射干幼苗对盐碱胁迫的响应机制以及外源物质硝普钠（SNP）、亚精胺（Spd）对其伤害缓解作用的研究

【摘要】目前,土壤盐碱化已成为一个世界性的难题,土壤盐碱地面积已高达全球陆地总面积的10%,并且日益突出。土壤盐碱化严重影响了农业生产,而且已危及到生态系统的稳定性。但是随着人口数量的增加和耕地面积的减少,人类已经面临粮食、资源短缺的问题,而如何解决这个问题,除了提高粮食单产外,一个重要的方法就是开发利用盐碱化土地。目前对盐碱土的改良主要有工程措施、化学措施、物理措施和生物措施,其中生物措施更具有可行性和科学性,使用耐盐碱的植物对土壤盐碱化进行改良是在众多的生物措施中最为生态科学的。因而,如何利用盐碱土地、荒漠土地和咸水资源己成为世界性迫切需要解决的课题。射干[Belamcandachinensis(L.)DCl]为鸢尾科植物,又名蝴蝶花、扁竹根等,为多年生草本植物,而它的干燥根茎性寒,味苦,有清热解毒,利咽消痰,散结消肿的功能,用于痰热壅盛,咽喉肿痛,痰咳气喘,胸胁满闷,乳蛾,瘰疠结核,痈肿疮毒等症的治疗,是目前市场上紧缺的名贵中药材,并且射干花色艳丽,花株形奇特,观赏价值高,一种令人喜欢的花卉可作为一种新型园林地被植物用,从而达到药卉两用的目的。近年来发现射干适应性强,耐干旱,抗寒、能降低土壤碱性,可起到水土保持防风固沙,改造建筑垃圾土地等作用,但是目前对射干耐盐碱能力和在盐碱胁迫下射干的响应机制还不清楚。根据中国盐碱地的特点,本实验将NaCl、Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3四种盐按不同摩尔比例混合,以碱性盐所占比例由小到大的顺序分成6个处理组,分别标为空白对照组CK和A、B、C、D、E,每组内设置四个浓度,依次是0、40、80、120mmol/L,模拟了不同的盐碱地来进行盐碱胁迫实验,通过分析了盐碱胁迫下射干幼苗各种生理生化指标如：叶绿素含量,渗透保护物质,代谢产物等的响应情况来了解射干的耐盐机理。并且用SNP、Spd等能诱导植物抗盐性的外源物质来作为缓解盐碱胁迫对射干幼苗伤害的研究,从而提出了缓解伤害的办法。从而了解射干的耐盐碱能力和其对盐碱胁迫的响应机制,为广泛种植药用花卉植物射干和开发、改良、利用盐碱土地提供科学基础和理论依据。本研究的主要结果如下：1、五个盐份组成及其摩尔比都不同的处理组合,从A组到E组随着碱性盐比例的增加,pH值也呈现显著增加的趋势,但是每一个处理组内随着盐浓度的增加pH的变化不显著,表现出组间pH的变化大于组内的pH变化,而且盐度和碱度之间有交互效应。同时盐度和碱度对射干幼苗交互影响的作用要比它们两者单独对射干幼苗造成的影响大得多,而且再一次验证了碱胁迫对植物的影响主要是高pH造成的影响,射干幼苗不仅要应付渗透胁迫、离子毒害等因素造成的影响,还要应对高pH,就得付出更多的物质和能量。2、在盐碱胁迫下射干幼苗表现出了复杂的生理响应机制,经过盐碱胁迫后射干幼苗各项指标(株高、地上部分生物量、地下部分生物量)均不同程度降低了,但是射干幼苗根冠比则在盐碱胁迫下不同程度增加。说明盐碱胁迫抑制了射干幼苗的生长、发育,高pH是限制生长和发育的关键因素。3、盐胁迫对叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量随着时间的延长呈现先升高后降低的趋势。叶绿素a的含量在前期升高,中、后期降低。绿素b和总叶绿素的含量在前、中期时升高,后期下降。盐比例和盐浓度均使绿素b和总叶绿素的含量升高,而当处理pH达到10以上时叶绿素a的含量也升高。而且时间因素对盐浓度和盐比例有交互作用,时间因素的作用随着碱性盐比例的不同和盐浓度的不同而不同,并且盐浓度和盐比例在三个时期上都有显著的交互作用,两者交互对叶绿素含量的影响远远大于它们单独对其影响。但是经过外源物质SNP、Spd处理后,有效提高了叶绿素的含量,并且SNP和Spd两种恢复物质最佳的恢复时间均为10d,在设置的几个浓度梯度中,最佳的恢复浓度SNP的为0.25mmol/L,Spd的为0.1mmol/L。4、盐碱胁迫下射干幼苗叶片中超氧阴离子产生速率和丙二醛的含量增加了,并且随着时间的延长出现逐渐增加的趋势。且时间和盐比例、盐浓度之间有交互作用,而且盐比例和盐浓度之间还有很强的的交互作用。但是经过外源物质SNP、Spd处理后超氧阴离子的产生速率和丙二醛的含量基本出现降低的趋势,并且当处理时间为30d,处理浓度为0.5mmol/L时,两者超氧阴离子的含量均达到最低值。而SNP恢复后,当处理时间为20d,处理浓度为0.05mmol/L时丙二醛的含量降到最低值,Spd对丙二醛含量的影响的最佳处理浓度为0.5mmol/L。综上说明外源物质可以缓减盐碱胁迫对细胞膜的伤害。5、盐碱胁迫对射干幼苗叶片中SOD、CAT、POD酶的活性出现不同的变化规则,即在各个时期的变化情况也不一样,抗氧化酶活性具有复杂性的特点。经过不同的盐比例处理后SOD、POD、CAT酶的活性基本呈增加的趋势,当处理组合为C时POD和CAT酶的活性增加达到最大值。中低浓度的盐使SOD、POD、CAT酶活性增加,高浓度盐使三大保护酶活性均降低,其中当浓度为80mmol/L时增加达到到最大值。SOD酶的活性在前期、中期升高,后期降低,这可能是由于高强度胁迫下,SOD功能衰老。POD、CAT酶的活性在后期的时增加达到最大值,其中POD的活性则显著增加。经过外源物质SNP处理后,有效的提高了SOD、POD、CAT的活性,形成有效的抗氧化系统,从而缓解了盐碱胁迫对射干幼苗造成的伤害。6、盐碱胁迫下可溶性蛋白、可溶性糖的含量均增加了,并随着时间的延长可溶性蛋白出现升高的趋势,可溶性糖含量则呈先升高后降低的趋势。不同的盐比例和盐浓度影响下,可溶性蛋白和可溶性糖含量基本增加。其中当处理时间为30d时,处理组合C和120mmol/L的盐浓度均使可溶性蛋白含量显著增加到最大值。当处理时间为20d时,E处理组合和120mmol/L的盐浓度均使可溶性糖含量显著均增加到最大值。在中期的时候,盐比例和盐浓度之间有显著的协同效应。经过SNP和Spd恢复处理后,随着时间的延长可溶性蛋白SNP的最佳处理时间为30d,处理浓度为0.05mmol/L时,而Spd的最佳处理时间为30d,处理浓度为0.25mmol/L。而且经过外源物质SNP和Spd进行恢复处理后,可溶性糖的含量均有不同程度的变化,其中SNP的最佳处理时间为10d,处理浓度为0.05mmol/L,而Spd最佳处理时间20d,处理浓度为0.51nmol/L。7、在盐碱胁迫下植物幼苗叶片中和根中有机酸积累的情况都不一样,在射干幼苗叶片中五种有机酸都积累了,但主要积累了草酸、苹果酸、柠檬酸和丁二酸,根中则主要积累了草酸和丁二酸。而经过外源物质Spd处理后能有效提射干幼苗中草酸、苹果酸、叶中冰醋酸和根中柠檬酸的含量,并且有效降低了丁二酸的含量和叶子中柠檬酸的含量。而且盐比例和盐浓度之间有非常显著的交互作用,及两者协同影响射干幼苗中有机酸的含量。8、射干幼苗在盐碱胁迫下通过吸收无机离子和自身合成有机溶质(可溶性糖、可溶性蛋白、有机酸)进行渗透调节,做出防御反应。可溶性糖是最主要的渗透调节剂,可溶性糖含量的增加保证了多种酶(SOD、POD、CAT)酶活性增加,来修复膜的损伤,从而使光合色素的含量也提高。同时也通过细胞分泌有机酸、转移H+、调节离子流及呼吸释放CO2等途径降低pH,维持了体内离子平衡和pH稳定,从而提高了射干的耐盐碱能力。因此,我们推测射干幼苗的耐盐碱调控机制是十分复杂,可能会涉及多种基础代谢途径(三羧酸循环、光合碳固定、无氧呼吸等)。综上所述,盐碱胁迫下射干幼苗,当pH值达到9.5以上,或是盐浓度达到100mmol/L以上时,胁迫强度不管是随着碱浓度的增加或是盐浓度的增加而增强,并且碱浓度和盐浓度之间有交互作用,他们对射干幼苗的交互影响要比单独影响大得多。而且在用外源物质进行处理盐碱胁迫下射干幼苗的过程中,各指标出现最佳恢复效果的时间虽然略有差异,在对射干幼苗进行实验时,筛选出缓解射干幼苗受到盐碱胁迫伤害的最佳浓度是SNP(0.05mmol/L),Spd(05mmol/L)。
【作者】段才绪；
【导师】何平；
【作者基本信息】西南大学，植物学，2014，硕士
【关键词】射干；盐碱胁迫；外源物质；形态特征；生理特性；

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