逆境下的作物离子交换无损检测与分析关键技术研究

发布时间：2018-10-11 09:59

【摘要】：植物电信号是对外界刺激的最初反应之一,在逆境胁迫下的植物会产生相应的电信号变化,这在国内外已有报道。引起电信号变化的根本原因是进出植物体的离子交换过程,然而电信号变化过程中的离子改变规律仍然需要深入研究,找到一种行之有效的检测手段将对此产生积极意义。本研究将植物电生理中的胞内测量技术、胞外动态离子流检测技术相结合,对植物电信号变化过程的离子机制进行了探索性研究,并选取耐盐性不同的小麦品种为对象,同步记录了盐胁迫下的植物细胞膜电位与胞外对流、H’流信息,提取其耐盐性特征参数,对其进行分析和解译。以特征参数对胁迫的响应为依据,对小麦的耐盐等级进行辨识分类,建立了基于作物离子交换过程的耐盐特性辨识模型,为作物抗性早期筛选提供科学依据。针对问题进行研究,主要成果如下：(1)进行了膜电位与离子流同步检测技术中的微电极传感器关键技术研究主要制备了三种适用于膜电位与离子流同步检测技术的离子选择性微电极传感器,分别用于检测胞外单一离子流、胞内离子活度,以及胞外双离子流的检测,研究了微电极制备过程的拉制、硅烷化、灌充等关键工艺,特别是硅烷化处理,给出了微电极阻抗、能斯特斜率、检测限、响应时间等性能的测试方法及测试结果,研究了微电极性能对膜电位与离子流同步检测技术的影响。其中检测胞外单一离子流的离子选择性微电极已应用于同步检测系统中,用于检测小麦根区胞外H’流、K+流在瞬时NaCl刺激下的变化规律。(2)研究了获取植物活体膜电位与胞外离子交换动态变化的同步检测方法及离子流检测方法校准模型搭建了能够获取植物活体膜电位与胞外离子交换动态变化的同步检测系统；研究了离子流检测方法的校准模型及关键技术,验证了离子流检测系统的准确性与可靠性；测量了膜电位与离子流同步检测系统的噪声水平,膜电位检测噪声为0.1 mV以内,离子流噪声检测为15μV以内,能够满足测量精度要求；研究了膜电位与离子流原始数据的插值拟合算法与降噪算法；实验论证了对小麦样本实施瞬时NaCl刺激的三种方式,并选择了合适的刺激方法。(3)研究了盐胁迫下小麦根区的膜电位与胞外离子流的同步变化规律以不同耐盐性小麦品种德抗961、薛早、农大5182和京411为研究对象,应用膜电位与离子流同步检测系统对瞬时NaCl刺激下小麦根区的膜电位与进出小麦根区的离子流信息进行了同步检测,发现小麦根区细胞膜电位的超极化与复极化过程与胞外H’流、K+流分别存在着正相关性,说明了超极化过程可能有质子泵的参与,而从超极化状态转为去超极化之后的过程很可能主要由K+流失贡献,揭示了小麦耐盐性的部分离子响应机理。(4)提取了小麦耐盐性动力学曲线特征参数,建立了小麦耐盐性辨识模型选取不同耐盐性小麦品种作为样本,绘制了盐胁迫下的膜电位变化曲线及胞外K+流、H+流变化曲线,并从中择定了能够表征小麦生理对盐胁迫产生的响应特征的9种动力学曲线特征参数,研究了不同耐盐性小麦对瞬时NaCl刺激的膜电位响应机制与胞外K+流、H+流响应机制;基于支持向量机建立了小麦耐盐性辨识模型,为作物抗逆性研究提供方法。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;S512.1

【相似文献】