油葵对沼液灌溉引起的农田盐胁迫响应研究

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随着我国畜牧业的快速发展,环境问题日益突出,消纳利用畜禽粪污成为农村发展的重要内容。但畜禽沼液中含有较多盐离子限制了粪污的农田利用,利用强抗逆性高值作物减轻沼液灌溉的农田负荷是目前缓解沼液引起农田盐碱化的重要手段。因油葵优异的耐盐碱特性,本研究选其作为研究对象,探索油葵在消纳畜禽养殖粪污,改善含盐碱沼液灌溉后土壤的潜力及优势,更好的应对沼液灌溉产生的农田污染风险。一方面通过大田实验,研究沼液灌溉量对油葵生长、产量以及土壤理化性质的影响,另一方面通过室内实验设立不同处理组(盐、碱、盐碱混合胁迫),明确沼液中不同类型盐对油葵生长生理影响,深度探究油葵耐盐碱的生理代谢和分子机理,为沼液资源化,无害化利用提供科学依据。实验得到以下结论:1.在利用油葵进行沼液消纳时,当灌溉量大于300 m3·hm-2后,油葵产量以及生长性状会受到严重抑制,但高灌溉量可以提高油葵出油率、籽粒总脂肪酸含量同时改善籽粒脂肪酸组成(不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸、油酸/亚油酸比值增大),这可能与沼液不影响花盘Na+含量且能增加K+含量有关。灌溉量的增加会增大油葵Na+吸收量及吸收速率;油葵根茎叶K+含量在灌溉前期增加,增加程度和速度与灌溉量呈负相关,灌溉后期下降,下降程度和速度与灌溉量呈正相关。随沼液灌溉量的增加,油葵能够从土壤中分别吸收 2.65、3.29、3.28、2.31、1.40 g·m-2 Na+,在灌溉量 150~300 m3·hm-2时油葵对Na+吸收量最大。以上结论对沼液资源化利用有指导意义。2.在室内实验中探究了盐、碱及混合胁迫对油葵的影响,发现碱胁迫对油葵产生的危害>盐、碱混合胁迫>盐胁迫,这体现在细胞膜脂质过氧化程度、细胞膜渗透率、脯氨酸含量、K+/Na+、Ca2+/Na+稳态破坏情况均在碱胁迫下更大。油葵幼苗对盐胁迫的阈值超过240 mmol·L-1,对盐、碱混合胁迫及碱胁迫阈值在120~180 mmol·L-1之间。在不同处理组中,油葵Na+含量与盐溶液浓度都呈正相关变化,K+含量在低浓度增加,高浓度减少。碱胁迫会加剧Na+/K+、Na+/C a2+稳态破坏。在盐、碱胁迫下不超过油葵耐受阈值时,油葵会通过增加H+的内流驱动Na+/H+逆向转运蛋白完成Na+的外排。通过减少Na+吸收或外排Na+,以及减少K+流失或吸收K+来维持细胞质K+/Na+平衡,这种现象在碱胁迫下表现更加明显。在胁迫下油葵排Na+吸K+能力说明油葵具有良好的耐盐碱性。3.探究盐、碱胁迫对油葵相关基因表达的影响,重点挖掘与油葵耐盐、离子运输相关基因表达。发现60 mmol·L-1碱胁迫油葵差异表达基因数量最多,生理代谢最活跃。与盐胁迫对比,油葵在碱胁迫下响应盐胁迫、渗透胁迫、Na+转运、K+稳态维持、缺水响应、水运输、K+跨膜运输等过程的差异表达基因数显著增加。响应碱性pH是碱胁迫下独有的GO富集功能,细胞对钾离子饥饿相关响应是高浓度碱胁迫独有的GO富集功能。在180 mmol·L-1盐胁迫时,油葵主要产生渗透胁迫,此时油葵脯氨酸、海藻糖、甜菜碱等相关渗透调节物质合成酶基因显著富集。60 mmol·L-1碱胁迫时油葵离子胁迫和氧化胁迫较严重此时离子运输、跨膜运输活动、激素介导的信号通路显著富集。180 mmol·L-1碱胁迫造成油葵死亡,这时通过油葵合成次生代谢物(萜类物质),促进硫胺素结合等途径缓解胁迫。碱胁迫对呼吸作用、生物固氮作用、钾离子吸收转运、金属离子转运、三羧酸循环和糖降解代谢过程、渗透调节功能等的抑制作用大于盐胁迫。
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