盐胁迫对不同冬小麦品种萌芽及幼苗的影响及钙的缓解效应研究.docx
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盐胁迫对不同冬小麦品种萌芽及幼苗的影响及钙的缓解效应研究
分类号:
S311授予学位单位代码:
10434
同等学力人员编号:
T0102008
山東農業大學
硕士学位论文
盐胁迫对不同冬小麦品种萌芽及幼苗的影响
及其钙的缓解效应研究
StudyofinfluenceongerminationandseedlingsofdifferentwinterwheatcultivarsundersalinitystressandalleviatoryeffectofCanutrition
姓名
:
刘丽云
学科专业
:
作物栽培学与耕作学
研究方向
:
小麦高产优质生理生态
学院
:
农学院
指导教师
:
贺明荣教授
王明友教授
2007年12月6日
英文缩略表
英文缩写
英文全称
中文全称
DK961
德抗961
JN17
济南17
RWC
Relativewatercontent
相对含水量
MDA
Malonedialdehyde
丙二醛
AOS
Activeoxygenspecies
活性氧
SOD
Superoxidedismutase
超氧化物歧化酶
POD
Peroxidase
过氧化物酶
CAT
Catalase
过氧化氢酶
SS
Solublesugar
可溶性糖
SP
Solubleprotein
可溶性蛋白
Pro
Proline
脯氨酸
目录
中文摘要I
AbstractIII
1前言1
1.1盐化土壤现状1
1.2盐胁迫对植物的影响1
1.2.1对植物形态发育的影响1
1.2.2盐胁迫对植物生理生化特性的影响2
1.2.2.1盐胁迫对植物光合作用的影响2
1.2.2.2内源激素的改变3
1.2.3植物对盐胁迫的适应机制3
1.2.3.1渗透调节3
1.2.3.2离子的区域化3
1.2.3.3拒盐与离子的选择吸收3
1.3抗盐生理研究4
1.3.1作物抗盐研究4
1.3.2小麦抗盐生理研究5
1.4钙对小麦抗盐生理研究现状6
1.4.1钙的作用概况6
1.4.2促进盐胁迫下种子萌发7
1.4.3促进植株的生长7
1.4.4改善植物的光合作用8
1.4.5维持细胞的渗透平衡8
1.4.6维持细胞膜的稳定性9
1.4.7减少活性氧的生成10
1.4.8钙与信号传导11
2材料与方法13
2.1供试材料13
2.2试验方法13
2.2.1发芽试验13
2.2.2幼苗试验14
2.3测定项目及方法14
2.3.1发芽率,发芽指数,活力指数计算14
2.3.2游离氨基酸含量的测定15
2.3.3淀粉酶活力的测定15
2.3.4鲜重、干重、相对含水量测定15
2.3.5光合色素含量的测定15
2.3.6可溶性糖含量的测定15
2.3.7脯胺酸含量的测定15
2.3.8幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定16
2.3.9过氧化物酶(POD)活性的测定16
2.3.10过氧化氢酶(CAT)活性的测定16
2.3.11膜质过氧化产物丙二醛(MDA)含量的测定17
2.3.12幼苗可溶性蛋白质含量的测定17
2.4数据处理与分析17
3结果与分析18
3.1盐胁迫下钙离子对发芽的影响18
3.1.1盐胁迫下钙离子对小麦发芽率、发芽指数和活力指数的影响18
3.1.1.1对发芽率的影响18
3.1.1.2对发芽指数的影响18
3.1.1.3对活力指数的影响19
3.1.1.4对初生根条数的影响20
3.1.1.5对芽长的影响21
3.1.2盐胁迫下钙离子对萌发种子胚乳内可溶性总糖含量的影响21
3.1.3盐胁迫下钙离子对萌发种子胚乳内游离氨基酸含量的影响22
3.1.4盐胁迫下钙离子对萌发种子胚乳内淀粉酶活性的影响23
3.2盐胁迫下钙离子对幼苗的影响24
3.2.1盐胁迫下钙离子对幼苗含水量的影响24
3.2.1.1对小麦幼苗鲜重的影响24
3.2.1.2对小麦幼苗干重的影响25
3.2.1.3对小麦幼苗相对含水量的影响26
3.2.2盐胁迫下钙离子对小麦幼苗光合色素的影响26
3.2.2.1对小麦幼苗叶绿素的影响26
3.2.2.2对小麦幼苗类胡萝卜素的影响27
3.2.3盐胁迫下钙离子对小麦幼苗可溶性糖的影响28
3.2.4盐胁迫下钙离子对小麦幼苗游离氨基酸和脯氨酸的影响29
3.2.4.1对小麦幼苗游离氨基酸的影响29
3.2.4.2对小麦幼苗脯氨酸的影响30
3.2.5盐胁迫下钙离子对MDA的影响32
3.2.6盐胁迫下钙离子对小麦幼苗抗氧化酶活性的影响33
3.2.6.1对SOD的影响33
3.2.6.2对POD的影响34
3.2.6.3对CAT的影响35
3.2.7盐胁迫下钙离子对可溶性蛋白含量的影响36
4讨论37
4.1钙对小麦萌芽的影响37
4.1.1钙对萌芽外在表现的影响37
4.1.2对内在表现的影响38
4.2对幼苗的影响38
4.2.1对生长的影响38
4.2.2对渗透调节物质的影响39
4.2.3对光合色素的影响40
4.2.4对保护酶的影响41
4.2.5对过氧化产物的影响42
5结论42
5.1盐胁迫对不同冬小麦品种萌芽的影响42
5.2外源钙离子对盐胁迫下不同冬小麦品种萌发的影响42
5.3盐胁迫下对不同冬小麦品种幼苗的影响43
5.4外源钙离子对盐胁迫下不同冬小麦品种幼苗的影响43
5.5促进盐胁迫下小麦种子萌发和盐碱地保苗的措施43
参考文献44
致谢51
攻读学位期间发表论文情况52
中文摘要
本研究选用高度抗盐小麦品种德抗961和济南17(当前山东省主推品种)为试验材料,在德州学院农学系实验室及温室内进行试验。
研究了不同类型冬小麦品种在盐胁迫下萌芽和幼苗生长的生理响应,以及钙营养对不同类型冬小麦品种萌芽和幼苗盐胁迫伤害的缓解作用。
探讨了盐胁迫下不同小麦基因型和不同的钙浓度对小麦发芽率、发芽时胚乳内淀粉酶活性、氨基酸含量和可溶性糖含量,幼苗渗透调节物质含量、抗衰老酶活性、过氧化产物含量和光合色素含量等的影响。
主要结论如下:
1盐胁迫对不同冬小麦品种萌芽的影响
1%NaCl胁迫下,两个不同类型小麦品种的萌芽均受到抑制,表现在发芽率、发芽指数、活力指数、初生根条数和芽长均有所下降。
与此同时,小麦种子胚乳内可溶性糖含量上升,氨基酸含量和淀粉酶活性较对照下降。
无论上升还是下降,高抗盐品种德抗961均较济南17变化幅度小。
2外源钙离子对盐胁迫下不同冬小麦品种萌发的影响
1%NaCl胁迫下加入外源钙,有利于两个不同类型的小麦品种种子发芽,不同程度地缓解了盐胁迫。
外源钙的加入对济南17的缓解作用显著,而对抗盐品种德抗961缓解作用较小。
钙浓度在0.1%-0.4%范围内,缓解作用随钙浓度的增加呈先增强后减弱的趋势。
在钙浓度为0.1%时对高抗盐品种德抗961的盐害缓解作用最强,对济南17则是在钙浓度为0.2%时缓解作用达最强。
钙浓度达0.4%,二品种均表现为加重盐害。
3盐胁迫下对不同冬小麦品种幼苗的影响
1%NaCl胁迫对两个不同类型的小麦品种幼苗的生长都产生抑制作用。
表现在幼苗的鲜重、干重和相对含水量均比对照下降,光合色素含量也表现低于对照;而渗透调节物质如可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸和脯氨酸等含量均上升,过氧化产物丙二醛含量明显上升,抗氧化酶如超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性均上升。
无论上升还是下降,高抗盐品种德抗961较济南17变化幅度都小。
说明德抗961对盐胁迫反应比济南17迟缓。
4外源钙离子对盐胁迫下不同冬小麦品种幼苗的影响
1%NaCl胁迫下加入外源钙,有利于两个不同类型的小麦品种幼苗的生长,能不同程度地缓解盐胁迫。
外源钙的加入对济南17的缓解作用显著,而对抗盐品种德抗961缓解作用较小。
表现在幼苗干鲜重增加,光合色素含量增加,渗透调节物质和丙二醛含量降低,抗氧化酶活性升高。
钙浓度在0.1%-0.4%范围内,缓解作用随钙浓度的增加呈先增强后减弱的趋势。
对高抗盐品种德抗961而言,在钙浓度为0.1%时的缓解盐害作用最强,济南17则在钙浓度为0.2%时的缓解作用达最强。
钙浓度达0.4%,二品种均表现为加重盐害。
5促进盐胁迫下小麦种子萌发和盐碱地保苗的措施
选用耐盐品种,配合使用外源钙,根据品种抗盐性决定所用钙浓度。
关键词:
冬小麦;萌发;幼苗;盐胁迫;外源钙;缓解
StudyofinfluenceongerminationandseedlingsofdifferentwinterwheatcultivarsundersalinitystressandalleviatoryeffectofCanutrition
Abstract
TheexperimentwasconductedinlaboratoryandgreenhouseofAgricultureScienceDepartmentofDeZhouUniversity.Twodifferentcultivarsofwinterwheat(DK961,highsalt-tolerant;JN17)weretested.DK961wasasalttolerantwinterwheatcultivarandJN17wasapopularwinterwheatvarietydemonstratedinShandongProvince.Inthispaper,thephysiologicalresponsewasstudiedtowinterwheatvarietiesgerminationandseedlinggrowthwhendifferenttypesofwinterwheatvarietieswereundersaltstress,Andsotheameliorativeeffectofcalciumnutritionongerminationandseedling.
Theeffectsofdifferentwheatgenotypesandcalciumconcentrationwhentheywereundersaltstresswasalsoexplored.Suchaseffectsonwheatgerminationrate,theendospermamylaseactivitywhengerminating,aminoacidcontentandsolublesugarcontent,osmoticadjustmentsubstancecontent,anti-agingenzymeactivity,peroxidecontentandphotosyntheticpigmentcontent,andsoon.
Theresultsindicatedthat:
1.Theeffectofsaltstresstobudsofdifferentwinterwheatvarieties.
Whenunder1%NaClstress,twodifferenttypesofwheatgerminatingwereinhibited,whichshowedinthegerminationrate,germinationindex,vitalityindex,thereductiononrootnumberandlengthofbud.Atthesametime,thesolublesugarcontentinwheatseedendospermincreased,whiletheaminoacidcontentandamylaseactivitydecreased.Whetherrisingordeclining,thechangingrangeofDK961(highsalt-tolerant)waslowerthanthatofJN17.
2.Theeffectofexogenouscalciumondifferentbudsofwinterwheatvarietieswhenundersaltstress
Additionalexogenouscalciumwashelpfultothegerminationandeasedthesaltstresswhenthetwodifferenttypesofwheatvarietieswereundersaltstress.TheadditionalexogenouscalciumonJK17(popularwinterwheatvarieties)weremoreapparentthanthatonDK961.Calciumconcentrationsinthe0.1%-0.4%range,theameliorativeeffectincreasedatfirstandthendecreasedwiththeincreaseofcalciumconcentration.Theeffectofcalciumconcentrationof0.1%wasthestrongestforDK961,whileforJN17,calciumconcentrationof0.2%wasthestrongest,Calciumconcentrationsof0.4%addedsaltinjurytoallofthevarieties.
3.Theeffectofsaltstressonseedlingofdifferentwinterwheatvarieties
1%NaClstressmightinhibitthegrowthoftwodifferenttypesofwheatseedlings.WhichshowedindecreaseonSeedlingsfreshweight,dryweightandwatercontentbystandard,andsophotosyntheticpigmentcontent;whilethecontentofosmoticadjustmentsolublesubstancessuchassugar,solubleproteins,freeaminoacidsandprolineincreased,thecontentofperoxidationproductasMDAincreasedgreatly,andsotheactivityofantioxidantenzymessuchassuperoxideofdismutase,peroxidase,catalaseactivityincreased.Whetherrisingordeclining,thechangingrangeforDK961waslowerthanthatforJN17,whichshowedthatthereactiontosaltstressforDK961wasslowerthanthatforJN17.
4.Theexogenouscalciumondifferentseedlingsofwinterwheatvarietieswhenundersaltstress
Additionalexogenouscalciumwashelpfultotheseedling’sgrowthandeasedthesaltstresswhenthetwodifferenttypesofwheatvarietieswereundersaltstress.TheameliorativeeffectofadditionalexogenouscalciumonJK17(popularwinterwheatvarieties)wasmoreapparentthanthatonDK961,whichshowedthattheSeedlingsfreshweightincreased,andsothephotosyntheticpigmentcontent.ThecontentofosmoticadjustmentsolublesubstanceandMDA(malondialchehyche)decreased,whiletheactivityofantioxidantenzymesincreased.Calciumconcentrationsinthe0.1%-0.4%range,theameliorativeeffectincreasedatfirstandthendecreasedwiththeincreasingofcalciumconcentration.Theameliorativeeffectofcalciumconcentrationof0.1%wasthestrongestforDK961,whileforJN17,calciumconcentrationof0.2%wasthestrongest,andCalciumconcentrationsof0.4%addedsaltinjurytoallofthevarieties.
5.Theprotectmeasuresongerminatingandseedlingsinsalinefieldswhenwheatseedswereundersaltstress.
Weshouldchoosesalt-tolerantwheatvarieties,withtheuseofexogenouscalcium.Thecalciumconcentrationwasdecidedbydifferentsalt-tolerantwheatvarieties.
Keywords:
winterwheat;germination;seedling;saltstress;exogenousCaCl2;amelioration
1前言
1.1盐化土壤现状
土壤盐碱化是影响全球农业生产和生态环境的严重问题(戴高兴等,2003)。
根据联合国教科文组织和粮农组织的不完全统计,全世界盐碱地的面积为9.5438亿公顷,占可耕地面积的10%左右,由于工业污染加剧、灌溉农业的发展和化肥使用不当等原因,次生盐碱土壤面积还在不断扩大。
土地盐碱化问题与人类活动密切相关,它不但造成了资源的破坏和农业生产的巨大损失,而且对生物圈和生态环境构成威胁,表现出经济和环境两方面的危害。
另外,盐碱化过程常与沙漠化过程相伴生,甚至相互促进,相互转化(牛东玲等,2002)。
在这种耕地面积日趋减少、人口不断增加和淡水资源不足的情况下,如何利用大面积的盐碱地、荒漠化土地和丰富的咸水资源来发展农业,成为国际上生物科学迫切需要解决的重大课题。
我国的盐碱化程度普遍较高,面积为9913万公顷,约占全国可耕地面积的25%。
对于我国这样一个耕地少,人口多的国家快速开发和有效利用盐渍化土壤,可以把经济效益、环境保护和可持续发展很好地结合起来,具有重要的现实意义。
1.2盐胁迫对植物的影响
1.2.1对植物形态发育的影响
盐分对个体形态发育上具有显著的影响,整体表现就是盐胁迫抑制了
植物组织和器官的生长,加速了发育进程使营养生长期和开花期缩短,减少了禾本科植物的分蘖数和籽粒数等。
长时间处于盐胁迫下植物叶片的面积缩小(Bernstein等,1993)。
这可能是由于盐分影响了细胞分裂和细胞延伸的速率或是减少了细胞延伸的时间,细胞分裂受盐胁迫抑制在悬浮培养细胞中表现得最为明显,Bernstein等观测到盐胁迫(100mmol/LNaCl)缩短了高粱叶片的生长区,同时降低了该区细胞的最大生长速率(Maslenkora等,1993)。
盐胁迫下植物生长受到抑制,光合下降,能耗增加,衰老加速,植株最终因碳饥饿而死亡(刘友良等,1998)。
从能量代谢的角度分析,盐胁迫下导致植物生长量减少的原因主要有以下3个方面:
一是光合作用降低,碳同化减少,二是渗透调节物质的合成和积累是耗能的过程,三是维持渗透势是一个耗能的过程。
在盐分含量高的土壤中,盐胁迫主要是Na+的胁迫。
在盐胁迫下,K+/Na+比例失调,Na+大量进入细胞,导致生理代谢紊乱。
如赵可夫等报道NaCl促进膜脂过氧化作用从而降低膜的流动性(赵可夫等,1993)。
而郭房庆等曾报道NaCl降低小麦抗盐突变体根液泡膜H+-ATP酶和H+-PP酶的活性(郭房庆等,1999)。
1.2.2盐胁迫对植物生理生化特性的影响
1.2.2.1盐胁迫对植物光合作用的影响
一般来讲,盐胁迫对植物(尤其是非盐生植物)的光合作用具有抑制效应,而且随外界盐浓度的提高,被抑制的程度也越大。
光合作用的下降是由于以下几个原因造成的:
(1)盐胁迫使叶绿体中类囊体膜成分与超微结构发生改变
类囊体膜与光化学反应密切相关。
盐胁迫不仅引起类囊体膜成分的改变,而且使垛叠状态的类囊体膜的比例减小(王宝山等,1997),减小了基粒结构的比例,必然引起光合能力的下降。
(2)盐胁迫对叶绿素含量以及光能吸收和转换的影响
盐胁迫下,植物的叶绿素含量下降,由于叶绿素是类囊体膜上色素蛋白复合体的组成,叶绿素含量降低,必将影响色素蛋白复合体的功能,从而降低叶绿体对光能的吸收。
盐胁迫还可以影响两个光系统之间激发能的分配,从而影响了植物的光合性能。
(3)盐胁迫对光合酶的影响
在盐胁迫下光合作用有关酶的活性不同程度地受到抑制,尤其是Rubisco和PEP羧化酶。
Rubisco活性的下降导致RuBP、磷酸甘油酸、磷酸三糖的含量的降低,Pi的再生也被抑制,进一
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- 关 键 词:
- 胁迫 不同 冬小麦 品种 萌芽 幼苗 影响 缓解 效应 研究