四倍体富平楸子抗旱和耐盐功能研究

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苹果(Malus domestica Borkh.)是世界四大主栽果树之一。我国西北黄土高原是半干旱大陆性季风气候,日气温差大,十分适宜苹果等作物生长。但该地区年降雨较少,土壤盐渍化和干旱等问题严重制约了西北地区苹果产业的可持续发展。富平楸子(Malus prunifolia Borkh.)由于其优良性状,包括其较高的出苗率,良好的嫁接亲和力以及较快的生长,被广泛的用作苹果嫁接的砧木。但富平楸子是乔化砧木,其实生繁殖种子出苗不整齐,果实出种率很低,后代分离严重,而且目前对抗逆性强的矮化苹果砧木品种研究还是比较匮乏。同时,近些年苹果多倍体砧木的矮化属性和其较高的抗逆性状受到重视。因此,通过诱导富平楸子染色体加倍来提高其耐盐性和抗旱性,是富平楸子改良的主要目标。虽然许多研究证明多倍体植物的抗逆性普遍增强,但其潜在抗逆生理和分子机制较为复杂,还需要进一步研究。在此背景下,本研究对四倍体和二倍体富平楸子的进行抗盐性和抗旱性进行了分析,主要研究结果如下:1.以二倍体和四倍体苹果砧木富平楸子为试材,通过水培试验研究了染色体加倍对富平楸子抗盐性的影响。研究结果表明:与二倍体相比,四倍体株系更耐盐,光合效率更高,叶表皮和栅栏组织更厚,根系更短但更密。在盐胁迫下,四倍体叶和根积累较少的Na+,3个SOS通路基因的表达上调,产生较少的ROS。在盐胁迫下,四倍体植物的ABA和JA水平也明显高于二倍体植物。在正常生长条件下,四倍体叶片中的GAs水平远低于二倍体叶片;然而,在盐处理后,四倍体叶片显示出必需GAs合成基因的上调。这些结果表明四倍体富平楸子耐盐性增强主要是通过改变植株叶和根的形态,Na+的积累的变化、提高抗氧化能力和改变体内植物激素水平来实现的。2.以二倍体和四倍体苹果砧木富平楸子为试材,通过短期干旱试验对四倍体富平楸子抗旱功能进行研究。研究结果表明:干旱胁迫对四倍体富平楸子生长的影响显著低于二倍体富平楸子。利用石蜡切片在显微镜下观察,发现干旱胁迫下四倍体植株叶片变厚、变宽,栅栏组织厚度也显著高于二倍体。并且干旱胁迫下四倍体株系净光合速率显著高于二倍体株系,同时在干旱胁迫下四倍体富平楸子叶片能维持较高的Fv/Fm值,这有利于植株正常的光合作用。此外,四倍体株系的抗氧化能力和相关酶活性均高于对照。在干旱胁迫下,四倍体植物的ABA和ZR水平也明显高于二倍体植物。这些结果表明四倍体富平楸子抗旱性增强主要是通过改变植株叶的形态,提高光合能力、抗氧化能力和改变内源激素含量(ZR、ABA和GAs)来实现的。
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