种子引发对养分缺乏与非生物胁迫下水稻幼苗生长、离子平衡及氧化代谢的影响

发布时间：2018-02-11 01:02

  本文关键词： 非生物逆境 养分缺乏 种子引发 抗氧化物 离子稳态 活性氧 水稻幼苗　出处：《华中农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：植物在生长过程中会遇到许多不同的非生物胁迫。水稻作为维系着世界上半数以上人口生存的重要粮食作物,对非生物胁迫的忍耐机制组合和敏感性也会不同于其它作物。尤其是在早期生长阶段的水稻对低温、干旱或盐胁迫会非常敏感。在自然条件下,水稻通常会同时遇到多种不同的非生物逆境胁迫。因此,对于多重逆境环境因素的调查研究具有重要的生态学意义。水稻对多重逆境的反应具有独特性,因此不能简单地理解为其单个逆境因子下的反应叠加。植物应对特定的胁迫条件需要能量和足够的资源。然而,养分的限制也会制约着植物对逆境环境的适应过程。种子引发是在控制条件下使种子缓慢吸水,为萌发提前准备的一种播前处理技术,可以促进种子萌发、提高幼苗活力和保障许多大田作物特别是在不利环境下的正常生长。目前有关逆境环境下如何进行有效地种子引发处理的报道较少,但在考虑多重逆境胁迫因子方面鲜有报道。因此,本文通过在人工气候箱进行了一系列的溶液培养试验,研究了不同非生物胁迫(低温、盐分、干旱、镉毒)与不同养分供应条件(完全养分、缺N、缺P和缺K)交互作用下种子引发处理和非引发处理水稻的生理、生化及矿质营养响应机制。本研究的假设理论是种子引发处理可能会通过调节代谢过程、调控产生渗透物质和次生代谢物、提高抗氧化防御系统以及维持植物正常养分状况来获得抵抗逆境环境的潜力。得到的主要结果如下:(1)在18?C低温胁迫条件下会导致水稻出苗缓慢且不整齐,水稻幼苗生长衰弱,水稻体内生理代谢、淀粉代谢和呼吸速率的降低,同时会使脂质过氧化反应增强,水稻秧苗H2O2的积累量增加。种子引发处理均能明显减轻低温胁迫伤害,其中以化学硒Se处理和水杨酸SA处理的效果更好。在低温胁迫条件下种子引发处理能促进水稻种子发芽和幼苗生长,与其能够提高淀粉代谢和呼吸速率、维持膜结构完整性、促进代谢合成以及增强抗氧化物活性有关。(2)在低温胁迫与缺N、缺P或缺K情况下,水稻幼苗的生长都会明显受到影响。无论低温胁迫或常温下,缺N都会抑制水稻的地上部生长,而缺P或缺K抑制水稻的根系生长。缺N能增加根系的长度,但对根系的生长量没有影响。胁迫条件能使水稻体内脂质过氧化率加强,活性氧自由基ROS(O2?-,OH-,H2O2)增加;缺K处理的水稻幼苗ROS量明显少于缺N或缺P处理;在低温胁迫与缺N、缺P或缺K的条件下,种子引发处理和未引发处理的水稻幼苗各养分浓度具有较大的变异性;除Zn含量和根部P含量外,低温胁迫下导致其余测定养分指标的浓度降低或无显著变化。所有种子引发处理均能刺激或维持水稻的抗氧化系统防御系统。ROS水平的显著降低以及MAO和XOD活性改变明显表明种子引发处理可以降低水稻幼苗的ROS生成酶活性,它与ROS抑制酶的作用类似,也是水稻低温忍耐力提高的主要原因。在低温胁迫与不同养分处理下,种子引发处理对N、P和K浓度有较大影响,但对其他养分浓度无影响。然而,种子引发处理下单株水稻幼苗中总养分含量都相当高,其与水稻幼苗具有比较旺盛的长势有关。(3)在高盐胁迫与缺N、缺P或缺K条件下能够诱导ROS物质的产生,水稻叶片中发生脂类物质的氧化反应。高盐胁迫在与K素缺乏交互作用下对水稻的不利影响更大。在非盐害条件下,K素缺乏产生的ROS物质要明显少于缺N或缺P。盐胁迫在各种养分供应条件下均改变了水稻体内的离子平衡。种子引发处理的水稻秧苗未见盐胁迫诱导氧化性损伤的症状。种子引发处理提高了不同抗氧化酶活性和非酶促抗氧化剂的水平,有效地清除了过量产生的ROS物质,从而保护了细胞膜的完整性。此外,种子引发处理有助于降低盐度诱导离子的毒性和保持水稻秧苗的养分平衡。种子引发处理水稻幼苗中较高的矿物养分含量可能会在一系列适应盐胁迫相关的生化生理过程中起到重要的作用。在缺K和盐害的组合胁迫下,种子引发处理促进水稻幼苗养分吸收的效果更明显,与非引发处理的相比,增幅达18%-102%。(4)干旱胁迫与养分缺乏的交互作用也可造成氧化代谢反应发生改变,并影响水稻幼苗的后续生长。无论是单个胁迫因子还是干旱胁迫与缺N、缺P或缺K的交互影响均可显著增加ROS(O2?-,OH-,H2O2)生成量,并提高ROS诱导酶的活性,导致高脂质过氧化反应。干旱胁迫和缺N的交互作用导致了最大的氧化性损伤程度和很低的抗氧化活性,这表明N素的供给在干旱胁迫条件下尤为重要。缺N处理同时也导致水稻体内与抗旱性有关物质(GSH、Vc和Ve)含量水平显著降低。在完全养分供应条件下,干旱胁迫显著降低了除K和Zn以外的其他大量或微量元素的含量。种子引发处理能够有效缓解由干旱胁迫或养分缺乏引发的氧化应激反应。种子引发处理(尤其是Se和SA处理)显著降低了水稻幼苗叶片的ROS和MDA积累量以及MAO和XOD的活性,且与种子引发处理能增加水稻叶片中的SOD、POD、GR、GPX、GSH和Vc活性有关联。种子引发处理水稻幼苗中各种矿质养分的总量也增加了10%-47%,表明种子引发处理后的水稻幼苗具有较强的养分吸收能力。(5)Cd胁迫尤其是在缺N的条件下会增强氧化应激。然而在Cd胁迫与不同养分供应条件下,种子引发处理水稻幼苗叶片中的MDA总量要低于不引发处理,这表明种子引发后能缓解ROS过量产生造成的氧化损伤。种子引发通过调节抗氧化酶的活性以及非酶抗氧化剂的含量来增强水稻幼苗的抗氧化防御系统。在任何养分供应条件下,Cd胁迫均显著性降低了水稻幼苗中N、P、K、Zn、Mn和Cu吸收与积累。Cd胁迫显著增加了水稻幼苗根部的Ca/K、Ca/Mg和Fe/Mn比值。在缺P和缺K条件下水稻地上部和根部的Cd含量均要低一些。缺P和缺K能够抵御Cd的毒害可能是与抑制Cd吸收以及抗氧化防御系统的增强有关。在正常或Cd胁迫条件下种子引发处理水稻均具有较好的生长表现,吸收了更多的大量和微量元素。水稻地上部较低的Cd浓度也表明水稻秧苗良好的养分状况(Ca,Mg,Zn,Fe和Mn)能够抑制水稻幼苗对Cd的吸收与转运。种子引发处理的水稻幼苗根部较低的Cd浓度表明在Cd胁迫下种子引发能够避免Cd的累积造成损伤。种子引发处理能够通过减少Cd从根部向地上部的转运和吸收来降低Cd的毒害,从而有利于水稻的生长。总而言之,这些能够说明在Cd胁迫和养分缺乏环境下种子引发处理能够起到一定程度的保护作用。
[Abstract]:The results are as follows : ( 1 ) Under the condition of low temperature stress , it can promote the germination of rice seeds and the growth of seedlings . Under the condition of low temperature stress and lack of N , absence of P or K , the content of nutrients in rice seedlings can be reduced or no significant change . Under the condition of nutrient supply , the content of SOD , POD , GR , GPX , GSH and Vc in rice seedlings was significantly decreased .

【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S511
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本文编号：1501865