不同钾效率基因型西瓜幼苗响应缺钾的生理机制研究

摘要

钾是植物生长所必需的大量元素之一。我国钾矿资源日益短缺，而农业生产中对钾肥的需求量日益增大，这一矛盾已经成为限制农业生产进一步发展的重要因素之一。西瓜是重要的园艺作物，其整个生长发育的过程中对钾的需求量很大。本研究以课题组前期筛选出的两个钾效率不同的西瓜品种(野生西瓜勇士和栽培西瓜早佳8424)为实验材料，通过短期(6h)和长期(120h)缺钾处理，旨在比较不同钾效率基因型西瓜幼苗响应缺钾的生理机制。本研究以正常钾处理(3mM)作为对照。主要研究内容和结果如下:
　　1.研究缺钾对不同基因型西瓜幼苗生长和生理特性的影响。结果表明，长期缺钾使早佳8424地上部干重、根系干重、根系形态参数、根系活力、叶面积以及叶绿素含量等跟对照相比差异显著。缺钾显著抑制了早佳8424西瓜幼苗的生长，而勇士受缺钾的影响并不明显。
　　2.研究缺钾对植株矿质营养（K+、Ca+、Mg2+浓度）以及编码西瓜钾离子通道基因Cla012281和高亲和性钾转运体基因Cla02760表达量的影响，并对两种材料根系钾吸收动力学参数进行了分析。结果表明勇士具有更好的利用Ca2+和Mg2+来代替K+的能力，同时勇士具有更高的基因Cla012281和Cla02760表达量以及对根际K+的亲和能力，具有较高的钾吸收。
　　3.研究缺钾对不同基因型西瓜幼苗激素(IAA、GA3、ZR、ABA、ETH)含量的影响。结果表明长期缺钾后，早佳8424植株与促进植物生长相关的激素(IAA、GA3)含量显著下降，与加速衰老相关的激素(ABA、ETH)含量显著升高。勇士根系中ZR含量显著升高。缺钾同时还引起了IAA/ABA、GA3/ABA、ZR/ABA的比值下降，但早佳8424地上部和地下部激素下降的幅度要远远高于勇士。
　　4.研究缺钾下，不同基因型西瓜幼苗H2O2产生以及清除系统的变化。结果表明，长期缺钾使早佳8424植株中H2O2和MDA的含量显著升高，在抗氧化物质(AsA、GSH)的含量上，勇士大幅增加，而早佳8424增加幅度很小。在抗氧化酶活性上，勇士跟对照相比，除APX、GR有明显升高之外，其余变化不大，早佳8424整体增加幅度很小。
　　以上试验结果表明，缺钾明显抑制了早佳8424的生长，早佳8424对缺钾比较敏感。勇士受缺钾影响较小，同时具有较大的根系体积，更好的离子替代能力，以及对根际K+的亲和力，这些是勇士具有更好的钾吸收和利用效率的表现，这些都将有利于勇士对低钾环境更好的适应。在缺钾下，勇士体内激素的平衡稳态受破坏程度很小，这对于维持植株正常的生理代谢十分有利。另外，勇士自身具有高效的活性氧清除机制，在外界环境中缺钾时，可以及时清除体内多余的活性氧，使植物少受膜脂过氧化伤害，这也是勇士对缺钾耐受性强的一个表现。

目录

声明

摘要

缩略词表

1 前言

1．1 课题的提出

1．2 国内外研究进展

1．2．1 植物钾效率的基因型差异

1．2．2 低钾胁迫对植物生长发育的影响

1．2．3 低钾胁迫对植物钾吸收利用的影响

1．2．4 低钾胁迫对植物内源激素含量的影响

1．2．5 低钾胁迫对植物活性氧产生与清除系统的影响

1．3 本课题的研究意义和内容

1．3．1 研究意义

1．3．2 研究内容

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．2 试验方法

2．2．1 材料培育

2．2．2 缺钾处理

2．3 试验设计

2．3．1 缺钾对不同基因型西瓜幼苗生长的影响

2．3．2 缺钾对不同基因型西瓜幼苗钾吸收利用的影响

2．3．3 缺钾对不同基因型西瓜幼苗内源激素含量的影响

2．3．4 缺钾对不同基因型西瓜幼苗H2O2产生和抗氧化系统的影响

2．4 测定方法

2．4．1 植株形态指标的测定

2．4．2 离子含量的测定

2．4．3 与钾吸收相关重要基因的表达分析

2．4．4 根系活力的测定

2．4．5 叶绿素含量的测定

2．4．6 植物内源激素含量的测定

2．4．7 H2O2组织化学染色

2．4．8 H2O2含量的测定

2．4．9 MDA含量的测定

2．4．10 抗氧化关键酶活性的测定

2．4．11 抗氧化物质含量的测定

2．5 数据分析

3．结果与分析

3．1 缺钾对不同基因型西瓜幼苗生长的影响

3．2 缺钾对不同基因型西瓜幼苗钾吸收利用的影响

3．2．1 缺钾对不同基因型西瓜幼苗离子浓度的影响

3．2．2 缺钾对不同基因型西瓜幼苗钾吸收动力学参数的影响

3．2．3 缺钾对不同基因型西瓜幼苗根系中与钾吸收密切相关基因相对表达量的影响

3．3 缺钾对不同基因型西瓜幼苗植物内源激素含量的影响

3．3．1 缺钾对不同基因型西瓜幼苗IAA含量的影响

3．3．2 缺钾对不同基因型西瓜幼苗GA3含量的影响

3．3．3 缺钾对不同基因型西瓜幼苗ZR含量的影响

3．3．4 缺钾对不同基因型西瓜幼苗ABA含量的影响

3．3．5 缺钾对不同基因型西瓜幼苗ETH含量的影响

3．3．6 缺钾对不同基因型西瓜幼苗IAA／ABA、GA3／ABA、ZR／ABA的影响

3．4 缺钾对不同基因型西瓜幼苗H2O2产生和抗氧化系统的影响

3．4．1 缺钾对不同基因型西瓜幼苗H2O2含量的影晌

3．4．2 缺钾对不同基因型西瓜幼苗MDA含量的影响

3．4．3 缺钾对不同基因型西瓜幼苗SOD、POD、CAT活性的影响

3．4．4 缺钾对不同基因型西瓜幼苗APX、GR、MDAR活性的影响

3．4．5 缺钾对不同基因型西瓜幼苗AsA、DHA含量、AsA／DHA的影响

3．4．6 缺钾对不同基因型西瓜幼苗GSH、GSSG含量、GSH／GSSG的影响

4 讨论

4．1 缺钾对不同基因型西瓜幼苗生长的影响

4．2 缺钾对不同基因型西瓜幼苗钾吸收利用的影响

4．3 缺钾对不同基因型西瓜幼苗内源激素含量的影响

4．4 缺钾对不同基因型西瓜幼苗抗氧化系统的影响

5 全文总结

参考文献

附录

致谢