【摘 要】
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柳枝稷(Panicum virgatum L.)是一种优质高产耐盐耐瘠薄的牧草,对盐碱环境有较强适应能力,种植柳枝稷是当前盐碱地生物改良的一条有效途径。风化煤腐植酸作为一种生物刺激素,可显著提升植物抗逆性、增加作物产量和提高肥料利用率。为此本论文自不同来源风化煤中提取制备腐植酸,基于其生物活性差异筛选高效风化煤腐植酸;以不同耐盐程度的柳枝稷品种为材料,采用生理代谢和分子技术相结合的方法研究风化煤腐
【基金项目】
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山西省平台基地和人才专项(201805D211017); 山西省重点研发计划项目(201903D421039);
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柳枝稷(Panicum virgatum L.)是一种优质高产耐盐耐瘠薄的牧草,对盐碱环境有较强适应能力,种植柳枝稷是当前盐碱地生物改良的一条有效途径。风化煤腐植酸作为一种生物刺激素,可显著提升植物抗逆性、增加作物产量和提高肥料利用率。为此本论文自不同来源风化煤中提取制备腐植酸,基于其生物活性差异筛选高效风化煤腐植酸;以不同耐盐程度的柳枝稷品种为材料,采用生理代谢和分子技术相结合的方法研究风化煤腐植酸提高柳枝稷耐盐性的效应和机理,为施用风化煤腐植酸提高柳枝稷对盐碱地的生物改良效果提供理论依据。主要结果如下:(1)不同来源风化煤及其制备的腐植酸的性质特征差异明显。左权、五台、静乐三地风化煤总腐植酸含量在37.1%-40.9%,但游离腐植酸含量差异较大,分别为1.92%、10.09%和30.62%;总酸性官能团酚羟基含量差异明显,其含量比为1.00:1.22:1.83;钙镁含量比为2.65:1.25:1.00;不同风化煤的E4/E6差异较小,但提取出的腐植酸E4/E6差异较大,分别为7.5、6.2和4.39。(2)不同来源风化煤制备的腐植酸生物活性与其官能团种类和数量有关。风化煤钙镁含量越低、游离腐植酸含量越高,从中提取的腐植酸的总酸性基团含量越大,其生物活性也越高。其中,静乐腐植酸生物活性最高,五台腐植酸次之,左权腐植酸最低;左权和五台腐植酸在浓度为0.01%(W/V)、静乐腐植酸在浓度为0.05%(W/V)时生物活性最高。选取生物活性高的静乐风化煤腐植酸来研究其提高柳枝稷的耐盐性。(3)盐胁迫后,不同柳枝稷品种耐盐表现差异较大,依据其存活率、株高、电解液渗漏率、脯氨酸、丙二醛含量等指标综合判断出11份不同品种的柳枝稷的耐盐性顺序为:Bo Master>Trailblazer>Forestburg>Carthage>Alamo>Blackwelle>Cave-in-Rock>Shawne>Dacotah>NE 28>Pathfinder。因此,本文所选用的耐盐品种是Bo Master,中等耐盐品种是Alamo,低耐盐品种是Pathfinder。(4)受盐胁迫影响,柳枝稷的光合系统受到伤害,导致叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率下降,胞间二氧化碳浓度上升;叶片中脯氨酸和丙二醛(MDA)含量大量积累,电解液渗漏率提高;叶片中抗氧化酶活性和激素也明显提高。其中,与无盐胁迫对照相比低耐盐品种Pathfinder的净光合速率最大下降了22.97%,MDA积累量高达625.82%;耐盐品种Bo Master和低耐盐品种Pathfinder的柳枝稷都会通过提高过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性来抵御盐胁迫,而中等耐盐性品种Alamo则是通过增加超氧化物歧化酶(SOD)的活性来抵御盐胁迫;耐盐品种盐胁迫后酶活性值最高,POD高达2638.41 U、CAT高达1103.20 U,且变幅较小。此外,在盐胁迫下,3个品种的柳枝稷体内共同提高的激素有吲哚乙酸(IAA)、细胞分裂素(CTK)、芸薹素(BR),尤其在耐盐品种Bo Master中分别提高了64.91%、122.81%、14.00%,且响应时期更长。因此,盐胁迫下的净光合速率,SOD、POD、CAT的酶活性以及IAA、CTK、BR的激素变化是研究耐盐机理的重要因子。Bo Master在盐胁迫下叶片中Pv PIP基因和GSK1基因表达水平显著上调,Pathfinder和Alamo在盐胁迫条件下叶片中Pv PIP基因表达水平上调。(5)施用静乐风化煤腐植酸后可以提高柳枝稷的耐盐性,尤其对盐敏品种作用显著。施入静乐风化煤腐植酸后,耐盐品种Bo Master会通过增加CAT的活性来抵御盐胁迫,增加了4.00%;Pathfinder会通过增加POD、SOD的活性来抵御盐胁迫,分别增加了207.29%、68.52%;Alamo会通过增加SOD、POD、CAT的活性来抵御盐胁迫,分别提高了28.99%、131.94%、55.43%。3个品种均可通过增加脱落酸(ABA)的含量来抵御盐胁迫,其中耐盐品种增加了344.45%。可见,施入静乐风化煤腐植酸后SOD、POD、CAT是提高耐盐过程中起关键性作用的酶,ABA是一个重要的耐盐激素。Bo Master在盐胁迫下施入静乐风化煤腐植酸后上调作用不明显,Pathfinder在盐胁迫条件下以及施入静乐风化煤腐植酸后,叶片中Pv PIP基因上调。Alamo在盐胁迫下施入静乐风化煤腐植酸后可提高Pv PIP和GSK1基因表达水平。
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