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海水胁迫下单叶蔓荆生理生化研究

作者:原创论文网 时间:2013-07-09 10:54 加入收藏
  土壤盐碱化是一个世界性的资源和生态问题。我国盐渍土面积约3 460万hm2,耕地盐碱化760万hm2,近1/5耕地发生盐碱化。在我国的渤海、黄海和东海滨海平原分布着大面积的滨海盐碱地,这些滨海盐碱地严重影响植被的生长,破坏生态资源的可持续发展。在治理方面,目前以引种经济有效的耐盐植物来进行生物治理方法最为普遍和有效。单叶蔓荆(Vitex trifloia var. simplicifolia)是马鞭草科多年生落叶藤本植物,茎匍匐蔓生地面,落地生根,根系比较发达,深度可达土层3m以上。单叶蔓荆耐干旱贫瘠,抗海风海雾,具有改良生态环境的作用,可作为滨海沙地、风口地段固沙造林的先锋植物。同时,其果实可治风热头痛、目赤肿痛等症,藤条还可编箩筐,综合效益明显。已有的相关报道大多是对单叶蔓荆药用价值和其生长土壤成分分析等生态研究,对其耐盐性的研究报道还很少。为此,本试验研究了在海水胁迫下单叶蔓荆生理生化的变化,旨在为单叶蔓荆在今后滨海盐碱地的绿化方面提供理论依据。单叶蔓荆,取自威海国际海水浴场;海水,盐度为(3. 34?0.05)%,取自威海国际海水浴场。
  挑选生长状况相近的单叶蔓荆枝条,经生长素处理后扦插栽培在沙土内,每盆3株。待植株成活后,用上述的5种海水和自来水作培养液室温培养,同一浓度处理4组。试验期间每隔1周补充1次等量培养液300 mL,其余时间适时补充适量的蒸馏水.海水胁迫下,植物体内脯氨酸的含量显着增加,分别为对照组的1.5、2.6、2.8、5.3倍,并且在1/2海水浓度时,脯氨酸的含量最高,达到0.445%,其中全海水植株在培养期间全部死亡。说明海水胁迫可以刺激植株体内脯氨酸的合成,在一定范围内,脯氨酸的含量随海水浓度的增加而增加,同时,脯氨酸的含量也反映出植物具有一定的抗逆性。植物细胞质膜的透性高低通常用其电导率的大小表示。随着海水胁迫程度的加深,细胞质膜的电导率也逐渐增加,分别为对照组的7、12、18、27倍,并且在1/2海水浓度时,相对电导率最高。说明不同程度的海水处理均对细胞质膜造成了损害。植物细胞质膜对维持细胞的微环境和正常的代谢起着重要作用,当植物遭受海水胁迫时,细胞质膜遭到破坏,膜透性增大,从而使细胞内的电解质外渗,植物细胞浸取液的电导率增大。
  由图3可见,在海水胁迫下,植株中SOD活性随着海水胁迫程度的加深,呈现先升高后降低的趋势,并以1/4海水时的SOD活性最高。说明在海水浓度较低时,组织内能够诱导合成较多的SOD,来抵抗逆境;在海水浓度较高时,胁迫对组织的破坏加深,使得SOD的活性急剧降低,可见SOD的活性对海水胁迫反应较敏感。从而表明单叶蔓荆植株抵抗海水胁迫机制的变化。相关研究表明植物在受到盐胁迫时,由于脯氨酸具有调节细胞质的渗透势、保护蛋白质分子并增加蛋白质分子的水合度、维持光合性、作为活性氧的清除剂等作用,所以植物体内的游离脯氨酸含量会迅速增加。朱虹等研究发现,脯氨酸是分布最广的一种相容渗透剂,也是最有效的渗透调节物质之一,在植物对盐的抗胁迫的适应中具有重要意义。
  试验研究表明,当受到海水胁迫时,单叶蔓荆植株中游离脯氨酸的含量随胁迫程度的加深而不断增加。这说明脯氨酸含量的增加是由于海水胁迫导致的。在1/3海水前,游离脯氨酸的含量变化较缓;在1/2海水时,游离脯氨酸含量急剧增加,此时合成脯氨酸的机制被完全启发;在全海水时,由于胁迫程度过重,导致细胞严重失水,最终植株死亡。可见游离脯氨酸含量的变化可以作为单叶蔓荆植株抵抗逆境的一种信号。海水胁迫与质膜损害的关系细胞质膜是细胞进行物质交换的通道,逆境因子首先作用在膜上,膜受损后最突出的表现即膜透性变化,可以通过电导率的测定来反映细胞质膜的损害程度。由试验结果可知,随着海水胁迫程度的加深,细胞质膜的电导率也逐渐增加,在此过程中,相邻海水梯度间电导率的变化接近,并且在1/2海水浓度时,电导率最高。此时的单叶蔓荆植株的质膜受到了严重的损害,在此浓度下单叶蔓荆植株生长困难。
  海水胁迫与SOD活性的关系相关研究表明,当细胞内活性氧(ROS)的产生与清除失去平衡时,生物膜遭到可逆和不可逆损伤,严重时可引起细胞死亡。超氧化物歧化酶(SOD)第1个参与活性氧(ROS)的清除反应,在抗氧化酶类中处于重要地位。植物在盐胁迫下,体内的SOD能降低植物体内氧自由基水平,以维持植株正常生长、代谢。在1/5海水时,与对照组相比,单叶蔓荆植株中SOD活性明显提高,表明超氧化物歧化酶在植株受到逆境时,可以迅速合成,提高植株抵抗逆境的能力;在1/4海水时,超氧化物歧化酶活性达到最大,后又急剧下降,是由于海水胁迫对植物的伤害越来越重,植株已无法正常地合成超氧化物歧化酶,抵抗逆境的能力也有所下降。由以上可见, SOD是植物的一种重要的抵抗逆境的保护酶。海水胁迫与叶绿色含量的关系盐胁迫下植物叶片中的叶绿素含量会降低。由于叶绿素是类囊膜上色素蛋白复合体的重要组分,因此叶绿素含量的下降必将影响色素蛋白复合体的功能,从而降低叶绿素对光能的吸收和转化,正常的生理生化反应受到影响。
  陈新红等的研究也表明,随着海水胁迫程度的加深,植株中叶绿素的含量有不同程度的降低。试验表明,海水胁迫程度的加深会导致植株的光合作用降低,叶绿素总量以及类胡萝卜素含量的变化较缓慢,并且单叶蔓荆植株中类胡萝卜素含量变化更加缓慢。同时,由于盐胁迫下植物光合速率降低,所以植物提高光合效率,促进新叶生长是植物忍耐盐分的方式之一。可见,叶绿素总量以及类胡萝卜素含量的变化也反映出单叶蔓荆具有良好的抗海水胁迫的能力。
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