何袁　王嘉遠(yuǎn)　鄭瑤瑤

一、選題背景和意義

鋁是土壤中豐度僅次于氧和硅而居第3位的元素，全球土壤中鋁元素豐度為7.1%，我國(guó)為6.62%。它通常以難溶性的硅酸或氧化鋁形式存在，生物可利用性很小。在近中性的土壤中，鋁不會(huì)對(duì)植物造成傷害，但在酸性條件下（pH<5）可溶性的鋁離子迅速增加，可溶性鋁會(huì)從土壤中析出，對(duì)大多數(shù)植物產(chǎn)生毒害。

我國(guó)酸性土壤分布很廣，遍及14個(gè)省區(qū)，總面積達(dá)203萬(wàn)km2，約占全國(guó)耕地面積的21%，并且分布面積在不斷擴(kuò)大。隨著污水處理的污泥以改良肥料被用于農(nóng)田施肥，更使土壤中活性鋁的含量增高，因此鋁毒害已成為酸性土壤中抑制作物生長(zhǎng)和導(dǎo)致作物減產(chǎn)和品質(zhì)下降的主要因素之一。

玉米是我國(guó)的重要糧食作物，它的產(chǎn)量高低直接影響我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。有研究表明，鋁毒害是酸性土壤上作物生長(zhǎng)最主要的限制因子，可導(dǎo)致40%耕地上的作物減產(chǎn)。而我國(guó)有占全部播種面積30%左右的玉米生長(zhǎng)在酸性土壤上。因此，以了提高玉米產(chǎn)量，在玉米生產(chǎn)中對(duì)鋁脅迫的防治研究具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

水楊酸（SA）是一種簡(jiǎn)單的酚類(lèi)化合物，廣泛存在于植物體內(nèi)，為植物對(duì)逆境反應(yīng)的信號(hào)傳導(dǎo)分子，能夠誘導(dǎo)病程相關(guān)蛋白（PR）基因表達(dá)，引發(fā)產(chǎn)生系統(tǒng)獲得性抗性（SAR）。已有大量的研究表明，水楊酸（SA）能夠調(diào)節(jié)植物許多抗逆生理過(guò)程。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)

最早據(jù)楊志敏等報(bào)道，鋁脅迫刺激決明子內(nèi)源SA含量改變，而外施SA能促使決明子分泌有機(jī)酸，增加該植物對(duì)鋁的耐性（主要表現(xiàn)為緩解根系生長(zhǎng)的受抑制程度）。

汪瑾等發(fā)現(xiàn)，加入外源SA能調(diào)節(jié)A1誘導(dǎo)的C. tora根系檸檬酸的分泌，這種調(diào)節(jié)作用依賴于濃度變化，最適宜濃度為5μmol/L。同時(shí)他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出在Al脅迫下，用5μmol/LSA就能改善Al對(duì)質(zhì)膜的傷害，表現(xiàn)為MDA含量下降、質(zhì)膜透性減小，同時(shí)O2-，H2O2含量下降，說(shuō)明外源SA能夠減輕A1對(duì)C. tora根尖細(xì)胞的氧化損傷。

劉寧等研究發(fā)現(xiàn)A1脅迫下大豆根伸長(zhǎng)速率對(duì)外源SA濃度存在“低促高抑”效應(yīng)及低濃度10μmol/LSA緩解A1抑制大豆根伸長(zhǎng)的效果最明顯。并且外源SA能降低A1在大豆根尖中的積累。

周媛等發(fā)現(xiàn)鋁脅迫增強(qiáng)了根系木質(zhì)素合成相關(guān)酶的活性，使根系細(xì)胞壁彈性降低，進(jìn)而抑制了根系的伸長(zhǎng)和側(cè)根生長(zhǎng)，外源SA的添加降低了GPX，CAT和PAL的活性，恢復(fù)了細(xì)胞壁的彈性，從而解除了鋁脅迫對(duì)括樓根系伸長(zhǎng)的抑制。

綜上所述，當(dāng)SA被用于緩解植物鋁脅迫時(shí)，能收到明顯效果。且SA由于具有高效、低成本、無(wú)毒、無(wú)殘留等特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景廣闊。本研究擬從決明子、大豆、栝樓這三種在外源SA對(duì)其耐鋁機(jī)制有一定研究基礎(chǔ)的物種上吸取經(jīng)驗(yàn)，對(duì)在這方面并沒(méi)有相關(guān)報(bào)道的玉米上進(jìn)行外源SA對(duì)其生長(zhǎng)及光合作用的影響機(jī)制的探索。

三、擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題

關(guān)鍵問(wèn)題：

1、玉米耐鋁型品種與敏感型品種的篩選；

2、鋁脅迫下玉米生理生長(zhǎng)及光合特性分析；

3、外源SA對(duì)鋁脅迫下玉米生理生長(zhǎng)及光合特性的影響機(jī)制。

四、研究方法與技術(shù)路線

1、研究方法

1.1 玉米耐鋁性品種與敏感型品種的篩選

1.1.1實(shí)驗(yàn)材料

以浦江、南京、淄陽(yáng)、金華、溫州、嘉興、沭陽(yáng)、武義、唐山、濱州玉米種植基地共10個(gè)品種種子為實(shí)驗(yàn)材料。

1.1.2篩選方法

選擇大小一致、圓潤(rùn)飽滿的玉米種子，經(jīng)常規(guī)方法浸種、消毒和催芽，將萌發(fā)狀況良好的玉米種子進(jìn)行沙培。等長(zhǎng)到7～8cm左右時(shí)，再選擇生長(zhǎng)良好、長(zhǎng)勢(shì)一致的植株轉(zhuǎn)入塑料桶中，進(jìn)行水培。先用完全營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)3天，使其適應(yīng)。營(yíng)養(yǎng)液參照Yoshida的配方[13]配制。進(jìn)行不同濃度梯度的Al處理（Al3+以AlCl3.6H2O形式提供），所用濃度通過(guò)前期大量預(yù)實(shí)驗(yàn)獲得。每天調(diào)pH為4.5，3d換一次處理液。處理3d、6d后用掃描儀（Canoscan 4400F）測(cè)定幼苗根長(zhǎng)，根系分析軟件（WinRHIZO）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，按照公式：根相對(duì)伸長(zhǎng)率=（有鋁處理的根伸長(zhǎng)量/無(wú)鋁處理的根伸長(zhǎng)量） ×100%，計(jì)算根的相對(duì)伸長(zhǎng)率。

1.2 鋁脅迫下玉米生長(zhǎng)生理生長(zhǎng)及光合特性分析

1.2.1實(shí)驗(yàn)材料及處理

以1.1.2中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出的耐鋁型和敏感型品種2個(gè)品種為實(shí)驗(yàn)材料。

處理方式與1.1.2中相同，而測(cè)定的指標(biāo)與1.1.2中不同。Al處理15天后測(cè)定每株苗的根長(zhǎng)，株高，地上部鮮重，葉綠素含量、葉綠素?zé)晒馓匦浴⒖寡趸富钚约肮夂纤俾省?/p>

1.2.2測(cè)定方法

1.2.2.1生理指標(biāo)測(cè)定

根長(zhǎng)、株高用直尺直接進(jìn)行測(cè)量；地上部鮮重，用電子天平測(cè)量。

1.2.2.2葉綠素?zé)晒馓匦缘臏y(cè)定

葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定采用德國(guó)生產(chǎn)的便攜式脈沖調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x（PAM-210，Walz）。測(cè)定參照Ralph[14]的方法。

1.2.2.3葉綠素含量的測(cè)定

將純丙酮和無(wú)水乙醇按2：1配成混合提取液，取葉片精密稱取0.2g，剪成寬度小于1mm的細(xì)絲，放入盛有10ml提取液的具塞試管中，常溫黑暗條件下直接浸提，直至肉眼觀察葉片完全變白，定容至20 ml。取液體適當(dāng)稀釋后，在663nm，645nm波長(zhǎng)下比色，測(cè)定吸光度。

1.2.2.4抗氧化酶活性的測(cè)定

丙二醛（MDA）含量的測(cè)定采用硫代巴比妥法。過(guò)氧化物酶（ POD）活性測(cè)定用愈創(chuàng)木酚法。超氧化物岐化酶（SOD）活性的測(cè)定采用NBT光化還原法。過(guò)氧化氫酶（CAT）活性的測(cè)定采用Na2S2O3滴定法。紫外吸收物含量的測(cè)定按Mirechi和Teramura方法進(jìn)行]。

1.2.2.5光合速率的測(cè)定

使用便攜式光合速率測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，方法參考楊明等測(cè)定葡萄葉片光合速率的方法[19]。

1.3 外源SA對(duì)鋁脅迫下玉米生理生長(zhǎng)及光合特性的影響機(jī)制

1.3.1實(shí)驗(yàn)材料及處理

以1.1.2中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出的耐鋁型和敏感型品種2個(gè)品種為實(shí)驗(yàn)材料，取經(jīng)鋁處理過(guò)的玉米幼苗。

采用4個(gè)實(shí)驗(yàn)組：A1無(wú)鋁無(wú)水楊酸（空白對(duì)照）；A2無(wú)鋁有水楊酸（陰性對(duì)照）；A3有鋁無(wú)水楊酸（陽(yáng)性對(duì)照）；A4有鋁有水楊酸，水楊酸的濃度經(jīng)前期大量預(yù)實(shí)驗(yàn)獲得。處理一段時(shí)間后測(cè)定每株苗的根長(zhǎng)，株高，地上部鮮重，葉綠素含量、葉綠素?zé)晒馓匦约翱寡趸富钚浴?/p>

1.3.2測(cè)定方法

同1.2.2測(cè)定方法

五、參考文獻(xiàn)

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