硅提高黄瓜耐盐性的生理和生化机制研究

论文摘要

硅被认为是高等植物生长的有益元素,最近研究表明,硅能缓解植物的非生物胁迫（铝、重金属和盐胁迫）和生物胁迫（病虫害）。世界范围内土壤盐渍化问题的日益严重,制约了农作物产量的提高,因此硅提高植物抗盐性的生理机制就成为目前该领域的研究热点。本研究以黄瓜（Cucumis sativus L.）为材料,采用营养液栽培,研究了外源硅（K2SiO3 1.0mM）对NaCl（50mM）胁迫下黄瓜细胞器质外体、叶绿体、线粒体的离子分配、活性氧及抗氧化系统的影响,进一步阐明硅在提高黄瓜抗盐性的生理生化机制。所取得的主要结果如下: 1 在培养液中添加硅源后,可增强黄瓜植株对盐分的选择吸收能力,降低根系Na+和提高根系K+的向上运输选择性,表现在根系对培养液中Na+、K+吸收的选择性SK/Na和根中的Na+、K+向叶运输的选择性叶SK/Na显著升高。而且外源硅可以降低植株地上部质外体途径对钠离子、氯离子的运输能力,增加质外体内钾离子、钙离子和镁离子的含量,使质外体、叶绿体维持较高的K+/Na+比值,有利于细胞水平的离子区域化,植株的渗透调节能力增强,减轻盐胁迫引起的渗透胁迫;同时使Na+、Cl-向叶绿体转运的量减少,降低盐分对叶绿体的毒害程度,提高叶绿体的光合作用能力。叶片相对含水量和水势的提高,以及植株渗透调节能力的提高,有利于叶片的气孔导度和气孔限制值增大,使净光合速率（Pn）提高。因此外源硅处理在一定范围内能降低钠离子毒害,加强离子区域化能力,从而缓解盐胁迫对黄瓜叶片光合作用的抑制作用,促进黄瓜的生长。 2 加硅增加叶绿体、质外体和线粒体内SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性及AsA-GSH循环有关的相关酶APX、GR、DHAR的活性,增加抗坏血酸（AsA）、还原型谷胱甘肽（GSH）及根系线粒体CoQ10含量,加速氧化还原系统的运行速率,提高了盐胁迫下黄瓜叶绿体、线粒体清除自由基的能力,降低了细胞膜脂过氧化水平,增强叶绿体、线粒体膜结构和功能的稳定性,提高植株的呼吸作用和光合作用。因此硅可以通过增加抗氧化能力以及提高盐胁迫下植物的生理活性缓解盐胁迫对黄瓜的伤害,提高其对盐胁迫的适应性。

论文目录

• 致谢
• 缩略词表
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章绪论
• 1 文献综述
• 1.1 亚细胞器在植物抗盐胁迫作用的研究进展
• 1.2 硅能显著提高植物的生长和增强抗逆性
• 1.3 硅缓解植物耐盐性作用机制
• 1.4 硅对双子叶植物生长影响的研究进展
• 2 本项研究目的、内容和意义
• 第二章 硅对黄瓜盐胁迫下渗透调节及光合作用特性的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 材料培养与处理
• 2浓度和蒸腾速率测定'>1.2 植株叶片的净光合速率、气孔导度、细胞间隙CO₂浓度和蒸腾速率测定
• 1.3 叶黄素循环组分的测定
• 1.4 叶片、根系相对含水量测定
• 1.5 植株叶片的渗透势和水势的测定
• 1.6 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 硅对盐胁迫下黄瓜叶片相对含水量、渗透调节的影响
• 2.2 硅对盐胁迫下根系相对含水量、渗透势的影响
• 2.3 硅对盐胁迫下黄瓜光合作用的影响
• 2.4 硅对盐胁迫下黄瓜叶片叶黄素循环组分的影响
• 3 讨论
• 3.1 硅对黄瓜盐胁迫条件下渗透调节与光合作用的关系
• 3.2 盐胁迫对叶黄素循环的影响及硅对叶黄素循环的作用
• 第三章盐胁迫下外源硅对黄瓜叶片质外体离子分布与抗氧化系统的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 材料培养与处理
• 1.2 叶片质外体和细胞质的提取
• 1.3 测定方法
• 2 结果与分析
• 2.1 硅对盐胁迫下黄瓜叶片质外体和共质体无机离子浓度的效应
• 2.2 硅对盐胁迫下黄瓜叶片质外体膜脂过氧化产物和氧自由基的影响
• 2.3 硅对盐胁迫下黄瓜叶片质外体抗氧化物酶活性的影响
• 2.4 硅对盐胁迫下黄瓜叶片质外体杭氢化物AA,DHA和GSH含量的影响
• 3 讨论
• 3.1 硅对盐胁迫下离子区域化分布的影响
• 3.2 硅对盐胁迫下黄瓜叶片质外体抗氧化系统的作用
• 第四章 硅对叶绿体活性氧清除系统及光合作用的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 植物材料培养和处理
• 1.2 叶绿体的制备
• 1.3 营养液、根系、叶片和叶绿体内无机离子含量的测定
• 2O₂和MDA含量的测定'>1.4 H₂O₂和MDA含量的测定
• 1.5 AsA和GSH含量测定
• 1.6 抗氧化酶活性的测定
• 1.7 叶绿体的光合作用放氧速率的测定
• 1.8 叶绿体中叶绿素的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 盐胁迫下外源Si对黄瓜叶片叶绿体内离子分布的影响
• 2O₂和MDA含量的影响'>2.2 盐胁迫下外源Si对黄瓜叶绿体内H₂O₂和MDA含量的影响
• 2.3 盐胁迫下外源Si对黄瓜叶绿体内SOD含量的影响
• 2.4 盐胁迫下外源Si对黄瓜叶绿体内APX、GR和DHAR活性的影响
• 2.5 盐胁迫下外源Si对黄瓜叶绿体内AsA和GSH含量的影响
• 2.6 盐胁迫下外源Si对叶绿体的光合作用放氧速率的影响
• 3 讨论
• 第五章 硅对盐胁迫下黄瓜线粒体结构、活性氧清除系统及呼吸功能的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验处理
• 1.2 实验方法
• 2 结果与分析
• 2.1 外源CoQ10对盐胁迫下黄瓜根系线粒体结构和功能的影响
• 2.2 外源硅对盐胁迫下黄瓜根系线粒体结构和功能的影响
• 2.3 硅对盐胁迫下黄瓜叶片线粒体活性氧清除系统的影响
• 3 讨论与小结
• 3.1 盐胁迫对根系线粒体膜特性及功能的影响
• 3.2 CoQ10对线粒体呼吸链的保护作用
• 3.3 Si对盐胁迫下黄瓜线粒体的保护作用
• 第六章结论
• 参考文献
• 附录 读博期间发表论文与获奖情况