耐盐砧木嫁接缓解盐胁迫对黄瓜光合作用的抑制效应

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ythsl761208
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近年来,我国设施园艺发展迅速,设施内土壤次生盐渍化日益严重。土壤盐渍化问题业已成为设施蔬菜生产的主要土壤障碍因子,严重制约了设施栽培的可持续发展。黄瓜(Cucumis sativus L.)是主要的设施栽培作物之一,对盐胁迫非常敏感,但适用于黄瓜嫁接的砧木,如南瓜和葫芦等的耐盐性则相对较强。前人研究表明耐盐砧木嫁接可显著提高黄瓜耐NaCl胁迫的能力,但主要从缓解离子毒害方面揭示了其耐盐机理,而关于盐胁迫下嫁接调控植物光合作用方面的研究较少。本研究从能量耗散、光系统Ⅱ (PSⅡ)反应中心Dl蛋白合成与分解、Rubisco活性等方面出发研究嫁接黄瓜光合作用对盐胁迫的响应,探讨了耐盐砧木嫁接对盐胁迫下黄瓜光合作用的调控机制。所取得的主要结果如下:1.以盐敏感型黄瓜津春2号为接穗,耐盐性较强的南瓜(Cucurbita moschata Duch.)超级拳王为砧木,黄瓜自根和自嫁植株为对照,研究了自根、自嫁、砧木嫁接黄瓜在0和90mM NaCI下的生长情况,以及叶绿素含量、气体交换参数、叶绿素荧光的动态变化。结果表明,NaCI胁迫早期(1d,5d,10d),通过气孔限制抑制黄瓜的光合能力,而砧木嫁接在一定程度上调节了气孔的关闭而缓解NaCl胁迫的抑制作用;NaCl胁迫较长(15d)时,降解了黄瓜叶片中叶绿素,伤害了黄瓜叶片光合机构,而耐盐砧木嫁接可能通过增强黄瓜叶片中光化学猝灭和PSⅡ热量耗散过程,保护其叶片中叶绿素免遭降解,维持一定的光化学效率和CO2同化能力,从而提高其耐盐性。2.以盐敏感型黄瓜津春2号为接穗,耐盐性较强的南瓜超级拳王为砧木,黄瓜自根和自嫁植株为对照,研究了自根、自嫁、砧木嫁接黄瓜在0和90mM NaCl处理15d的气体交换参数、叶绿素荧光、叶黄素循环组分及叶绿体超微结构的变化。结果表明,利用耐盐性强的南瓜作为砧木嫁接,减轻了NaCl胁迫引起的气孔和非气孔因子对黄瓜叶片光合性能的限制作用,延缓了光抑制的发生,从而减轻了盐胁迫对黄瓜的伤害作用。自根黄瓜与自嫁黄瓜对盐胁迫的响应表现一致,这暗示了砧木嫁接黄瓜耐盐性的增强是由于砧木的作用,而非嫁接过程的影响。3.以盐敏感型黄瓜津春2号为试材,进行0、45mM、90mM NaCl及林肯霉素处理,利用Clark型液相氧电极检测黄瓜离体叶圆片的PSⅡ活性变化。结果表明,NaCl胁迫抑制了黄瓜叶圆片PSⅡ的放氧活性,而在林肯霉素的作用下,黄瓜叶圆片在1000μmolm-2s-1照射下其PSⅡ放氧活性急剧下降,而且盐胁迫对光损伤造成的PSⅡ活性的降低无影响。同时,结果发现NaCl胁迫显著减缓了黄瓜叶圆片PSⅡ放氧活性的恢复,阻碍其损伤后的修复过程。而加入林肯霉素,完全抑制PSⅡ修复过程后,不同浓度的NaCl间对其影响无显著差异。以上结果表明,NaCl胁迫对黄瓜叶片PSⅡ光损伤过程无影响,但能阻碍PSⅡ光损伤后的修复过程,从而抑制黄瓜叶片的放氧活性。4.以盐敏感型黄瓜津春2号为接穗,耐盐性较强的南瓜超级拳王为砧木,黄瓜自嫁植株为对照,研究了0和90mM NaCl对自嫁和砧木嫁接黄瓜的净光合速率、PSⅡ活性、D1蛋白含量以及根系和叶片中Na+含量影响。结果表明,利用耐盐砧木嫁接,能有效地将Nd+区域化在砧木根系中,减少黄瓜接穗叶片中Na+含量,从而减’轻Na+对PSⅡ反应中心D1蛋白修复过程的抑制作用,因此能抵御盐胁迫的负作用,较好维持叶片中PSⅡ的正常结构,从而维持叶片中PSⅡ的活性,保持黄瓜叶片光合能力。5.以盐敏感型黄瓜津春2号为接穗,以耐盐性较强的超级拳王和黑籽南瓜(Cucurbita ficifolia Bouche)为砧木,黄瓜自嫁植株为对照,研究了0和90mM NaCl对自嫁和两种砧木嫁接黄瓜的生长情况、气体交换参数、Rubisco活性及相关基因表达、氮代谢相关物质和酶活性的影响。结果表明,NaCl胁迫下利用耐盐砧木嫁接增强N代谢相关酶的活性,维持硝态氮向氨基酸转化,促进了黄瓜叶片中N代谢有效进行,从而维持Rubisco酶相关基因的表达及酶活性,这就使得黄瓜叶片光合性能得到提高。以上研究结果表明,盐胁迫通过气孔限制和非气孔限制抑制黄瓜植株的光合能力。耐盐砧木嫁接能缓解盐胁迫对黄瓜光合作用的抑制作用,其原因可能是由于:阻止短期NaCl胁迫引起的气孔限制;调控叶黄素循环组分转换耗散过剩能量,延缓光抑制的发生;阻止Na+在地上部积累,从而维持PSⅡ光损伤与修复的动态平衡;维持N代谢有效进行,促进Rubisco酶活性。
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