菊芋种质耐盐碱性筛选及生理生化响应

摘要

土壤盐渍化已经成为全球性的问题，土壤盐化和碱化往往同时发生，对生态环境的破坏力更大。土壤盐碱化严重影响作物的生长并引起植物产量的降低，菊芋(Helianthus tuberosus L.)菊科，向日葵属，原产北美，现在也广泛分布在温带。菊芋适应性强、耐盐碱、生物产量高，是一种很有前途的生物能源材料。为探讨菊芋对盐碱胁迫的生理生化响应，本试验使用两种中性盐(NaCl、Na2SO4)和两种碱性盐(Na2CO3、 NaHCO3)按5∶23∶9∶5摩尔比模拟盐碱胁迫，筛选苗期菊芋耐盐性品种，然后以强耐盐碱性的菊芋ZH-2和中等耐盐碱的ZH-5两份种质为材料，分析盐碱胁迫下，不同菊芋种质资源在渗透调节、抗氧化酶活性、Na+、K+吸收与分配、荧光参数等方面的变化情况，并结合差异蛋白质组学技术和方法，检测盐碱胁迫下叶片蛋白的变化，探明菊芋苗期对盐碱胁迫的生理生化响应，为菊芋抗盐碱育种及资源利用提供理论依据。所得主要结果如下:
　　(1)盐碱胁迫处理下，4份菊芋材料的地上、地下、全株鲜重整体上呈下降趋势，且Y150(150mmol·L-1)浓度下各材料与对照间的差异最大，是耐盐碱筛选的适宜浓度。Y150可以作为菊芋幼苗耐盐碱筛选的胁迫强度。
　　(2)16份菊芋种质资源按耐碱性强弱分为四大类:菊芋ZH-2、ZH-3为强耐盐碱材料，菊芋ZH-4、太阳岛和庆芋001是耐盐碱材料，菊芋ZH-5、ZH-6等10份材料为中等耐盐碱资源，菊芋ZH-9是盐碱敏感材料。
　　(3)胁迫的第14d、21d，菊芋ZH-2叶绿素含量增加，菊芋ZH-5叶绿素含量显著低于对照(p＜0.05)。盐碱胁迫显著降低了ZH-5叶片Fv/Fm， Fv'/Fm，Fv/Fo和ΦPSⅡ值(p＜0.05)，与ZH-5相比，ZH-2能在第7d、21d保持ΦPSⅡ稳定，并且叶片Fv/Fm， Fv'/Fm'，Fv/Fo值与对照间无显著差异。盐碱胁迫7d后，ZH-5叶片NPQ值小于对照，而ZH-2叶片NPQ高于对照，在胁迫第14d、21d，ZH-5叶片NPQ值显著高于对照(p＜0.05)，ZH-2与对照无显著差异。
　　(4)盐碱胁迫使菊芋ZH-2和ZH-5根、茎中Na+的含量增加，ZH-2根中积累了更多的Na+含量，在胁迫的第7d、14d茎中ZH-2 Na+含量显著高于对照(P＜0.05)，叶片Na+含量与对照间差异不显著。盐碱胁迫显著降低了ZH-5根茎中的K+含量，ZH-2在胁迫的第7d、14d根茎中K+含量均显著高于对照(p＜0.05)。盐碱胁迫第7d，ZH-5叶片中K+含量显著高于对照(p＜0.05)，胁迫的第14d、21dK+含量显著小于对照(p＜0.05)。在胁迫的第14d、21d，ZH-2叶片脯氨酸含量与对照间存在显著差异，ZH-5在胁迫的第7d、21d与对照间存在显著差异(p＜0.05)。
　　(5)胁迫7d后，菊芋ZH-2叶片POD、SOD、CAT活性均高于对照，菊芋ZH-5除SOD活性外，POD和CAT活性均显著小于对照(p＜0.05)。在胁迫第14d，ZH-5叶片POD、CAT活性均显著小于对照(p＜0.05)，胁迫21d后，菊芋ZH-2叶片中CAT、SOD与对照间无显著差异，而菊芋ZH-5叶片SOD、POD和CAT活性显著高于对照(p＜0.05)。
　　(6)胁迫7d，提取叶片总蛋白进行双向电泳，共发现了22个差异蛋白点，经质谱鉴定，按功能可以分为5类:光合作用，代谢水平，信号转导，抗性相关，功能未知蛋白。其中鉴定出3个的表达量上调的差异蛋白点，与光合作用相关和信号转导相关的，其中还有一个是未知功能蛋白点。菊芋5号叶片中鉴定出的蛋白点的表达量大多是下调的。
　　综上，4种盐按摩尔比5∶23∶9∶5比例总盐浓度为Y150(150mmol·L-1)可以作为菊芋耐盐碱筛选的胁迫强度，地上鲜重，植株干重和SOD等指标可以作为大量筛选菊芋幼苗耐盐碱的参数。随胁迫时间的延长，菊芋ZH-2叶绿素含量提高，叶片Fv/Fm，Fv'/Fm，Fv/Fo和ΦPSⅡ值影响较小，将有害的Na+主要集中在根茎中，保持一定的渗透压，减少对叶片的损害，并且提高了NPQ值减少多余光能对光合器官的损伤，同时，在胁迫第7d，叶片SOD、CAT和POD活性高于对照，检测胁迫第7d的叶片蛋白，发现22个差异蛋白点。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究的目的与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 土壤盐碱化的概述

1．2．2 土壤盐碱化的危害

1．2．3 盐碱化土壤的防治

1．2．4 盐碱胁迫下植物的生理学研究

1．2．5 盐碱胁迫下植物的分子学研究

1．2．6 菊芋耐盐碱胁迫研究

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．2 试验仪器与药品

2．2．1 化学试剂

2．2．2 仪器设备

2．3 试验设计

2．3．1 最适盐碱胁迫筛选浓度的确定

2．3．2 16份菊芋种质资源耐盐碱筛选和综合鉴定

2．3．3 盐碱胁迫下菊芋幼苗的生理生化变化及差异蛋白质组学分析

2．4 测定项目和方法

2．4．1 菊芋形态指标和生理指标的测定

2．4．2 菊芋荧光参数的测定

2．4．3 菊芋叶片差异蛋白的分析

2．5 数据分析

3 结果与分析

3．1 耐盐碱筛选压的确定

3．2 16份菊芋材料耐盐碱性比较

3．2．1 盐碱胁迫对16份菊芋幼苗生长指标的影响

3．2．2 盐碱胁迫对16份菊芋生理指标的影响

3．2．3 盐碱胁迫下16份菊芋材料各指标的相关分析及主成分分析

3．2．4 碱胁迫下16份菊芋材料的模糊隶属函数的耐盐碱性评价

3．2．5 16份菊芋耐盐碱性聚类分析

3．3 盐碱胁迫下不同的菊芋响应盐碱胁迫的生理生化变化

3．3．1 盐碱胁迫对菊芋叶绿素含量的影响

3．3．2 盐碱胁迫对菊芋荧光参数的影响

3．3．3 盐碱胁迫对菊芋离子吸收和分布的影响

3．3．4 盐碱胁迫下菊芋叶片抗氧化酶活性的变化

3．3．5 盐碱胁迫下菊芋叶片脯氨酸含量的改变

3．4 耐盐胁迫下叶片差异蛋白分析

3．4．1 盐碱胁迫下菊芋菊芋双向电泳图谱比较

3．4．2 盐碱胁迫下菊芋叶片差异蛋白质质谱鉴定

4 讨论

4．1 关于最适盐碱胁迫筛选浓度及筛选指标的确定

4．2 盐碱胁迫下16份菊芋材料生长和生理指标的变化

4．3 两种耐盐碱能力不同的菊芋对盐碱胁迫的响应

4．3．1 菊芋叶片叶绿素含量变化

4．3．2 盐碱胁迫对菊芋叶片荧光参数的影响

4．3．3 菊芋离子的吸收和分布

4．3．4 菊芋抗氧化酶活性的变化

4．3．5 菊芋叶片脯氨酸含量的变化

4．4 盐碱胁迫下菊芋叶片差异蛋白质组的分析

4．4．1 盐碱胁迫下与光合作用相关蛋白分析

4．4．2 盐碱胁迫下与代谢相关蛋白的分析

4．4．3 盐碱胁迫下与抗性和能量合成相关蛋白分析

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文