盐胁迫下拟南芥与盐芥显微及超微结构的比较研究

【摘要】本文以盐生模式植物盐芥(Thellungiellahalophila)和模式植物拟南芥(Arabidopsisthaliana)为研究对象,利用半薄切片技术、扫描电镜技术和透射电镜技术系统地研究了盐胁迫下二者的显微及超微结构特征并进行比较分析,为进一步认识和理解盐生植物与非盐生植物在盐胁迫状态下的形态学差异、揭示植物的耐盐机制提供基础资料。生长及生物量测定结果显示,低浓度NaCl(50mM)胁迫即抑制拟南芥生长,高浓度NaCl(150mM)胁迫下拟南芥的胁迫症状明显,甚至胁迫致死。盐芥在150mMNaCl处理下并未出现胁迫反应,植株长势基本不受影响；300mMNaCl处理抑制盐芥的生长,但并未造成严重伤害,复水处理后可以修复；500mMNaCl处理对盐芥植株造成严重损伤,胁迫反应随胁迫时间的延长而加剧,甚至胁迫致死。显微结构观察结果表明,与拟南芥相比,盐芥表皮及气孔保卫细胞角质化程度更高,叶肉细胞内胞间隙更多更大,导管数目更多,木质化程度更高,韧皮部细胞层数更多,即主脉更发达,这意味着盐芥在减少水分散失、加强呼吸、促进水分及营养运输方面较拟南芥更有优势。NaCl胁迫下拟南芥与盐芥的叶肉细胞数量、细胞层数和叶脉导管筛管数量均增加,胞间隙、液泡和细胞体积均增大。但是,盐芥应对盐胁迫的反应更迅速,叶肉细胞体积可在较短时间(1天)迅速增至最大,而拟南芥叶肉细胞体积需要较长时间(3天)才能增至最大。150mMNaCl处理下,拟南芥的显微结构受损严重,而盐芥的显微结构几乎不受影响。扫描电镜观察结果表明,NaCl胁迫没有明显改变叶表面结构,但影响了气孔特性。长时间(3天)高浓度(150mM或300mM)NaCl处理导致拟南芥和盐芥的气孔趋向于关闭。复水处理后,气孔周围出现颗粒状结晶,结晶数量和体积随NaCl浓度增大、复水时间延长而增加。能谱分析显示,颗粒状结晶物的主要元素成分是Na,表明复水后盐芥和拟南芥体内的Na+可以通过气孔排出体外。利用透射电镜对叶内部超微结构的观察结果表明,拟南芥在低浓度(50mM)NaCl胁迫第3天即能白行恢复盐胁迫所造成的形态改变,并适应胁迫环境,此过程伴随淀粉粒的积累及水解。高浓度(150mM)NaCl胁迫使拟南芥叶肉细胞叶绿体膜系统变形、紊乱、甚至解体,造成的损伤较低浓度胁迫更迅速、更严重且不可修复。150mMNaCl处理对盐芥叶肉细胞叶绿体超微结构的影响很小,膜结构的完整性并未被破坏,且能够自行恢复。300mMNaCl处理下,盐芥叶绿体形态明显变化,内部膜结构损伤严重。500mMNaCl处理下叶绿体已肿胀呈球形,膜系统被彻底破坏。超出所能耐受的盐分浓度时,拟南芥与盐芥超微结构的受损过程相似,但盐芥所能耐受的盐分浓度更高。
【作者】李伟；
【导师】阎秀峰；
【作者基本信息】东北林业大学，细胞生物学，2014，博士
【关键词】拟南芥；盐芥；盐胁迫；显微结构；超微结构；

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