盐胁迫下二倍体马铃薯叶绿素含量和抗氧化酶活性的变化课件.docx
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盐胁迫下二倍体马铃薯叶绿素含量和抗氧化酶活性的变化课件
盐胁迫下二倍体马铃薯叶绿素含量和抗氧化酶活性的变化
摘要
在离体条件下研究盐胁迫对二倍体马铃薯富利亚(Solanumphureja,PHU)和窄刀薯(S.stenotomum,STN)杂种(PHU-STN)无性系相关生理指标的影响,以期探讨盐胁迫下二倍体马铃薯耐盐性的生理表现。
在45份PHU-STN中,根据其在盐胁迫下六项生长参数的表现选出5份耐盐无性系、5份中耐盐无性系、5份感盐无性系,建立耐盐程度不同的三个组,以四倍体品种Bintje为耐盐对照,Mainechip为感盐对照,用0(CK),10,20,30mmol·L-1的NaCl进行胁迫,测定叶绿素含量、超氧化物歧化酶(SuperoxideDismutase,SOD)和过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性的变化。
结果表明,随着盐浓度的升高,耐盐组叶绿素含量呈先升高后降低的趋势,中耐盐组、感盐组则呈降低的趋势,二倍体组间差异极显著;耐盐组的SOD活性呈升高的趋势,中耐盐组、感盐组呈先降低后升高的趋势,二倍体组间差异极显著;耐盐组、中耐盐组POD活性呈先降低后升高的趋势,感盐组呈降低的趋势,二倍体组间差异极显著。
因此,叶绿素含量、SOD和POD活性可以作为二倍体马铃薯耐盐性鉴定的间接指标。
关键词:
马铃薯,二倍体,盐胁迫,生理指标
ChangeofChlorophyllContentandAntioxidantEnzymeActivityofDiploidPotatounderSaltStress
Abstract
PhysiologicaltraitswerestudiedofdiploidpotatoSolanumphureja(PHU)andS.stenotomum(STN)hybrid(PHU-STN)clonesinvitroundersaltstressinordertounderstandthephysiologicalperformanceinsalttoleranceofdiploidpotatoes.Threegroupsoffivesalttolerant,fivemediumsalttolerantandfivesaltsusceptiblecloneswereselectedbasedontheirperformancesofsixgrowthparametersinsaltstressin45clones,andtetraploidvarietyBintje(salttolerant)andMainechip(saltsusceptible)werealsoincludedinthisexperiment.Theywerestressedinvitroat0(CK),10,20and30mmol·L-1saltconcentrations,andchlorophyllcontent,SuperoxideDismutase(SOD)andPeroxidase(POD)activitiesweremeasured.Withincreaseinsaltconcentration,chlorophyllcontentinslattolerantgroupwasincreased,andthendecreased,whilechlorophyllcontentinmediumsalttolerantgroupandsaltsusceptiblegroupshoweddecreasingtrend.Chlorophyllcontentsinallgroupswerefoundtobeofhighlysignificantdifference.SODactivityinsalttolerantgroupshowedincreasingtrendwithincreaseinslatconcentration,whileformediumsalttolerantgroupandsusceptiblegroupitwasdecreased,andthenincreased.Differenceamonggroupswerehighsignificant.ForPODactivity,itwasdecreasedandthenincreasedinsalttolerantgroupandmediumsalttolerantgroupwithincreaseinsaltconcentrations,butshoweddecreasingtrendinsaltsusceptiblegroup.DifferenceamonggroupswashighlysignificantforPODactivity.Therefore,chlorophyllcontent,SODandPODactivitiescouldbeusedasindirectindicatorsforsalttolerantselectionindiploidpotatoes.
Keywords:
potato;diploid;saltstress;physiologicalindex
目录
摘要I
AbstractII
1前言1
1.1本研究的目的与意义1
1.2国内外研究文献综述1
1.3本研究的主要内容1
2材料与方法1
2.1试验材料1
2.2试验设计2
2.3测定方法2
2.4数据分析2
3结果与分析3
3.1盐胁迫下二倍体马铃薯叶绿素含量的变化3
3.2盐胁迫下二倍体马铃薯超氧化物歧化酶活性的变化4
3.3盐胁迫下二倍体马铃薯过氧化物酶活性的变化5
4结论与讨论6
参考文献8
1前言
1.1本研究的目的与意义
植物为了生长发育和繁衍后代,以不同方式感受识别各种环境因子,并产生相应的生理反应,最终适应环境。
通常将这种在植物适应过程中环境因素对植物的作用称作胁迫。
而土壤中,盐对植物的作用则称为盐胁迫。
目前,我国土地盐碱化日趋严重,全国约有2700万hm2土地盐渍化,其中700万hm2为农田,造成了农作物大量减产,甚至绝收。
因此,有必要对植物的抗盐机理进行综合分析,以便选育出一些抗盐性强的农作物品种,减少土壤盐渍化带来的不利影响。
马铃薯是重要的粮食、蔬菜及经济作物,栽培范围遍布全球。
近年来,中国马铃薯的种植面积得到迅速发展,然而对于一些地区来说,土壤盐渍化限制了马铃薯的发展。
盐渍化土壤是影响作物产量和品质的主要原因之一。
马铃薯(SolanumtuberosumL.)是我国广为种植的重要粮菜兼用型作物,属盐敏感型。
土壤盐渍化是作物生长中经常遇到的自然逆境之一,也是严重限制农业生产发展的重要因素。
1.2国内外研究文献综述
盐碱胁迫给农业生产造成的损失仅次于干旱,使农业生产的可持续发展受到威胁,因此在人口不断增加,耕地日趋减少和淡水资源不足的情况下,了解植物耐盐机理、开发利用耐盐植物资源、培育耐盐作物、有效控制和利用盐碱土,对农业发展、粮食安全、生态环境等有重要意义。
近年来,生物技术的飞速发展及其在农业中的广泛应用,为植物抗盐研究提供了新思路和新方法,转基因技术可以打破物种间的生殖隔离障碍,拓宽植物资源的遗传背景,被更多的科学家所青睐。
但由于对植物耐盐机理的了解还不够深入,因此到目前为止尚未培育出一种能在盐碱地上高产的作物品种。
因此,本文就盐分对植物的伤害作用及植物耐盐机理方面的研究作以综述,以便为深入研究植物的耐盐机制及耐盐植物选育研究提供参考。
植物耐盐性生理生化指标是研究植物耐盐机理和耐盐能力的基础。
植物耐盐性是一种综合性状的表现,不同植物由于其耐盐方式和耐盐机制的不同,其组织或细胞的生理代谢和生化变化也不同。
抗盐性生理指标对植物适应不同盐度具有不同的指示意义,但植物抗盐机制是错综复杂的,是受植物多基因控制的。
因此,生理代谢过程不同,表现出的生理指标也不同。
所以各项生理指标必须结合植物的结构特点和盐胁迫下生理指标的变化趋势,才能较为准确地综合评价植物抗盐能力大小。
通过本研究,作者认为膜透性、MDA含量、渗透调节物质的种类和含量具有比较明确的指示意义,可作为植物抗盐性评价的重要参考指标,肉质性和叶绿素含量必须结合其它指标和结构特点,才能用来综合评价抗盐能力的大小。
目前,关于马铃薯耐盐性生理的研究多集中在四倍体栽培种上[1-3],而有关二倍体马铃薯耐盐性生理指标方面的研究还较少。
盐渍化土壤影响着马铃薯的生长发育,特别是对其出苗有抑制作用[4-6],目前推广应用的品种大多耐盐性差,个别耐盐品种因综合性状差,不适应市场需求。
因此,研究马铃薯抗盐生理、培育符合不同育种目标的耐盐品种就显得十分重要。
目前,人们对马铃薯的试管苗、试管移栽苗、实生苗和普通块茎苗进行了盐胁迫下植株生长、生物学产量、块茎产量、块茎淀粉含量、死亡率等方面的研究,少见盐分对马铃薯生理代谢影响的研究。
本试验进行盐胁迫下马铃薯试管苗相关生理指标变化的研究,旨在探讨马铃薯对盐伤害的反应机理,为其抗盐生理和抗盐育种奠定基础。
培育耐盐品种是对盐碱地改良和使盐碱地作物增产的重要途径之一,而作物耐盐碱育种成败的关键,很大程度上取决于亲本的合理选配,亲本的选配,又取决于对亲本耐盐性的鉴定。
作物传统耐盐性的鉴定和选择,是根据材料在盐碱地上的表现进行鉴定和选择的,这个过程复杂,工作量大。
另外,作物抗盐性是由多基因控制的,受试验条件的影响,早代选择的效率极低,常因环境的影响而失去有希望材料的选择。
所以,有人指出利用生理生化指标鉴定作物的耐盐性,但这些操作程序复杂,鉴一定结果波动性利用效果不佳。
1.3本研究的主要内容
作物的耐盐性是由多基因控制的,常以作物生长的条件为基础,作物(品种、生育期等)、土壤(含水量、盐离子类型等)和环境(温度、光照等)都对作物的耐盐性产生影响,因此,利用作物生理学特性的绝对耐盐性是比较困难的。
采用盐胁迫修改的MS培养基的方法,鉴定了马铃薯品种试管苗的耐盐性,提供了比较稳定的盐胁迫环境,从而减少了由于环境变化使抗盐结果产生的波动性。
所以,利用加盐处理的修改MS培养基鉴定马铃薯各品种试管苗抗盐性是一种快速、准确的鉴定方法。
马铃薯适于在微酸性土壤上栽培,其适宜的土壤pH值为5.5一6.5。
酸性土壤或盐碱土都不利于马铃薯生长。
当土壤pH值在4.8以下时,植株叶色变淡,出现早衰,当pH值达到7.0时,某些品种的生长开始受到影响,pH值在7.8以上时,绝大多数品种的生长都受到抑制,耐盐碱能力弱的品种表现为出苗困难,甚至死亡。
有时在生长前期土壤湿度适宜,植株能够生长,当遇到干旱,随着土壤水分蒸发,盐碱上升,因而严重抑制植株生长,甚至导致植株死亡。
山东省的东营、滨州、德州、聊城、荷泽等地市都有大面积的盐碱地,严重地限制着马铃薯生产的发展。
本研究以从二倍体马铃薯栽培种富利亚(Solanumphureja,PHU)和窄刀薯(S.stenotomum,STN)杂种(PHU-STN)无性系试管苗中耐盐性筛选出的的5份耐盐无性系、5份感盐无性系和5份中耐盐无性系为试验材料,以四倍体马铃薯品种Bintje为耐盐对照,Mainechip为感盐对照,进行不同浓度NaCl胁迫,通过叶绿素含量、丙二醛及脯氨酸含量的测定,探讨盐胁迫下二倍体马铃薯耐盐的生理变化,为马铃薯耐盐新品种的选育及其耐盐机制的研究提供理论和物质基础。
2材料与方法
2.1试验材料
本研究以经耐盐性筛选出的二倍体马铃薯富利亚和窄刀薯杂种(PHU-STN)无性系试管苗为材料[7],材料名称及编号见表2.1。
根据Khrais等[8]的研究结果,选用四倍体马铃薯品种Bintje为耐盐对照品种;Mainechip为感盐对照品种。
试验过程中以R表示Bintje,以S表示Mainechip。
表2.1不同耐盐性的二倍体马铃薯无性系及编号
耐性无性系
编号
中耐盐无性系
编号
感盐无性系
编号
472-1
T1
592-3
M1
354-1
S1
267-1
T2
412-1
M2
507-1
S2
89-2-1
T3
474-1
M3
270-2
S3
188-1
T4
292-1
M4
9-3
S4
566-1
T5
301-1
M5
138-1
S5
2.2试验设计
2.2.1基础苗培养
取马铃薯脱毒试管苗,将其切成带1片叶的小茎段,插入装有MS培养基的100mL三角瓶中(每瓶装培养基40mL),每瓶插10个茎段,将其置于温度(25±2)℃,光照2000~3000Lx,每日光照16h的条件下培养。
2.2.2不同浓度盐胁迫下马铃薯试管苗生理指标的测定
取20d苗龄的试管苗,剪茎段大约1cm长,带有一个叶,插入含有0,10,20和30mmol·L-1NaCl的MS培养基的100mL三角瓶中(每瓶装有培养基40mL),每瓶插10个茎段,将其置于温度(25±2)℃,光照2000~3000Lx,每日光照16h的条件下培养。
试验采用完全随机设计的方案,3次重复。
在0,10,20,30mmol·L-1NaCl胁迫28d后取材,测定各项生理指标。
2.3测定方法
叶绿素含量:
乙醇丙酮等量混合液法,略作修改[6]。
超氧化物歧化酶(SuperoxideDismutase,SOD)活性:
分光光度计比色法[6]。
过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性:
分光光度计比色法[9]。
2.4数据分析
原始数据的整理采用MicrosoftExcel(Office2003)软件完成;方差分析及差异显著性测验采用DPS软件完成[10],按照Gomez和Gomez[11]的方法进行组间(Between-groupcomparison)和组内(Within-groupcomparison)比较。
以公式RV(%)=(Xs/Xc)×100%计算供试品种(系)每个生理指标的相对值,其中Xs为所测指标在盐胁迫下每次重复的平均值,Xc是所测指标在0d(CK)条件下的平均值。
3结果与分析
3.1盐胁迫下二倍体马铃薯叶绿素含量的变化
在相同天数盐胁迫下,处理在10,20和30mmol·L-1盐胁迫后叶绿素含量差异均极显著。
将处理间的变异进一步分解,发现耐盐和感盐四倍体对照间在10,20和30mmol·L-1盐胁迫后差异显著或极显著,二倍体组间在10,20和30mmol·L-1盐胁迫后叶绿素含量差异均极显著,组内不同浓度下各项差异均极显著(表3.1)。
受盐胁迫后,除耐盐组随着盐浓度的升高叶绿素含量呈先升高后降低的趋势外,中耐盐组、感盐组则呈降低的趋势。
四倍体对照间在盐浓度为10,20mmol·L-1时,耐盐品种Bintje叶绿素含量显著高于感盐品种Mainechip,30mmol·L-1时极显著高于Mainechip。
根据植株性状在盐胁迫条件下所建立的不同组,其生理性状叶绿素含量也会随之不同,二倍体组间叶绿素含量在盐浓度10,20和30mmol·L-1时耐盐组、中耐盐组均极显著高于感盐组,但耐盐程度不同的组在盐胁迫相同的浓度下极差有相互重叠的现象(表3.2)。
通过叶绿素含量的测定,可以看出,叶绿素含量可以作为鉴定马铃薯耐盐性的指标。
表3.1PHU-STN二倍体马铃薯和四倍体对照在不同浓度盐胁迫下叶绿素含量的方差分析
变异来源
df
MS
F
10mmol·L-1
20mmol·L-1
30mmol·L-1
0.05
0.01
处理
16
62.30**
294.67**
383.50**
1.95
2.58
二倍体vs.四倍体
1
2.71
379.17**
90.22**
4.13
7.44
Bintjevs.Mainechip
1
18.30*
11.19*
52.81**
4.13
7.44
二倍体组间
2
275.65**
1439.67**
2395.26**
3.28
5.29
耐盐组内
4
19.67**
97.21**
115.03**
2.65
3.93
中耐盐组内
4
36.01**
197.22**
137.73**
2.65
3.93
感盐组内
4
50.44**
66.80**
47.87**
2.65
3.93
误差
34
2.80
1.54
5.73
总计
50
注:
**差异达1%显著水平,*差异达5%显著水平;下同。
表3.2不同浓度盐胁迫下四倍体对照及二倍体马铃薯组间叶绿素含量
四倍体或二倍体组别
不同浓度盐胁迫
10mmol·L-1
20mmol·L-1
30mmol·L-1
Bintje
108.21Aa
97.22Aa
93.36Aa
Mainechip
104.72Ab
94.49Ab
87.42Bb
耐盐组
111.42Aa(110.11~114.99)
114.60Aa(107.19~122.46)
107.66Aa(100.69~116.58)
中耐盐组
107.27Bb(104.13~113.08)
103.27Bb(93.21~114.75)
93.45Bb(85.03~99.83)
感盐组
102.85Cc(98.14~108.60)
95.09Cc(88.49~99.62)
82.45Cc(78.15~86.52)
注:
平均数多重比较采用新复极差法,小写字母表示差异达5%显著水平,大写字母表示差异达1%显著水平,括号内数值表示极差。
下同。
3.2盐胁迫下二倍体马铃薯超氧化物歧化酶活性的变化
相同盐胁迫天数下,处理在10,20和30mmol·L-1盐胁迫后SOD活性差异均极显著。
将处理间的变异进一步分解,发现耐盐和感盐四倍体对照间在10,20和30mmol·L-1盐胁迫后差异显著或极显著,二倍体组间在10,20和30mmol·L-1盐胁迫后SOD活性差异均极显著,组内除耐盐组在10,20mmol·L-1与感盐组在20,30mmol·L-1差异不显著外,其他各项差异均表现显著或极显著(表3.3)。
受盐胁迫后,耐盐组随着盐浓度的升高SOD活性呈升高的趋势,中耐盐组、感盐组则呈先降低后升高的趋势。
四倍体对照间在盐浓度为10mmol·L-1时耐盐品种BintjeSOD活性显著高于感盐品种Mainechip,20、30mmol·L-1时极显著高于Mainechip。
根据植株性状在盐胁迫条件下所建立的不同组,其生理性状SOD活性也会随之不同,二倍体组间SOD活性在盐浓度为10,20和30mmol·L-1时耐盐组均极显著高于感盐组,中耐盐组SOD活性在盐浓度为30mmol·L-1时极显著高于感盐组,其他浓度时差异不显著。
但是,耐盐程度不同的组在盐胁迫相同的浓度下极差有相互重叠的现象(表3.4)。
表3.3PHU-STN二倍体马铃薯和四倍体对照在不同浓度盐胁迫下SOD活性的方差分析
变异来源
df
MS
F
10mmol·L-1
20mmol·L-1
30mmol·L-1
0.05
0.01
处理
16
391.25**
649.21**
1337.90**
1.95
2.58
二倍体vs.四倍体
1
28.69
142.20
0.05
4.13
7.44
Bintjevs.Mainechip
1
416.71*
792.52**
656.73**
4.13
7.44
二倍体组间
2
993.23**
3735.15**
8280.75**
3.28
5.29
耐盐组内
4
109.52
53.44
737.75**
2.65
3.93
中耐盐组内
4
286.17**
348.49*
247.27**
2.65
3.93
感盐组内
4
561.36**
93.67
62.01
2.65
3.93
误差
34
64.56
89.99
60.78
总计
50
表3.4不同浓度盐胁迫下四倍体对照及二倍体马铃薯组间SOD活性
四倍体或二倍体组别
不同浓度盐胁迫
10mmol·L-1
20mmol·L-1
30mmol·L-1
Bintje
103.52Aa
111.17Aa
117.17Aa
Mainechip
86.85Ab
88.18Bb
96.24Bb
耐盐组
102.20Aa(94.21~110.36)
112.71Aa(106.62~117.96)
133.26Aa(117.52~153.15)
中耐盐组
89.03Bb(77.90~103.57)
85.74Bb(74.16~100.59)
97.66Bb(84.58~109.05)
感盐组
87.34Bb(71.96~109.30)
85.03Bb(80.40~94.12)
88.90Cc(85.09~96.64)
3.3盐胁迫下二倍体马铃薯过氧化物酶活性的变化
在相同天数盐胁迫下,各处理在10,20和30mmol·L-1盐胁迫后POD活性差异均极显著。
将处理间的变异进一步分解,发现耐盐和感盐四倍体对照间在20,30mmol·L-1盐胁迫后差异极显著,在10mmol·L-1时差异不显著;二倍体组间在10,20和30mmol·L-1盐胁迫后POD活性差异均极显著,组内除耐盐组在10,20mmol·L-1与中耐盐组在20mmol·L-1差异不显著外,其他各项差异均极显著(表3.5)。
受盐胁迫后,耐盐组、中耐盐组随盐浓度的升高POD活性呈先降低后升高的趋势,感盐组POD活性呈降低的趋势,这说明植物在高盐浓度下,POD活性的提高是为了提高植物本身的耐盐性。
四倍体对照间在盐浓度为20,30mmol·L-1时耐盐品种Bintje的POD活性极显著高于感盐品种Mainechip,10mmol·L-1时二者差异不显著。
根据植株性状在盐胁迫条件下所建立的不同组,其生理性状POD活性也会随之不同,二倍体组间
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