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        不同草坪草種子萌發(fā)及幼苗對(duì)鹽脅迫的生理響應(yīng)研究進(jìn)展

        2020-12-20 14:53:27張桂然霍玉芹
        現(xiàn)代農(nóng)村科技 2020年5期
        關(guān)鍵詞:高羊茅耐鹽性逆境

        王 君 陳 新 李 末 張桂然 霍玉芹

        (滄州師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 河北 滄州 061001)

        我國(guó)土壤大面積嚴(yán)重鹽漬化,對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大,草地資源發(fā)生退化,農(nóng)牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重威脅。鹽漬化土壤是鹽漬土壤、堿性土壤、鹽化和堿化土壤的總稱(chēng),我國(guó)有9900 萬(wàn)hm2的土壤存在鹽漬化的問(wèn)題,其中約80%尚未開(kāi)發(fā)利用[1]。在鹽漬地種植植被會(huì)影響植被的正常發(fā)育,鹽漬化會(huì)使植被枯萎甚至死亡[2]。而種植耐鹽性植物會(huì)改善這種情況,草坪草具有較強(qiáng)的耐鹽堿能力,是可以在鹽漬地大面積推廣的優(yōu)質(zhì)牧草,可以從多個(gè)方面來(lái)抵抗和適應(yīng)鹽脅迫,利用草坪草的這種優(yōu)勢(shì)改良鹽漬地,不僅會(huì)提高土壤的利用率,還可以美化環(huán)境。草坪草相對(duì)于雜草而言具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力,能夠在各種復(fù)雜的生態(tài)和氣候環(huán)境中生長(zhǎng),所以近年來(lái)成為人們備受重視的綠化造景和建坪牧草[3]。然而,由于草坪草不同種類(lèi)之間存在差異性,在抵抗鹽脅迫時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同的生理變化。因此,深入了解草坪草的耐鹽機(jī)理,比較草坪草的耐鹽性強(qiáng)弱,對(duì)進(jìn)一步培育高效、優(yōu)質(zhì)草坪草種具有重要意義。

        1 研究現(xiàn)狀

        1.1 鹽脅迫對(duì)草坪草種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)的影響。植物的生長(zhǎng)是從種子萌發(fā)開(kāi)始的,此階段不但影響著種子的播種質(zhì)量,同時(shí)影響著萌發(fā)后下一代植物體的生長(zhǎng)發(fā)育。草坪草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)很大程度上反映了其對(duì)所處環(huán)境的耐受級(jí)別,所以可以通過(guò)觀察種子在鹽脅迫下的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)判斷植物的耐鹽性強(qiáng)弱。一般而言,發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)高的草坪草具有較高的耐鹽性。秦寶[4]研究不同濃度鹽脅迫對(duì)不同草坪草種子萌發(fā)的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著NaCl 脅迫的加劇,不同草坪草種子發(fā)芽率與CK 相比均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),且在不同濃度NaCl 脅迫下其種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均與對(duì)照差異顯著(p <0.05),鹽濃度越高抑制越明顯。Jia Jia[5]等研究發(fā)現(xiàn)低鹽度促進(jìn)堿蓬種子的萌發(fā),而高濃度則抑制。

        1.2 鹽脅迫對(duì)草坪草幼苗可溶性糖含量的影響??扇苄蕴亲鳛橹参矬w內(nèi)一種非常重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),在各種逆境(干旱、低溫、高溫、鹽堿化等)條件下,均會(huì)不同程度的造成植物體內(nèi)可溶性糖含量的大量積累,作為植物體內(nèi)能量的儲(chǔ)備,可以減少逆境脅迫對(duì)植物的傷害。高揚(yáng)帆[6]等通過(guò)對(duì)高羊茅幼苗進(jìn)行不同濃度的Na2SO4脅迫研究,發(fā)現(xiàn)其幼苗的根系活力和葉綠素的合成均受到一定程度的抑制,同時(shí)可溶性糖的含量會(huì)隨著硫酸鹽濃度的升高而上升。李淑梅[7]等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),高羊茅植株葉片中可溶性糖含量隨著鹽分濃度的增加而呈現(xiàn)上升趨勢(shì),呈正相關(guān),此結(jié)果與植物在逆境條件下,可溶性糖積累量越多抗逆性越強(qiáng)的結(jié)果相同。

        1.3 鹽脅迫對(duì)草坪草幼苗脯氨酸(Pro)含量的影響。在鹽漬化脅迫下,參與植物體滲透調(diào)節(jié)過(guò)程的物質(zhì)有2類(lèi),其中一類(lèi)就是脯氨酸這種小分子有機(jī)化合物,另一類(lèi)則是蛋白質(zhì),所以能抗逆鹽漬化脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響。植物體內(nèi)的Pro 在正常生長(zhǎng)條件下含量較低,而在不同脅迫環(huán)境(如低溫、高溫、干旱、重金屬脅迫、衰老)條件下,其含量會(huì)快速積累幾十倍,游離Pro 作為具有穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),其積累可減少植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能受損,并降低傷害程度,這與逆境程度直接相關(guān)。宋婭麗[8]等通過(guò)對(duì)黑麥草、高羊茅和草地早熟禾3 種草坪草進(jìn)行不同濃度鹽脅迫研究,表明幼苗中Pro 含量在逆境下顯著高于CK,并隨著鹽脅迫加劇而升高。趙功強(qiáng)[9]等試驗(yàn)結(jié)果表明高羊茅幼苗內(nèi)Pro 含量隨著NaCl 脅迫加劇呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。Kimsks[10]等人對(duì)8 種結(jié)縷草的耐鹽性進(jìn)行研究表明,植物根莖除了能將多余鹽分排出外,還積累了大量脯氨酸。因此,許多植物在鹽脅迫超過(guò)一定濃度時(shí)會(huì)迅速積累Pro,以此來(lái)維持自身體內(nèi)的滲透平衡。

        1.4 鹽脅迫對(duì)草坪草幼苗丙二醛(MDA)含量的影響。植物體在鹽脅迫下最易受傷害的部位是細(xì)胞膜系統(tǒng),即膜脂和膜蛋白的正常生理功能直接受到影響,造成膜透性增加,發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用,而MDA 是膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物,能與細(xì)胞內(nèi)某些成分發(fā)生反應(yīng),增強(qiáng)細(xì)胞膜透性,并造成膜系統(tǒng)的損傷。MDA 含量越高,膜受損程度越強(qiáng),植物受到的損害越大。劉愛(ài)榮[11]等發(fā)現(xiàn)隨著NaCl 濃度的增大,高羊茅根MDA 含量呈上升趨勢(shì),而葉的MDA 含量則呈先略下降后上升趨勢(shì)。李淑梅[12]等研究發(fā)現(xiàn),高羊茅幼苗在受到不同濃度NaCl 脅迫后,造成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損,其MDA 含量逐漸升高,并與NaCl 濃度變化呈正比。

        1.5 鹽脅迫對(duì)草坪草幼苗SOD 活性的影響。相關(guān)研究表明,植物體在鹽脅迫下由于活性氧代謝平衡受損,活性氧大量產(chǎn)生,如不被清除則會(huì)發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用,膜系統(tǒng)受到嚴(yán)重傷害。因此植物體在逆境脅迫下會(huì)提高活性氧清除功能,而SOD 作為一種保護(hù)酶,其活性的強(qiáng)弱直接反應(yīng)了植物對(duì)氧化損傷的修復(fù)能力,也是植物抗氧化系統(tǒng)的首道防線,可以將O2-轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘暂^低的物質(zhì),降低其對(duì)膜脂的破壞能力,防止植物出現(xiàn)膜氧化作用,從而提高植物抗性。楊月娟[13]等研究發(fā)現(xiàn)垂穗披堿草在不同濃度鹽脅迫下,幼苗中SOD 活性隨著NaCl 濃度的增加呈上升趨勢(shì),250 mmol/L 鹽濃度是其活性的轉(zhuǎn)折臨界點(diǎn)。魏佳寧[14]研究表明,草地早熟禾幼苗中SOD 活性隨NaCl 濃度的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。趙功強(qiáng)[9]等試驗(yàn)結(jié)果表明,高羊茅幼苗中SOD 活性隨著NaCl 脅迫的加劇總體呈上升趨勢(shì)。

        1.6 鹽脅迫對(duì)草坪草幼苗POD 活性的影響。POD 是植物中的氧化還原酶,能催化多種反應(yīng),POD 與CAT 共同作用清除植物體內(nèi)的H2O2、酚類(lèi)、胺類(lèi)等有毒物質(zhì),因此POD 活性的升高,能提升植物的抗性。而POD 清除H2O2的作用機(jī)理則是通過(guò)催化其他底物與H2O2反應(yīng),將H2O2消耗掉,成為植物體內(nèi)重要的酶促防御系統(tǒng),說(shuō)明可根據(jù)對(duì)植物氧化還原酶的分析來(lái)衡量植物的耐鹽性。趙功強(qiáng)[9]試驗(yàn)結(jié)果表明,高羊茅幼苗中POD 活性隨著NaCl 脅迫的加劇,總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。孫西紅[3]研究結(jié)果表明,高羊茅幼苗內(nèi)的保護(hù)酶POD 在鹽逆境下其活性被誘導(dǎo)提高,隨著鹽濃度增加,其活性出現(xiàn)先上升后下降的變化,此為高羊茅幼苗對(duì)逆境的適應(yīng)性表現(xiàn),100 mmol/L的Na2CO3濃度是其活性的轉(zhuǎn)折臨界點(diǎn)。

        1.7 鹽脅迫對(duì)草坪草幼苗CAT 活性的影響。過(guò)氧化氫酶是一種存在于植物細(xì)胞過(guò)氧化物體內(nèi)的酶類(lèi)清除劑,是一種可以催化過(guò)氧化氫分解成H2O 和O2的酶類(lèi),逆境下將H2O2的毒性降低,保護(hù)細(xì)胞免受毒害,提高植物的抗氧化能力,成為生物體系的防御屏障。相關(guān)研究表明,耐鹽性較強(qiáng)的植物CAT 活性較高,并與耐鹽性呈正相關(guān)。孫西紅[3]研究結(jié)果表明,高羊茅幼苗內(nèi)CAT 活性隨著NaCl 脅迫的加劇呈先緩慢下降后上升的趨勢(shì);而在Na2CO3脅迫下,鹽濃度越高,CAT 活性越強(qiáng)。孫偉澤[15]通過(guò)對(duì)牧草紫花苜蓿幼苗進(jìn)行鹽脅迫后結(jié)果表明,隨著鹽濃度的增大,幼苗的地上和地下部分的CAT 活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。

        2 展望

        近年來(lái),隨著居民生活水平的提高和綠化觀念的改變,草坪業(yè)迅速發(fā)展,并得以廣泛應(yīng)用,成為人類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分之一。而我國(guó)土壤鹽漬化嚴(yán)重,草坪草的耐鹽性成為一種復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象,在種植、栽培、建植以及各個(gè)生理生化參數(shù)間存在著不同的相互作用,因此不能局限于單個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量其耐鹽性,應(yīng)權(quán)衡多個(gè)參數(shù),進(jìn)行全面、系統(tǒng)、科學(xué)的評(píng)判,如種子發(fā)芽情況,形態(tài)指標(biāo)、生理指標(biāo)和分子參數(shù)等,才能對(duì)草坪草的耐鹽機(jī)理進(jìn)行深入和更全面的研究。而目前草坪草的耐鹽研究多集中于單一脅迫,關(guān)于多重混合脅迫和雙向脅迫的研究卻較少,應(yīng)加大此方向的研究,為草坪草的抗性研究和選育引種工作提供一定的理論參考。

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