耕地土壤模拟酸化对景天三七形态结构及逆境应答的影响

摘要

景天三七（Sedum aizoon L.），别名养心菜，景天科景天属多年生草本植物，是一种具有绿色保健等经济价值的野生蔬菜。结合我国超过40％耕地土壤酸化的实际情况，本试验通过模拟土壤酸化探究景天三七抵抗土壤酸胁迫的机理，通过试验得出了以下结论:
　　(1)土壤酸化对土壤氮磷钾的含量具有显著影响，在土壤pH6.6-7.4范围内，氮磷钾含量较为均衡，随着土壤pH降低(5.5、4.6、3.4)，与CK(pH6.6)相比速效氮降低62.9％、84％、88％;速效磷降低18.4％、49.7％、65.1％;速效钾增加16％、18.8％、32.6％，表现为氮、磷含量降低，钾含量升高，土壤氮磷钾含量失衡;在土壤pH低于4.6以后，土壤中的活性铝溶出量由CK的0.53mg/kg急剧增加至22.92mg/kg，在土壤酸胁迫的过程中开始伴随着铝毒害作用。
　　(2)景天三七在土壤酸胁迫中表现出了较强的抗逆性，可以在土壤pH4.6-7.4范围内生长，在CK土壤中长势最为良好，随着土壤pH降低，地上部干鲜重增加逐渐受到抑制，根系的生长则表现为轻度胁迫(pH5.5)促进，中度(pH4.6)和重度胁迫(pH3.4)抑制的趋势;在土壤pH低于4.6以后，重度土壤酸胁迫会对根系的生长造成严重损伤并导致其死亡。
　　(3)叶片的超显微结构显示，在CK土壤中生长的植株，叶绿体呈椭圆状，沿细胞膜均匀分布，结构功能正常。土壤pH低于4.6后，叶绿体不再沿细胞膜均匀分布，在细胞质中以聚堆的形式出现，部分叶绿体呈王见出不规则球形，基粒片层产生明显间隙，部分内囊体膜模糊不清，嗜锇颗粒明显增大，同时产生了大量体积较大的淀粉粒。
　　(4)根系的超显微结构变化与叶片相一致，在土壤pH5.5-7.4范围内根系细胞的质体和线粒体结构完好，呈圆形或椭圆形，核膜结构完整清晰可见。土壤pH低于4.6以后，土壤酸胁迫会对根系细胞内的线粒体、细胞核膜、质体造成严重的损伤，导致其出现损伤、肿胀、变形、溃败等现象，造成根系的死亡。
　　(5)在上壤pH4.6-7.4范围内，可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸在景天三七受到土壤酸胁迫时，会在植株体内大量积累，维持细胞内外渗透势平衡，保证细胞功能的正常进行。土壤pH低于4.6以后，根系MDA含量显著高于CK59.7％，三种渗透调节物质含量显著降低，膜质过氧化程度超过渗透调节极限，对根系细胞造成严重损伤。叶片虽然在重度胁迫后期可溶性糖和游离脯氨酸含量比CK显著降低43.4％、32.5％，但可溶性蛋白的含量却显著高于CK154.6％，在一定程度上缓解了叶片受到的胁迫伤害。
　　(6)SOD、CAT、APX、GR等抗氧化酶，在清除土壤酸胁迫下植株体内产生的ROS上发挥了积极作用。在土壤pH4.6-7.4的范围内可以很好的调节ROS的产生与清除，缓解植株受到的胁迫危害。土壤pH低于4.6以后，随着膜质过氧化加剧，相关酶的活性出现剧烈变化，无法及时清除大量产生的ROS，植株的生长随即受到严重影响。
　　(7)在土壤pH4.6-7.4的范围内，随着胁迫时间的延长，景天三七总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b含量呈增加趋势，轻度和中度土壤酸胁迫会对叶绿素的积累产生一定抑制效果，但对光合无显著影响。土壤pH低于4.6以后，Fo、Fv/Fm、Fm、qP、ΦPSⅡ显著降低，NPQ显著升高，PSⅡ反应中心遭到破坏或可逆失活，光能转化效率降低，光合电子传递活性受到抑制，产生大量过剩光能，导致叶绿素降解，Pn、Gs、Tr、Ci严重下降，Ls显著升高，植株的光合能力遭到破坏。

目录

声明

摘要

缩略词表

第一章前言

第二章文献综述

2．2．2矿质营养元素的淋失

2．2．3重金属元素的活化

2．2．4土壤微生物活性受到影响

2．3土壤酸化对植物生长的影响

2．3．1对植物根系生长的影响

2．3．2对植物地上部生长的影响

2．3．3对细胞器结构的影晌

2．3．4对植物光合作用的影响

2．4土壤酸胁迫下的植物逆境应答机制

2．4．1根系分泌物

2．4．2渗透调节物质

2．4．3酶保护系统

2．4．4抗坏血酸-谷胱甘肽循环(ASA-GSH循环)

2．4．5相关抗性基因的表达

2．5研究目的及意义

2．6试验的创新之处

第三章材料与方法

3．1试验材料

3．1．1土壤材料

3．1．2植物材料

3．2试验方法

3．2．1土壤模拟酸化

3．2．2试验设计

3．3指标测定

3．3．1土壤背景值测定

3．3．2土壤pH测定

3．3．7抗坏血酸-谷胱甘肽循环(ASA-GSH)相关酶测定

3．3．8叶绿素含量的测定

3．3．9光合参数和叶绿素荧光参数测定

3．3．10根系及叶片超微结构的观察

3．4数据处理

第四章结果与分析

4．1土壤酸化处理对土壤质量的影响

4．1．1栽种前后土壤pH的变化

4．1．2土壤酸化对于土壤中铝离子释放的影响

4．1．3土壤酸化对土壤中营养元素含量的影响

4．2土壤酸胁迫对景天三七生长的影响

4．2．1土壤酸胁迫对景天三七的致死率

4．2．2对景天三七株高、根长、茎粗、叶厚的影响

4．2．3对景天三七地上部地和下部干鲜重的影响

4．2．4对景天三七根冠比的影响

4．3土壤酸胁迫对景天三七叶片超微结构的影响

4．3．3对景天三七叶绿体内嗜锇颗粒的影响

4．3．4对景天三七叶绿体基粒的影响

4．4土壤酸胁迫对景天三七根系形态结构及活力的影响

4．4．1对景天三七根系细胞超微结构的影响

4．4．2对景天三七根系活力的影响

4．5土壤酸胁迫对景天三七渗透调节功能的影响

4．5．1对根系和叶片相对电导率的影响

4．5．2对根系和叶片可溶性糖含量的影响

4．5．3对根系和叶片游离脯氨酸含量的影响

4．5．4对根系和叶片可溶性蛋白含量的影响

4．5．5对根系和叶片MDA含量的影响

4．6土壤酸胁迫对景天三七抗氧化酶活性的影响

4．6．2对根系和叶片CAT活性的影响

4．7土壤酸胁迫对景天三七ASA-GSH循环相关酶活性的影响

4．7．2对根系和叶片谷胱甘肽还原酶GR活性的影响

4．8土壤酸胁迫对景天三七光合及叶绿素荧光的影响

4．8．1对叶片总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b含量的影响

4．8．2对景天三七光合能力的影响

4．8．3对景天三七荧光参数的影响

第五章讨论

5．2．1土壤酸胁迫与景天三七生长的关系

5．2．2土壤酸胁迫下的渗透调节机制

5．2．3土壤酸胁迫下的酶保护系统

5．2．4土壤酸胁迫下的光合应答

第六章结论

参考文献

致谢

附录

作者简历