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11种盐生植物适应天然盐碱生境的渗透调节及离子平衡机制比较

【摘要】:土壤盐渍化已经成为世界性的生态问题,并且是限制农业产量的主要因素之一。依据土壤中盐分的不同,可将其划分为两类,含中性盐NaCl、Na2SO4较多的土壤称为盐土,含碱性盐NaHCO3、Na2CO3较多的土壤称为碱土。在自然状态下,土壤盐化和碱化常常相伴而生,例如我国东北碱地草原就属于盐化和碱化并发的土壤,生长在这种土壤环境下的植物不仅要受到离子胁迫和渗透胁迫,同时还要遭受高pH的胁迫。长期生长在这些地区的植物为了适应盐碱化生境,已形成了独特的抗盐碱机制。因此深入研究这些盐生植物的抗盐碱生理机制,将有利于选育和培养新的抗盐作物。 本实验为研究天然盐碱生境下植物的抗盐碱机制,从吉东北盐碱化草原采集11种盐生植物做实验材料,其中包括5种禾本科植物、3种豆科植物以及萝藦科植物、莎草科植物和紫草科植物各1种。同时采集植物根周围的土壤,用于测定各土样的pH和电导率。测定11种盐生植物地上部分的生理指标,包括无机离子含量和有机酸的含量。最后比较各科属植物在渗透调节和维持离子平衡方面的异同。 实验结果表明11种盐生植物在渗透调节和离子平衡方面具有多样性,但同时也存在很多共同点。具体可以从渗透调节和离子平衡两个方面进行比较。一是渗透调节方面,实验结果表明,11种盐生植物都在细胞质中积累甜菜碱和可溶性糖,在液泡中积累Na~+、Cl-和有机酸作为主要的渗透调节物质。此外在11种盐生植物的渗透调节中脯氨酸和游离氨基酸的作用甚微。虽然在大多数植物中,Na~+、K~+、Cl~-和有机酸都是液泡中主要的渗透调节物质,但是在不同科属植物中它们对渗透调节的贡献率不尽相同。二是离子平衡方面,在盐胁迫下,植物离子不平衡主要是Na~+内流造成的。在盐碱生境中,盐生植物经常积累无机离子或积累有机酸,去抵消大量正电荷,以维持细胞内的离子平衡。本实验结果表明,在不同的盐生植物中无机离子和有机酸的贡献率不同。在11种盐生植物的细胞质中,含量较多的阳离子均为Na~+和K~+,但是阴离子的贡献率在不同物种中有所不同。在大多数物种中,有机酸和Cl-是维持离子平衡的主要成分。在5种禾本科植物中,Cl-对离子平衡的贡献率要高于有机酸。然而在3种豆科植物、鹅绒藤和寸草苔中,有机酸在维持离子平衡的过程中起到主要作用。此外,在砂引草中,SO_4~(2-)则是维持离子平衡的主要成分。

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