外源SA对铝胁迫下菊芋(Helianthus tuberosus)的调控机制研究

摘要

目前，酸性红壤中制约作物生长的重要因素之一是铝胁迫。菊芋被联合国粮农组织官员称为“21世纪人畜共用作物”，菊芋块茎的主要成分菊粉是微生物发酵生产乙醇和油脂的良好糖源。在南方酸性土壤推广种植菊芋，不可忽视铝胁迫对其生长的影响。因此，本实验利用砂培和土培法，探究菊芋的耐铝机理和外源水杨酸对铝胁迫下菊芋的调控机制。实验材料是从10个不同地区菊芋中筛选出的耐铝型南京菊芋和铝敏感型资阳菊芋，研究不同浓度外源水杨酸(Salicylic acid，SA)对铝胁迫下菊芋的抗氧化系统和根系分泌特性的影响。探讨外源水杨酸缓解菊芋铝胁迫的作用机理，为菊芋的耐铝机制的深入研究提供理论基础，研究菊芋的耐铝机理不仅为培育耐铝菊芋提供重要的理论依据，而且对菊芋的耐铝性鉴定也为选育红壤中抗铝耐铝菊芋品种以及对提高菊芋产量等方面产生了积极的意义。主要研究结果如下:
　　1.铝敏感型菊芋和耐铝型菊芋的筛选:经500μmol/L Al3+溶液处理7d后，10个不同地区菊芋幼苗根系伸长均受到不同程度的抑制，其中南京、沭阳和金华菊芋所受抑制程度较低，根相对伸长率依次为98.81％，96.24％和94.62％，明显高于其他地区菊芋，而滨州和资阳菊芋幼苗根系伸长受到明显的抑制，相对伸长率分别为83.54％和75.21％，并且以资阳菊芋幼苗根系受抑制程度最为显著(P＜0.05）。结果表明南京菊芋对铝的耐受性最强，资阳菊芋对铝胁迫最敏感，所以最终选择南京菊芋（铝耐受型）和资阳菊芋（铝敏感型）作为本实验的研究材料。
　　2.外源水杨酸对铝胁迫下菊芋抗氧化系统的影响:经过500μmol/L Al3+溶液处理7d后，南京菊芋叶片中SOD、CAT活性均高于对照组，而资阳菊芋叶片的SOD、CAT活性均低于对照组，出现了2种相反的变化趋势，这显示出了两种菊芋的耐铝性差异，不同浓度外源水杨酸的加入使两个菊芋叶片中SOD、CAT活性都有了较为明显的升高。两个菊芋叶片中POD活性在铝胁迫下都显著下降，但其活性又随着不同浓度外源水杨酸的加入而逐渐升高，但均低于对照组。抗坏血酸过氧化物酶APX活性在南京菊芋叶片中在铝处理及外源水杨酸处理下活性均显著性上升，而在资阳菊芋中，单铝处理时与对照组相比APX活性有所下降，但其活性随着外源水杨酸的加入有所提升。铝胁迫使两个菊芋叶片中MDA含量升高，不同浓度外源SA的加入使菊芋中MDA含量有所回落，而且MDA含量随着水杨酸浓度的升高依次降低。两个菊芋叶片中可溶性糖含量在单铝处理下不断增大，但其含量随着外源水杨酸的加入下降明显。由此可知，外源SA通过提高菊芋抗氧化酶活性同时降低MDA和可溶性糖含量来增强菊芋抗铝毒能力。
　　3.外源水杨酸对铝胁迫下菊芋根系分泌特性的影响:单铝胁迫使南京菊芋和资阳菊芋根系脯氨酸含量显著性升高，加入外源水杨酸后脯氨酸含量在两个菊芋中均显著性下降。南京菊芋和资阳菊芋中菊芋根系分泌物中柠檬酸、草酸、苹果酸的含量在单铝胁迫下都增大明显，并且柠檬酸的含量要远高于草酸和苹果酸的含量，柠檬酸合酶和苹果酸脱氢酶活性在单铝胁迫也都增大，但单铝胁迫却使总氨基酸含量减少，单铝胁迫提升资阳菊芋体内水杨酸含量却降低南京菊芋中水杨酸含量。不同浓度外源SA的加入，两个菊芋内柠檬酸、草酸、苹果酸含量都得到了提高，菊芋体内柠檬酸合酶和苹果酸脱氢酶活性也都有增大，所以，外源SA可以影响菊芋的有机酸代谢，促使菊芋分泌更多的有机酸来缓解铝胁迫。

目录

论文说明

摘要

1 文献综述

1．1 酸性土壤和铝毒害研究现状

1．2 植物耐铝机制

1．3 水杨酸的作用

1．4 能源植物菊芋

1．5 研究目的及意义

2 菊芋耐铝型和铝敏感型的筛选

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验方法

2．1．3 数据处理

2．2 结果与分析

2．3 讨论

3 外源水杨酸对铝胁迫下菊芋抗氧化系统的影晌

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验设计

3．1．3 实验方法

3．2 结果与分析

3．2．1 外源水杨酸对铝胁迫下菊芋超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

3．2．2 外源水杨酸对铝胁迫下菊芋过氧化氢酶(CAT)活性的影响

3．2．3 外源水杨酸对铝胁迫下菊芋过氧化物酶(POD)活性的影晌

3．2．4 外源水杨酸对铝胁迫下菊芋抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的影响

3．2．5 外源水杨酸对铝胁迫下菊芋丙二醛(MDA)含量的影响

3．2．6 外源水杨酸对铝胁迫下菊芋可溶性糖含量的影响

3．3 讨论

4 外源SA对铝胁迫下菊芋幼苗根系分泌特性的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验方法

4．2 结果与分析

4．2．1 外源SA对铝胁迫下菊芋根系分泌物中脯氨酸含量的影响

4．2．2 外源SA对铝胁迫下菊芋根系分泌物中柠檬酸含量的影响

4．2．3 外源SA对铝胁迫下菊芋根系分泌物中草酸含量的影响

4．2．4 外源SA对铝胁迫下菊芋根系分泌物中苹果酸含量的影响

4．2．5 外源SA对铝胁迫下菊芋根系分泌物中氨基酸含量的影响

4．2．6 外源SA对铝胁迫菊芋柠檬酸合酶及苹果酸脱氢酶活性的影响

4．2．7 外源SA对铝胁迫菊芋体内SA含量的影响

4．3 讨论

5 研究总结

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果

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