LaCl-,3-緩解黃瓜硝酸鹽脅迫生理機(jī)制的研究.pdf

1、在設(shè)施生產(chǎn)中,由于自身的特殊環(huán)境及大量肥料施入,加之無雨水淋洗等原因,造成了設(shè)施土壤次生鹽漬化,不僅嚴(yán)重影響了作物的生長,而且降低其產(chǎn)量及品質(zhì)。黃瓜(Cucumis sativus L.)是我國設(shè)施栽培面積最大蔬菜作物之一,由于其根系較淺,具有喜肥不耐肥的特點(diǎn),容易發(fā)生鹽害。土壤次生鹽漬化已成為設(shè)施黃瓜生產(chǎn)的主要障礙,其中主要的脅迫陰離子為NO3-。稀土鑭在一定程度上可以提高植物的抗逆能力,緩解逆境脅迫。因此探討LaCl3緩解黃瓜硝酸鹽

2、脅迫機(jī)理,對(duì)指導(dǎo)黃瓜可持續(xù)生產(chǎn)和提高我國園藝設(shè)施的利用率具有重要的理論和實(shí)踐意義。 本課題在已有研究的基礎(chǔ)上,采用水培方法,設(shè)定不同濃度的LaCl3處理黃瓜種子及幼苗,探討硝酸鹽脅迫下,LaCl3對(duì)黃瓜種子萌發(fā)、幼苗碳氮代謝、保護(hù)酶活性、礦質(zhì)元素吸收及亞細(xì)胞分布、內(nèi)源激素變化等的影響,以期為減輕設(shè)施土壤次生鹽漬化危害奠定理論基礎(chǔ)及開辟新的途徑。取得主要結(jié)果如下： 1.LaCl3緩解硝酸鹽脅迫下黃瓜種子萌發(fā)機(jī)理的研究

3、 采用兩個(gè)黃瓜品種,100mmol·L-1硝酸鹽脅迫,探討不同濃度LaCl3對(duì)硝酸鹽脅迫下黃瓜種子萌發(fā)生理特性的影響。研究結(jié)果表明,添加濃度為0.05mmol·L-1、0.1mmol·L-1、0.5mmol·L-1的LaCl3可以不同程度緩解鹽脅迫對(duì)黃瓜種子萌發(fā)產(chǎn)生的影響,這主要表現(xiàn)在加入低濃度的LaCl3后提高了黃瓜幼芽中α-淀粉酶、β-淀粉酶及脫氫酶活性,增加了可溶性蛋白的含量,進(jìn)而促進(jìn)側(cè)根、胚根、胚軸的生長；而加高濃度LaCl3

4、(1mmol·L-1)則抑制黃瓜種子的萌發(fā)。加低濃度LaCl3(小于0.5 mmol·L-1)降低膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量及相對(duì)電導(dǎo)率,增強(qiáng)了種子對(duì)鹽漬環(huán)境的抵抗能力,緩解了鹽害,但是濃度為1mmol·L-1的LaCl3不僅沒有緩解硝酸鹽對(duì)種子萌發(fā)產(chǎn)生的脅迫,反而抑制了種子的萌發(fā),對(duì)其產(chǎn)生毒害作用。綜合比較各項(xiàng)指標(biāo),加0.05mmol·L-1LaCl3緩解效果較好。 2.硝酸鹽脅迫下,LaCl3對(duì)黃瓜碳氮代謝的影響 采用

5、水培方法,研究不同濃度LaCl3對(duì)硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗碳氮代謝的影響,硝酸鹽脅迫濃度140mmol·L-1 NO3-,LaCl3濃度分別為0.05 mmol·L-1、0.5 mmol·L-1。結(jié)果發(fā)現(xiàn),硝酸鹽脅迫初期,黃瓜NR活性升高,但GS、GOGAT活性降低,硝酸鹽含量增加；處理后期NR活性降低,引起黃瓜體內(nèi)NH4+含量增加,因此抑制了黃瓜幼苗的生長,表現(xiàn)在抑制了黃瓜伸長生長、葉片面積的伸展,進(jìn)而影響到生物量的積累,降低了植株鮮重。

6、添加一定濃度的LaCl3可以提高黃瓜幼苗NR、GS、GOGAT活性,降低硝酸及銨態(tài)氮含量,有效緩解硝酸鹽脅迫,氮代謝有所恢復(fù),促進(jìn)硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗的生長。但是高濃度的LaCl3沒有明顯的緩解黃瓜硝酸鹽脅迫的效果。硝酸鹽脅迫下,黃瓜幼苗葉片及根系的蔗糖合成酶(SS)活性均降低,對(duì)黃瓜蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性影響不大。與對(duì)照相比,在硝酸鹽脅迫初期,黃瓜葉片及根系的可溶性糖、總糖的含量增加,但脅迫后期降低。加一定濃度的LaCl3可以提

7、高黃瓜蔗糖合成酶的活性,提高脅迫下碳代謝水平。但是加高濃度的LaCla效果不明顯,反而與硝酸鹽脅迫起到協(xié)同效應(yīng)。 3.LaCl3對(duì)硝酸鹽脅迫下黃瓜光合特性的影響 采用水培的方法,研究了LaCl3對(duì)硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗光合特性的影響。結(jié)果表明硝酸鹽脅迫明顯抑制了黃瓜葉綠素及類胡蘿卜素的含量,且隨著處理時(shí)間的延長,其含量迅速降低；硝酸鹽脅迫初期,光合速率的降低以氣孔限制為主,葉片AQY與CE也下降,脅迫后期則以非氣孔限制為主

8、。外加LaCl3明顯提高了硝酸鹽脅迫下黃瓜葉綠素及類胡蘿卜素的含量,而且LaCl3具有降低氣孔的關(guān)閉,改善葉片的氣體交換,提高葉片F(xiàn)v/Fm、φPSII、AQY、CE及qp等作用；提高了在脅迫下黃瓜幼苗對(duì)光能利用及CO2同化的能力。在脅迫處理初期,添加LaCl3均有提高鹽脅迫下黃瓜幼苗光合作用的效果；但是在脅迫后期,高濃度(0.2mmol·L-1)LaCl3則降低了黃瓜的光合速率,而低濃度(0.02 mmol·L-1)LaCl3的恢復(fù)效

9、果仍較明顯。同時(shí)也發(fā)現(xiàn),高溫條件下LaCl3濃度越低,處理效果越明顯,高溫促進(jìn)了黃瓜對(duì)LaCl3吸收。 4.LaCl3對(duì)硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗葉片抗氧化酶活性的影響 采用水培方法,研究了LaCl3對(duì)硝酸鹽脅迫黃瓜幼苗的生長及葉片抗氧化酶活性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),硝酸鹽脅迫顯著抑制了黃瓜幼苗的生長,尤其是地上部生長。在處理7 d時(shí),與對(duì)照相比,,硝酸鹽脅迫下的黃瓜單株地上部鮮重降低了12.77 g,葉片SOD、POD、CAT活性

10、升高,而APX、DHAR和GR活性顯著降低。外加低濃度(0.05 mmol·L-1)LaCl3不僅可以顯著提高硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗單株鮮重,葉片SOD、POD、CAT、APX、DHAR和GR活性及熱穩(wěn)定蛋白含量,而且還降低了黃瓜葉片電解質(zhì)滲漏率及MDA含量,在一定程度上緩解了硝酸鹽對(duì)黃瓜幼苗生長的抑制作用,比硝酸鹽脅迫下黃瓜單株地上鮮重提高35％左右。但外加高濃度(0.5 mmol·L-1) LaCl3長期處理對(duì)黃瓜硝酸鹽脅迫的緩解效果

11、并不明顯。 5.LaCl3對(duì)硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗礦質(zhì)元素吸收、分布及膜蛋白酶活性的影響 采用水培的方法,研究了LaCl3對(duì)硝酸鹽脅迫下黃瓜幼苗礦質(zhì)元素的亞細(xì)胞分布及膜蛋白酶活性的影響,探討LaCl3在硝酸鹽脅迫中的緩解作用。結(jié)果表明,硝酸鹽脅迫下,黃瓜葉片及根系中Ca、K含量增加,Fe、Mg含量降低。加一定濃度的LaCl3處理明顯降低了葉片及根系中Ca、K含量,提高了黃瓜葉片F(xiàn)e、Mg含量。硝酸鹽脅迫也影響了Ca、K等在

12、黃瓜亞細(xì)胞分布,特別是細(xì)胞質(zhì)中的Ca、K含量顯著增加,葉綠體等細(xì)胞器中的Fe、Mg含量顯著降低。低濃度的LaCl3處理明顯改善了Ca、K在黃瓜亞細(xì)胞中的分布,降低了Ca、K在細(xì)胞質(zhì)中的含量,提高Fe、Mg在葉綠體等細(xì)胞器中的含量。LaCl3影響黃瓜吸收的礦質(zhì)元素在亞細(xì)胞中分布,主要是通過提高黃瓜葉片及根系質(zhì)膜、液胞膜H+ATP, H+PPaSe(焦磷酸),Ca2+-ATPase活性,促進(jìn)離子的運(yùn)輸,對(duì)P在體內(nèi)進(jìn)行了有效分配。但加高濃度的

13、LaCl3處理,盡管也可以降低黃瓜對(duì)Ca、K吸收,但大量La3+本身也會(huì)對(duì)黃瓜幼苗產(chǎn)生毒害。 6.LaCl3硝酸鹽脅迫下對(duì)黃瓜內(nèi)源激素變化的影響 硝酸鹽脅迫下黃瓜葉片中的內(nèi)源激素含量低于根系。與對(duì)照相比,硝酸鹽脅迫使黃瓜葉片及根系中生長素類和細(xì)胞分裂素類含量均降低,ABA含量升高。加一定濃度的LaCl3可以促進(jìn)細(xì)胞分裂素的合成及向地上部運(yùn)輸,提高葉片細(xì)胞分裂素的含量,維持黃瓜幼苗較高的內(nèi)源激素水平,有助于緩解黃瓜幼苗硝酸