小麥幼苗對鹽堿脅迫的生理生化響應(yīng)特征

1、小麥幼苗對鹽堿脅迫的生理生化響應(yīng)特征土壤鹽堿災(zāi)害已經(jīng)成為全球最嚴重、 最受關(guān)注的環(huán)境地質(zhì)災(zāi) 害之一。 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的嚴重的損失， 是人類面臨的生態(tài)危機之 一。世界現(xiàn)有耕 地中，約有 3.4 億 hm2 的鹽土和 5.6 億 hm2 的蘇 打鹽土，占耕地總面積 的 60% 。在中國東北的內(nèi)陸地區(qū)，由于土 壤中含有較高濃度的 HC03 和 CO32- , 引起土壤嚴重鹽堿化，作 物生長受到限制，個別區(qū)域甚至寸草不 生。中國鹽堿地面積約 1 億萬 hm2 西北、華北、東北西部和濱海地區(qū)都有 分布。東北鹽 堿土主要分布在松嫩平原， 近年來東北新增的鹽堿化土地 主要來 自于草原鹽堿化。因此，研究鹽堿環(huán)境

2、如何影響農(nóng)作物生長，以 及 農(nóng)作物耐受鹽堿脅迫的機制， 對于利用、 改造鹽堿化的土壤進 行農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)具有重要意義。 小麥是世界主要糧食作物， 研究植物 對鹽堿脅迫的生 理響應(yīng)特點， 提高作物和牧草的耐鹽堿性和種子 產(chǎn)量對改進和利用退化 鹽堿草地具有重要意義。本研究對象為不同鹽堿土壤環(huán)境中正常生長的小麥， 從其根 莖和葉 片的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì) 包括脯氨酸及丙二醛 含量變化分析 小麥對鹽堿脅 迫進行的生理生化反響， 以期為耐鹽堿作物選育及 鹽堿地生物治理提供 理論參數(shù)和實踐依據(jù)。一、材料與方法1. 材料及處理 供試小麥品種：濟麥 21。選取顆粒飽滿的小麥種子浸泡消毒后，置于光照恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)光照度6

3、0 lx ，光照 12 h ，25 C；黑暗8 h ,20 C,至三葉期后選生長狀況相似的22盆植株進行模擬鹽堿脅迫處理， 即分別以濃度梯度為 0.6mol/L ， 1.2mol/L ， 1.8mol/L ， 2.4mol/L 的氯化鈉， 3mol/L 和濃度梯度 為 0.3mol/L ， 0.6mol/L ，0.9mol/L ， 1.2mol/L ， 1.8mol/L 的碳酸氫鈉對植株進行模 擬鹽堿 脅迫，處理時間 96 h 并設(shè)空白對照。2. 試驗方法取鹽堿脅迫處理 96 h 后的植株葉片，進行生理指標測定， 包括 MDA 丙二醛含量和 Pro 脯氨酸含量。 Pro 含量測定 參照李 合生

4、的方法， MDA 含量測定參照張志良的方法，數(shù)據(jù)均來 自可見光分光 光度計。二、結(jié)果與分析1. 小麥植株 MDA 含量比擬丙二醛malonaldehyde ,MDA是膜脂過氧化作用的最終產(chǎn) 物之一， 能直接反映膜受損程度。因此，水分脅迫條件下植物 MDA 含量的上下經(jīng) 常被用來表示細胞膜受傷害的程度，進而被用作鑒定植物抗旱性的指標。相同水分脅迫條件下，MDA 含量低或相對于對照增加幅度小的植物被認為是抗旱性強的植物。 1 不同濃度氯化鈉處理小麥植株 MDA 含量比擬隨著氯化鈉濃度的加大， MDA 濃度總體呈現(xiàn)增加趨勢，可顯示細胞膜系統(tǒng)的受損程度增加。但在氯化鈉濃度為 1.2mol/L ? 1.

5、8mol/L 時呈現(xiàn)出略微下降，可推測在該范圍內(nèi)植物對鹽堿的 抵抗和滲透 壓調(diào)節(jié)機制起到了一定減輕膜結(jié)構(gòu)損傷的作用。(2) 不同濃度碳酸鈉處理小麥植株 MDA 含量比擬 隨著碳酸鈉濃度的加大， MDA 濃度總體呈現(xiàn)增加趨勢，可顯 示細胞 膜系統(tǒng)的受損程度增加。但在碳酸鈉濃度為 0.6mol/L ? 0.9mol/L 時呈現(xiàn)出明顯的下降，可推測在該范圍內(nèi)植物對鹽堿 的抵抗和滲 透壓調(diào)節(jié)機制起到了明顯減輕膜結(jié)構(gòu)損傷的作用。(3) 氯化鈉和碳酸鈉處理小麥植株 MDA 含量的交叉比擬 比擬同摩爾濃度下氯化鈉和碳酸鈉對小麥植株 MDA 摩爾濃 度的影響，受碳酸鈉脅迫時小麥植物體內(nèi)的 MDA 濃度高于受氯

6、化 鈉脅迫時的濃度， 可顯示在碳酸鈉條件下細胞膜結(jié)構(gòu)受到的損傷 更大。 但在兩者濃度加大過程中均出現(xiàn)了趨緩或下降的情況， 可 能由于不同濃 度下抵抗和滲透壓調(diào)節(jié)機制被激活的程度不同所 導(dǎo)致，具體機制有待進一 步研究。2. 小麥植株 Pro 含量比擬脯氨酸 ( proline ) 是一種重要的有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，具有 平衡液泡中 的高濃度鹽分， 防止細胞質(zhì)脫水， 穩(wěn)定細胞蛋白質(zhì)結(jié) 構(gòu)，防止酶變性失 活和保持氮含量等作用。 脯氨酸的積累是植物 對抗鹽堿脅迫而采取的一 種保護生理應(yīng)激措施。 9(1) 不同濃度氯化鈉處理小麥植株 Pro 含量比擬 隨著氯化鈉濃度的加大，植株體內(nèi) Pro 濃度呈現(xiàn)先加速增

7、 長，后減速，最后下降的趨勢， 最頂峰處在 2.4mol/L 到 3mol/L 之間，但不同濃度下 Pro 濃度與氯化鈉 濃度的比值具有較大差異 性?？赏茰y當濃度過高時， 植物生產(chǎn)的 Pro 無 法平衡液泡中的高 濃度鹽分，造成細胞質(zhì)脫水和酶的變性失活， Pro 的合 成速率下 降，造成 Pro 濃度降低。但是植物 ?w 內(nèi)還有一些其他與抗逆 境 指標相關(guān)的酶類，具體機制還需進一步研究。 2不同濃度碳酸鈉處理小麥植株 Pro 含量比擬 隨著碳酸鈉濃度的 加大， 植物體內(nèi) Pro 濃度呈現(xiàn)非線性增長 的趨勢，表達出明顯的正相關(guān) 關(guān)系， 但不同濃度下 Pro 濃度與碳 酸鈉濃度的比值具有較大差異性

8、。 3氯化鈉和碳酸鈉處理小麥植株 Pro 含量的交叉比擬 比擬同摩爾 濃度下氯化鈉和碳酸鈉對小麥植株 Pro 摩爾濃 度的影響， 受碳酸鈉脅迫 時小麥植物體內(nèi)的脯氨酸濃度顯著高于 氯化鈉脅迫時的濃度， 但兩者上 升的趨勢相近。 可說明同濃度下 植物對碳酸鈉的抵抗反響強度更大。 三、 討論植物在脅迫下通常發(fā)生脂質(zhì)的過氧化反響， 產(chǎn)生有害的氧化 物，而 MDA 就是氧化的重要最終產(chǎn)物之一。 本實驗中， 隨著鹽堿 梯度由低到高， 植株體內(nèi) MDA 濃度升高，質(zhì)膜的通透性逐漸增大， 這說明鹽堿使脂質(zhì)過 氧化水平加重， 細胞膜系統(tǒng)在一定程度上遭 到破壞，質(zhì)膜通透性發(fā)生改 變。濃度相對低時隨著濃度的升高 MDA 含量出現(xiàn)了上升不明顯甚至出現(xiàn) 了下降的情況，表達出在濃 度較低時小麥植株能對鹽堿脅迫表達出較好的 抗性。 同摩爾濃度 下碳酸鈉脅迫時 MDA 濃度大于氯化鈉脅迫的濃度，說 明碳酸鈉脅 迫對小麥膜結(jié)構(gòu)的損傷更大Pro 是植物在水分脅迫下最為有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，它具有 易于水合的趨勢或具有較強的水合能力， 在植物受旱時它的增加 有助于細胞或組 織的持水作用， 防止脫水。 本實驗中 Pro 濃度與 鹽脅迫程度在一定范圍 內(nèi)成非線性正相關(guān)關(guān)系， 且相關(guān)度逐漸升 高，但超過限度后調(diào)節(jié)機制