唐古特白刺耐碱性及外源NO碱胁迫缓解效应研究

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土壤盐碱化已成为一个全球性的资源和环境问题,这一生态灾难严重制约林草等植被生存和农作物生长,打破了生态平衡及其系统稳定。碱化土壤较盐化土壤面积广、危害大,而唐古特白刺(Nitraria tangutorum)作为生态抗逆兼果肉经济型灌木,具有抗风沙、耐盐碱、耐贫瘠等生态适应性,在改良盐碱地及防风固沙等方面发挥着积极作用。因此,研究唐古特白刺对碱胁迫的响应机制并进行耐碱性评价,探寻提高唐古特白刺在碱化土壤上生长适应性的技术途径,对实现盐碱化土壤的持续改良和高效利用意义重大。本研究采用不同浓度(0、200、300、400、500 mmol·L-1)的Na HCO3和Na2CO3混合溶液对唐古特白刺幼苗进行碱胁迫处理,同时,以硝普钠(SNP)为外源NO供体,设置0、100、150、200及300μmol·L-1五个浓度梯度处理,探究碱胁迫下唐古特白刺的生长、生理响应及叶片超微结构的变化,以及各碱胁迫浓度下,添加不同浓度外源NO对唐古特白刺生长、生理指标的影响。主要结果如下:1)超微结构显示,碱胁迫浓度≥300 mmol·L-1时唐古特白刺叶肉细胞细胞壁、细胞质膜以及叶绿体形态变化显著,叶绿体结构受损明显。其中,细胞壁不再光滑,出现沉淀或溶解趋势;细胞质膜褶皱突起呈形状大小各异的小泡;叶绿体肿胀变形,并伴随质壁分离,基粒片层紧致结构被破坏,部分类囊体排列散乱,出现囊泡化甚至解体;叶绿体外膜凹陷或局部破裂,基质外渗;叶绿体中嗜锇颗粒集聚成堆,数量、体积较对照都有增加且伴随少量淀粉粒出现。2)唐古特白刺株高、生物量、根冠比、根系活力及叶绿素随碱胁迫浓度的增大而下降,其中,根系活力在碱胁迫200 mmol·L-1时即大幅度显著下降,生物量与根冠比在碱胁迫300 mmol·L-1时大幅度显著下降;丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)及超氧阴离子(O2?)随碱胁迫浓度的增大而增大;可溶性蛋白(SP)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)在碱胁迫浓度≤300 mmol·L-1时显著上升,≥300 mmol·L-1时显著下降;脯氨酸(Pro)及超氧化物歧化酶(SOD)在碱胁迫浓度≤400 mmol·L-1时显著上升,≥400 mmol·L-1时显著下降。3)碱胁迫基础上添加外源NO后唐古特白刺株高、生物量、根冠比、根系活力及叶绿素随外源NO浓度的增大呈先增后减趋势,MDA、H2O2及O2?随外源NO浓度的增大呈先减后增趋势,除碱胁迫400 mmol·L-1时,Pro随外源NO浓度的增大而增大外,其余处理下Pro、SP及SOD、POD、CAT随外源NO浓度的增大呈先增后减趋势。4)外源NO对唐古特白刺碱胁迫缓解效应具有双重性,低浓度外源NO(SNP 100-200μmol·L-1)添加对碱胁迫有显著缓解作用,特别是可有效提高植物在高浓度碱胁迫下的生长适应性。高浓度外源NO(SNP≥300μmol·L-1)添加对碱胁迫的缓解作用不显著,甚至有抑制作用。综上所述,随碱胁迫浓度的增大,唐古特白刺生长抑制和超微结构受损显著;≤300mmol·L-1碱胁迫时,唐古特白刺通过自身生理调节(积累渗透调节物质、激活抗氧化酶活性)及结构变化(质膜突起形成小泡,嗜锇颗粒增多变大)等表现出一定的耐碱性。碱胁迫下,较低浓度的外源NO(SNP 100-200μmol·L-1)可与抗氧化酶共同作用维持植物体内活性氧平衡,同时,通过促进渗透调节物质的积累维持渗透平衡,进而改变植物的能量和养分分配格局,缓解碱胁迫造成的生长抑制;高浓度的外源NO(SNP 300μmol·L-1)对碱胁迫缓解作用较弱,甚至可加剧氧化胁迫。
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