叶绿素a、b和总量均有所升高,Al~(3+)600mg/kg时,叶绿体a含量有所下降,叶绿素b和叶绿素总量仍呈缓慢升高趋势;表明豆瓣菜受铝胁迫的影响,光合效率有所降低,但叶绿体结构没有遭到破坏。(4)在铝胁迫下,豆瓣菜的叶绿素荧光参数Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm均呈先升高后降低的变化趋势,分别在900mg/kg、600mg/kg、300mg/kg、300mg/kg处理下达到最高值,之后降低,说明较低浓度的铝处理对豆瓣菜的PSⅡ有一定的促进作用,叶片活力指数有所升高。NPQ逐渐升高,Y(Ⅱ)、qP、ETR逐渐降低,分别在600mg/kg、300mg/kg、600mg/kg处理下显著低于对照,表明在铝胁迫初期(300mg/kg、600mg/kg),豆瓣菜的PSⅡ系统受影响不大,随着铝胁迫的加重,PSⅡ系统部分关闭,光化学反应受限,电子传递活性降低,光合效率大大降低。(5)在铝胁迫下,豆瓣菜对营养元素的吸收受到不同程度的抑制。其中对Al的吸收主要集中在根系,随铝处理浓度升高,吸收的Al含量越高,向上运输的能力受到抑制,表现出豆瓣菜一定的耐铝性;大量元素N、P、K、Ca、Mg逐渐降低,N、P、K叶片受抑制程度大于根系,向上运输的能力受到抑制,Ca、Mg根系受抑制程度稍高于地上部,Na含量地上部逐渐升高,根系先降低后升高,900mg/kg显著低于对照,达到最低值。微量元素Fe、Mn、Zn、Cu均受到抑制,Fe、Cu受到的抑制效果最明显,Zn向上运输能力受到抑制,Cu向上运输能力得到促进。
【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】：S645.9
【图文】：

豆瓣菜,铝胁迫,丙二醛含量,叶片

图 1 铝胁迫对豆瓣菜叶片丙二醛含量的影响Fig1.Effect of aluminum stress on MDA content in leaves of watercress3.2.2 铝胁迫对豆瓣菜叶片脯氨酸含量的影响脯氨酸( Pro) 是植物维持原生质稳态的重要分子，可以反映植物耐铝的能力[71]。由图 2 可知，在第 10d、20d、30d，随着铝处理浓度的升高，豆瓣菜叶片的Pro 含量均呈现先升高后降低的趋势，分别在 300mg/kg、600mg/kg 和 600mg/kg铝处理下达到最高值，增幅分别为 30.12%、43.18%和 48.64%；其中，300mg/kg和 600mg/kg 铝处理下的 Pro 含量均显著高于对照，说明此时 Pro 的合成得到一定的促进；随着时间的延长，300mg/kg 处理下的 Pro 含量先略微降低后升高；600mg/kg 铝处理下的 Pro 含量持续升高；900mg/kg 和 1200mg/kg 处理下，豆瓣菜叶片的 Pro 含量随时间延长呈下降趋势，除第 10d 时 900mg/kg 铝处理下的 Pro含量与对照差异不显著外，均显著低于对照，在第 30d 达到最低值，分别是对照的 77.12%和 72.82%;Pro 的积累可能对豆瓣菜铝胁迫有一定的缓解作用，铝处理

豆瓣菜,铝胁迫,脯氨酸含量,叶片

图 2 铝胁迫对豆瓣菜叶片脯氨酸含量的影响Fig2.Effect of aluminum stress on Pro content in leaves of watercress3.2.3 铝胁迫对豆瓣菜叶片可溶性蛋白含量的影响可溶性蛋白可以帮助植物细胞维持较低的渗透势，其含量的增加是胁迫环境下植物渗透调节的重要手段[72]。由图 3 可知，在第 10d、20d、30d，随铝处理浓度的升高，各处理下的豆瓣菜叶片可溶性蛋白含量呈现先升高后降低的趋势，分别在600mg/kg、300mg/kg和600mg/kg铝处理下达到最高值，增幅分别为27.63%、32.92%和 25.91%；在第 10d，各处理下的可溶性蛋白含量均显著高于对照，增幅为 12.85%~27.63%，说明在铝胁迫初期，豆瓣菜叶片合成了大量可溶性蛋白，用于维持细胞正常的渗透调节。随着时间的延长，300mg/kg 铝处理下的可溶性蛋白含量先升高后降低；600mg/kg 铝处理下的可溶性蛋白含量呈现增长的趋势，在第 30d 达到最大值，显著高于对照；900mg/kg 和 1200mg/kg 处理下的可溶性蛋白含量随着时间的延长呈现缓慢降低的趋势，说明当 Al3+≥900mg/kg 时，豆瓣

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