茉莉酸甲酯对二色补血草生长和盐腺特性的影响

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目前全球范围内土壤盐渍化现象严重,盐渍化土壤面积逐年增加,随着世界人口数目的增长,人类在粮食、经济和能源等方面正面临着严峻的考验。我国盐碱地面积广阔,如何开发利用并改良盐碱地,对于提高我国土地利用率、促进经济发展有着重要意义。为了避免盐胁迫对植物造成损伤,泌盐盐生植物能够通过其特有的盐腺或者盐囊泡把盐离子分泌到细胞外。因此,揭示泌盐盐生植物盐腺的发育和分泌机理、克隆关键的耐盐基因提高作物耐盐性,是开发利用盐碱地的有效途径之一。研究表明植物激素能够调控植物的生长发育。但是,目前有关植物激素对盐腺泌盐影响方面的研究较少。二色补血草作为黄河三角洲的优势物种、盐碱地上的先锋植物,具有多细胞盐腺结构,是一种典型的泌盐盐生植物。本文利用二色补血草(Limonium biocolor)作为实验材料,探究了植物激素茉莉酸甲酯对二色补血草盐腺泌盐特性的影响及可能机制。主要研究结果如下:1.不同浓度NaCl处理对二色补血草生长、离子含量和盐腺特性的影响通过0、100、200和300mmol·L-1NaCl处理二色补血草并对其干鲜重、含水量、叶面积、离子含量等指标分析,发现100mmol·L-1NaCl能够促进二色补血草的生长,高浓度NaCl处理下植株的生长受到抑制,300mmol·L-1NaCl以内植株能正常生长。此外,NaCl处理还能够增加二色补血草的盐腺密度、盐腺总数、单个盐腺分泌Na+速率以及单个叶片盐腺分泌Na+总量,均随NaCl浓度的升高而增加。2.不同浓度MeJA处理对二色补血草生长、盐腺密度和泌盐速率的影响通过用不同浓度的MeJA对二色补血草进行喷施处理,我们发现,低浓度(0.01mmol·L-1)的MeJA对二色补血草生长及盐腺的分泌和发育均无明显影响。增加MeJA的浓度会对植株的生长产生抑制效应,表现在生物量和含水量减少、叶面积降低,叶绿素含量和光合作用降低,质膜透性增加。同时一定浓度的MeJA处理还可以增加二色补血草盐腺密度和盐腺总数,但是单个盐腺分泌Na+的速率随MeJA浓度的增加而降低。MeJA处理下植物体内的离子含量没有受到显著影响,由于MeJA增加了盐腺的密度和总数,这就需要单个盐腺降低分泌Na+的速率来维持分泌总量的不变。3.不同浓度MeJA对NaCl处理下二色补血草生长、离子含量和盐腺特性的影响对NaCl处理下的二色补血草喷施不同浓度的MeJA,并对比分析NaCl处理组与NaCl+MeJA处理组间植株的干鲜重、叶面积、离子含量、叶绿素含量和光合参数等指标,发现MeJA通过增强二色补血草的光合作用来缓解NaCl对植株生长的抑制,其中MeJA作用最为显著的浓度为0.03mmol·L-1。与NaCl处理相比,NaCl+MeJA处理组植株的盐腺密度、单个盐腺分泌Na+的速率以及单个叶片24h分泌Na+的总量均有所下降。4. Ca2+参与MeJA调控的盐腺泌盐过程利用叶圆盘分泌模型,在漂浮液中加入不同浓度的MeJA、Ca2+螯合剂EGTA和质膜Ca2+通道阻断剂LaCl3来探讨MeJA调节盐腺泌盐的机制。结果表明,MeJA能够抑制二色补血草盐腺的分泌,EGTA和LaCl3均能缓解MeJA对盐腺分泌的抑制效应。同时MeJA、EGTA和LaCl3均只对叶圆盘分泌液的体积产生作用从而影响单个盐腺的分泌速率,分泌液中Na+浓度均无显著变化。这些结果表明MeJA抑制盐腺分泌的过程中有Ca2+的参与。结合MeJA对气孔运动的调控机制以及盐腺的分泌假说,我们推测MeJA可能通过诱导盐腺组成细胞内外钙库中Ca2+的转运,使胞质内Ca2+含量发生变化,继而通过CaM(钙调蛋白)或钙依赖的激酶传递JA信号引发下游相关基因的表达,从而抑制盐腺内囊泡的形成或者排出。
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