2,4-表油菜素内酯诱导下紫花苜蓿耐盐性生理响应研究

发布时间：2019-01-08 20:44

【摘要】：盐渍化是干旱、半干旱地区土壤的一个普遍特征,严重影响植物的生长发育和产量,已成为现代化农业生产所面临的严峻问题。油菜素内酯(brassinosteroids,BRs)是一种广泛存在于植物中的甾醇类新型植物激素,能够调节植物的生长发育过程,提高植物对逆境胁迫的抵抗能力,在农业生产中被广泛应用。BRs作为植物应答生物与非生物胁迫的重要生长调节剂,在提高植物耐盐性方面的研究日益受到关注,但有关BRs调控苜蓿耐盐性方面的研究尚未见报道。本研究以‘甘农3号’紫花苜蓿(Medicago sativa L.cv.Gannong No.3)为试验材料,利用外源2,4-表油菜素内酯(24-Epibrassinolide,EBR)处理种子和幼苗,研究Na Cl胁迫下外源EBR对其种子萌发、幼苗生长、抗氧化系统、光合作用、离子代谢及碳、氮代谢的影响,旨在明确外源BRs调控苜蓿耐盐性的生理机制。主要研究结果如下:(1)150 mmol·L?1 Na Cl胁迫明显抑制了紫花苜蓿种子的萌发、幼苗及根系生长,降低了幼苗的根系活力和地上、地下生物量。Na Cl胁迫下,添加外源EBR明显促进了苜蓿种子的萌发、幼苗及根系的生长,且低浓度外源EBR处理的促进效果较为明显,随着外源EBR浓度的升高,促进效果明显下降甚至存在抑制效应。0.1μmol·L?1 EBR明显提高了苜蓿种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和胚根长、胚芽长,提高了苜蓿幼苗的株高、主根长、根系总长度、根系总表面积、根体积、根尖数和根系活力,促进了苜蓿幼苗生物量的积累。和Na Cl处理相比,发芽率、发芽势分别提高了50.85%、98.70%,根系活力和地上、地下生物量分别提高了35.23%、17.50%、25.87%。(2)Na Cl胁迫显著降低了紫花苜蓿幼苗根系中的抗氧化酶活性,提高了叶片和根系中的GSH、As A含量,降低了GSH/GSSG、As A/DHA比值,诱导苜蓿幼苗体内ROS水平升高,质膜相对透性增加、膜脂过氧化作用加剧。Na Cl胁迫下,添加外源EBR显著提高了紫花苜蓿幼苗体内SOD、APX、GPX、CAT、GR活性和As A、GSH含量,提高了As A/DHA、GSH/GSSG比值和DHAR、MDHAR活性,降低了AAO活性,促进了As A-GSH循环,提高了苜蓿幼苗体内总抗氧化能力,显著降低了MDA、H2O2含量、OFR产生速率、OH·浓度和质膜相对透性,有效缓解了Na Cl胁迫诱导产生的氧化损伤。(3)Na Cl胁迫显著降低了紫花苜蓿幼苗的光合色素含量和Pn,降低了PSⅡ反应中心的活性,导致叶绿体吸收的光能用于光化学反应部分减少,天线热耗散和反应中心耗散增加,降低了苜蓿幼苗的光合能力。Na Cl胁迫下,添加外源EBR显著提高了苜蓿幼苗叶片的Chla、Chlb、Chla+b、Chlx·c含量及Chla/Chlb比值,降低了Chl/Car比值,提高了Pn、Tr、Gs、WUE;通过对Pn-SPR和Pn-CO2响应曲线的分析表明,添加外源EBR显著提高了苜蓿幼苗的Lsp、AQY、Pnmax和Cisat、α、Pmax,显著降低了Γ和Rp,同时降低了苜蓿幼苗叶片的F0、NPQ,提高了Fm、Fv/F0、Fv/Fm、ФPSⅡ、Fv′/Fm′、q P和ETR,增加了光化学反应部分的光能,降低了天线热耗散和反应中心过剩光能,提高了PSⅡ光化学活性,并有效调节激发能在PSⅠ、PSⅡ之间的分配平衡,提高Na Cl胁迫下苜蓿幼苗的碳同化效率和光合能力。(4)Na Cl胁迫显著提高了紫花苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中的Na+、Cl?及Cu2+含量,显著降低了K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Zn2+含量和K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+、Fe2+/Na+、Mn2+/Na+、Cu2+/Na+、Zn2+/Na+比值,导致苜蓿幼苗体内无机离子的吸收、运输和分配等代谢过程失调,细胞中的离子平衡被打破。Na Cl胁迫下,添加外源EBR显著降低了苜蓿幼苗不同器官(叶片、茎秆、根系)中的Na+、Cl?及Cu2+含量,显著提高K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Zn2+含量及K+/Na+、Ca2+/Na+、Mg2+/Na+、Fe2+/Na+、Mn2+/Na+、Cu2+/Na+、Zn2+/Na+比值,降低了Na+和K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+等阳离子间的拮抗作用,促进了苜蓿幼苗对无机离子的吸收,有效调控无机离子的在苜蓿幼苗体内的运输和分配,维持细胞中的离子平衡。(5)Na Cl胁迫显著提高了紫花苜蓿幼苗体内的蛋白水解酶活性,促进了蛋白质的水解,降低了NR、GS和GOGAT活性,提高了GDH活性,导致NH4+-N大量积累,同时抑制了苜蓿幼苗对NO3?-N的吸收和转运,降低苜蓿幼苗体内的总氮含量,抑制了紫花苜蓿幼苗的氮代谢能力。Na Cl胁迫下,添加外源EBR显著降低了苜蓿幼苗体内蛋白水解酶活性,抑制了蛋白质的水解,降低了游离氨基酸、游离脯氨酸的含量,同时显著提高了NR、GS和GOGAT活性,显著降低了GDH活性,说明外源EBR能够通过GS-GOGAT途径、GDH途径及NR活性变化等协同作用,促进苜蓿幼苗对NO3?-N的吸收和利用,加快氨的同化作用,降低苜蓿幼苗体内NH4+-N含量,提高植株中总氮含量,有效调控苜蓿幼苗的氮代谢,缓解Na Cl胁迫所产生的氨毒害对苜蓿幼苗的伤害程度。(6)Na Cl胁迫显著抑制了紫花苜蓿幼苗体内蔗糖由叶片向根部的运输,显著提高了叶片中淀粉、果糖和葡萄糖含量,显著降低了根系中淀粉、果糖和葡萄糖含量,并抑制了碳水化合物代谢相关酶的活性,导致蔗糖的合成与分解平衡被打破,碳水化合物代谢发生紊乱。Na Cl胁迫下,添加外源EBR促进了苜蓿幼苗体内光合同化产物由叶片向根部的运输,降低了叶片中淀粉含量,提高了根系中淀粉含量,提高了苜蓿幼苗体内的蔗糖、果糖、葡萄糖含量和SS、SPS活性,并调节AI和NI、S和SP活性的变化,通过Ivr途径、SS途径和SPS途径的协同作用来降低碳水化合物积累对光合作用的负反馈抑制,保持蔗糖的合成与分解平衡,促进光合同化产物的合成和积累,维持碳水化合物代谢的正常进行。总之,Na Cl胁迫下,添加外源EBR能够促进紫花苜蓿种子的萌发和幼苗的生长,提高苜蓿幼苗体内抗氧化系统的活性,促进As A-GSH循环,降低ROS水平,提高苜蓿幼苗的碳同化效率和光合能力,有效调控苜蓿幼苗对无机离子的吸收、运输和分配,并通过GS-GOGAT途径、GDH途径及NR活性变化等协同作用来提高苜蓿幼苗的氮代谢能力,通过Ivr途径、SS途径和SPS途径的协同作用来维持正常的碳水化合物代谢,从而提高苜蓿幼苗的耐盐性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S541.9
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本文编号：2405095