论文部分内容阅读
本文针对多年生黑麦草进行盐碱地开发利用中亟待解决的几个问题开展研究,以75份来源于美洲、欧洲、非洲和亚洲4大洲21个国家(其中有47份栽培品种,28份野生资源)的多年生黑麦草为起始材料,以0、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%NaCl浓度梯度处理,进行耐盐性水培筛选。每个盐浓度梯度处理阶段分别测定草坪质量,相对生长速率(RGR),叶绿素a、b(Chla、Chlb),结果以与处理前数值的比值表示。建立耐盐性状数据库,构建数学模型,鉴定出耐盐多年生黑麦草材料,并从遗传进化(利用ISSR研究)、可溶性糖代谢、抗氧化酶代谢、离子代谢以及外源Ca2+调节4方面进行了耐盐机理研究,试验研究结果如下:
75份多年生黑麦草遗传多样性指标值(PR,97.16%;Ne,1.46;He,0.28;I,0.44)较大,遗传多样性丰富。耐盐性状数据库中7个耐盐性状呈正态分布,频度分布宽度在40-140之间,平均极差、标准差、变异系数分别为66.33%、12.26%、22.89%,多年生黑麦草耐盐功能性状多态性也较丰富。来源欧洲地区的多年生黑麦草,遗传多样性,7个功能性状的多态性最丰富,耐盐能力最强。而在亚洲地区,多年生黑麦草遗传多样性,功能性状多态性最低,耐盐能力最弱。野生型多年生黑麦草材料遗传多样性,功能性状呈现比栽培品种更加丰富的多样性,耐盐能力前者高于后者。利用Eq2-6对收集的多年生黑麦草耐盐性进行评价,发现野生种质的耐盐性普遍高于栽培品种,并鉴定出耐盐材料8份:‘PI632510’、‘PI598453’、‘PI598440’、‘BAR LP4317’、‘PI577254’、‘PI403838’、‘Overdrive’、‘PI420124’。对盐胁迫最敏感型为一栽培种多年生黑麦草。建立了一个包括9个多年生黑麦草材料的核心种质资源:‘Headstast2’、‘PI598909’、‘CatalinaⅡ’、‘PI538976’、‘PI538976’、‘PI598440’、‘PI610925’、‘PI598877’、‘PI516605’、‘PI619554’。用功能性状指标通过判别分析方法对本研究收集的多年生黑麦草材料进行遗传聚类分析和通过ISSR分子标记UPGMA方法聚类,两者得到类似结果,即来源相同地区的多年生黑麦草材料多被聚在同一组或亚组。对多年生黑麦草遗传关系和其耐盐性进行相关分析,具有类似耐盐能力的材料,其遗传关系也较近。
盐胁迫浓度大于170 mM时,培养液中50%以上的Na+离子被多年生黑麦草植株转移。Na+在多年生黑麦草地上部和地下部积累量皆随盐胁迫浓度的增加而显著增加。Na+在细胞中的大量秋累对多年生黑麦草产生毒害作用,叶片Chl含量和相对蒸腾速率(NRT)显著下降,MDA含量显著上升,并降低植株对K、Ca、Mg、P营养元素的吸收。Na+在细胞中的大量积累诱导Chl Cu/ZnSOD,CytCu/ZnSOD,FeSOD,CAT,POD,GPX,GR基因表达上调,进而提高抗氧化酶(SOD)活性。对盐胁迫多年生黑麦草施加外源Ca2+(Ca(NO3)2·4H2O),进行外源物质调节盐毒害机理研究,结果表明,外源Ca2+可以降低盐胁迫对多年生黑麦草的毒害作用。外源Ca2+能通过提高SOD、POD、CAT、APX抗氧化酶活性,进而减缓盐胁迫对多年生黑麦草的毒害作用。外源Ca2+能通过提高SOD、POD、CAT、APX同工酶表达水平来减缓盐胁迫对多年生黑麦草的毒害作用。而这种调节主要表现在调节抗氧化酶同工酶最大表达水平出现的时间。外源Ca2+能通过提高Chl Cu/ZnSOD,Cyt Cu/ZnSOD,MnSOD,FeSOD,CAT,POD,APX表达水平来减缓盐胁迫对多年生黑麦草的毒害作用。外源Ca2+在调节CAT基因翻译和转录水平和对多年生黑麦草细胞质和叶绿体抗氧化酶基因的影响存在一定的时间特异性。
盐胁迫下,多年生黑麦草库组织中可溶性糖的积累对光合作用产生反馈调节作用。盐胁迫下,在叶、茎和根中,‘Overdrive’中基因SPS、SS、SI、6-SFT表达水平都高于‘PI538976’。糖代谢过程中基因调控发生在转录水平,可溶性糖的过多的积累抑制或诱导了多年生黑麦草中糖代谢基因的表达。糖代谢基因的上调表达和植物的耐盐能力呈一定的正相关。本研究的结果还表明,耐盐型‘Overdrive’茎中碳水化合物分配(CA)与两个生理参数RGR(r2=0.88,P<0.01)和草坪质量(r2=0.82,P<0.01)显著负相关,但是在敏感型‘PI538976’中它们呈显著正相关(r2=0.78,P<0.05,RGR;r2=0.86,P<0.01,草坪质量),说明植物的耐盐能力与碳水化合物在植物不同组织中的特性分配相关。