钙对酸化处理下平邑甜茶根系形态及生理生化特性的影响

论文摘要

由于不合理的农业施肥、环境污染以及酸雨沉降等原因，中国土壤呈现出大规模的酸化。土壤酸化面积已超过国土面积的20%，随着工农业生产的不断发展，其酸化状况逐步恶化。钙是植物生长发育所必需的大量元素，是偶联胞外信号与胞内生理反应的第二信使，在调节植物细胞对逆境反应和逆境适应性过程中发挥着重要作用。本实验以平邑甜茶为试材，通过调节根区营养液的pH，研究根区酸化以及外源钙对其根系形态、生理生化特性的影响，旨在探讨根区酸化对平邑甜茶根系的伤害机理，以及钙在酸化条件下的生理功能及作用机理，为进一步揭示土壤酸化危害植物的机理奠定基础。将平邑甜茶（Malus hupehensis var. pingyiensis）幼苗根系分别置于pH4、pH4.5、pH5和pH6（对照）的1/2Hoagland营养液及3个钙离子浓度梯度(10、20、30mmol·L-1)的pH4、pH4.5和pH5的1/2Hoagland营养液中，于第4、8、12天利用专业版的WinRHIZO2007根系分析软件测定根系各参数指标。将幼苗分2组分别置于pH3、pH4、pH5和pH6（对照）的1/2Hoagland营养液及3个钙离子浓度梯度(10、20、30mmol·L-1)的pH3、pH4和pH5的1/2Hoagland营养液中，于第0、2、3、4天分别测定抗氧化酶活性及线粒体指标。主要研究结果如下：（1）酸化处理下，平邑甜茶幼苗根系的根系总长度、主根长度、侧根长度均显著下降，且随着酸化强度的增加及处理时间的延长，侧根长度下降幅度最大，与主根相比，侧根更易受到酸化抑制。平邑甜茶幼苗根系的分形维数、平均直径、表面积、体积均显著下降，且具有明显的剂量效应，酸化强度越大，下降越明显。平邑甜茶幼苗根系的根系组成发生明显变化，随着酸强度的增加及处理时间的延长，0＜D≤0.5mm细根所占的比例下降，0.5＜D≤1.5mm的中等粗度的根系所占的比例提高，即酸化处理主要抑制了细根的生长，降低了细根所占的比例，影响了根系的组成。（2）酸化处理使得平邑甜茶根系抗氧化酶活性呈现先上升后下降的趋势，各处理的SOD、CAT酶活性在处理的第2天达到最大值，POD酶活性变化不一，pH3与pH4处理在第2天达到最大值，pH5处理在第3天达到最大值。（3）酸化处理促进了MPTP开放，线粒体Δψm不断下降，根系线粒体Cyt c/a降低，H2O2含量先降低后升高，线粒体呼吸Ⅲ态明显下降，呼吸Ⅳ态明显升高，呼吸控制率显著下降，P/O比值下降，酸度越强，伤害越严重。（4）在酸化处理下，低浓度Ca2+(10、20mmol·L-1)缓解不同酸化强度对根系形态构型的抑制，但效果并不显著；高浓度的Ca2+(30mmol·L-1)处理会加重对其根系构型的改变。（5）在酸化处理下，低浓度Ca2+(10、20mmol·L-1)能够明显诱导抗氧化酶（SOD、CAT、POD）的活性，而高浓度的Ca2+(30mmol·L-1)加重了对抗氧化酶（SOD、CAT、POD）的胁迫。（6）与单独酸化处理相比，低浓度的Ca2+(10mmol·L-1和20mmol·L-1)能够抑制MPTP开放，Δψm的下降，Cyt c的流失，线粒体H2O2的积累，线粒体呼吸作用的减弱，而较高浓度的Ca2+(30mmol·L-1)对线粒体功能的破坏与H2O2的积累则有促进作用。

论文目录

• 中英文缩略表
• 中文摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 土壤酸化现状及研究进展
• 1.1.1 土壤对植物的重要性
• 1.1.2 土壤酸化的现状
• 1.1.3 土壤酸化的机理
• 1.1.4 土壤酸化形成的主要影响因素
• 1.1.5 酸化胁迫对植物生长发育的影响
• 1.2 植物根系构型研究进展
• 1.3 钙调节对植物影响的研究进展
• 1.3.1 钙能够提高土壤的 pH 值
• 1.3.2 钙能维持细胞结构和功能的稳定性
• 1.3.3 钙能降低膜脂过氧化程度，提高抗氧化酶活性
• 1.3.4 钙对植物盐胁迫的影响
• 1.3.5 钙对植物抗旱性的影响
• 1.3.6 钙对植物抗寒性的影响
• 1.3.7 钙对植物酸雨胁迫的影响
• 1.4 本研究的目的与意义
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验处理
• 2.2.1 酸化处理
• 2.2.2 钙缓解处理
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 根系形态构型的测定
• 2.3.2 根系抗氧化酶活性的测定
• 2.3.3 根系丙二醛（MDA）含量测定
• 2.3.4 线粒体功能的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 酸化处理对平邑甜茶根系形态构型的影响
• 3.1.1 酸化处理对平邑甜茶幼苗根系总长度、主根及侧根长度的影响
• 3.1.2 酸化处理对平邑甜茶幼苗根系直径、表面积及体积的影响
• 3.1.3 酸化处理对平邑甜茶幼苗根系组成的影响
• 3.1.4 酸化处理对平邑甜茶根系分形维数的影响
• 3.2 酸化处理对平邑甜茶根系抗氧化酶活性及膜脂过氧化的影响
• 3.2.1 酸化处理对平邑甜茶根系 SOD 酶活性的影响
• 3.2.2 酸化处理对平邑甜茶根系 POD 酶活性的影响
• 3.2.3 酸化处理对平邑甜茶根系 CAT 酶活性的影响
• 3.2.4 酸化处理对平邑甜茶根系 MDA 含量的影响
• 3.3 酸化处理对平邑甜茶根系线粒体功能的影响
• 3.3.1 酸化处理对平邑甜茶根系线粒体膜通透性的影响
• 3.3.2 酸化处理对平邑甜茶根系线粒体膜电位（Δψm）的影响
• 3.3.3 酸化处理对平邑甜茶根系线粒体细胞色素 c/a 的影响
• 2O₂含量的影响'>3.3.4 酸化处理对平邑甜茶根系线粒体 H₂O₂含量的影响
• 3.3.5 酸化处理对平邑甜茶根系线粒体呼吸功能的影响
• 3.4 钙对酸化处理下平邑甜茶根系形态构型的影响
• 3.4.1 钙对酸化处理下平邑甜茶幼苗根系总长度、主根及侧根长度的影响
• 3.4.2 钙对酸化处理下平邑甜茶幼苗根系直径、表面积及体积的影响
• 3.4.3 钙对酸化处理下平邑甜茶幼苗根系组成的影响
• 3.4.4 钙对酸化处理下平邑甜茶幼苗根系分形维数的影响
• 3.5 钙对酸化处理平邑甜茶根系抗氧化酶活性及膜脂过氧化的影响
• 3.5.1 钙对酸化处理下平邑甜茶根系 SOD 酶活性的影响
• 3.5.2 钙对酸化处理下平邑甜茶根系 CAT 酶活性的影响
• 3.5.3 钙对酸化处理下平邑甜茶根系 POD 酶活性的影响
• 3.5.4 钙对酸化处理下平邑甜茶根系 MDA 含量的影响
• 3.6 钙对酸化处理下平邑甜茶根系线粒体功能的影响
• 3.6.1 钙对酸化处理下平邑甜茶根系线粒体膜通透性的影响
• 3.6.2 钙对酸化处理下平邑甜茶根系线粒体膜电位（Δψm）的影响
• 3.6.3 钙对酸化处理下平邑甜茶根系线粒体细胞色素 c/a 的影响
• 3.6.4 钙对酸化处理下平邑甜茶根系线粒体 H2O2含量的影响
• 3.6.5 钙对酸化处理下平邑甜茶根系线粒体呼吸功能的影响
• 4 讨论
• 4.1 酸化处理下平邑甜茶的根构型
• 4.2 酸化处理下平邑甜茶根系线粒体的功能
• 4.3 钙对酸化处理下平邑甜茶根构型的作用
• 4.4 钙对酸化处理下平邑甜茶根系线粒体功能的影响
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表和投寄的论文