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盐胁迫对大豆种子萌发、离子平衡及可溶性糖含量影响的研究

【摘要】:栽培大豆基于以其高蛋白质和高脂肪含量,已成为人类以及驯养类动物的主要营养来源。据统计,世界上69%的食用蛋白质和30%的食用油都来源于栽培大豆。大豆也是我国主要的经济作物,在我国的栽培面积较广。随着全球气候变化、人口增加、化肥的不合理使用等原因,使得土壤盐渍化越来越严重。土壤含盐量的增加会造成大豆植株高度及叶片面积降低,氮固定受到抑制,同时还会减少籽粒中蛋白质含量,影响种子品质,严重制约了大豆的生长和产量。目前,我国盐渍土面积约为3.5×107hm2,相当于我国全部耕地面积的30%。此外,由于不合理灌溉、工业污染等原因,导致次生盐渍土地面积逐年扩大。 本实验以栽培大豆(Glycine max)为试验材料,采用NaCl、Na2SO4和NaHCO3、Na2CO3以摩尔质量比1:1混合分别模拟中性盐胁迫(S)和碱性盐胁迫(A),测定了大豆萌发过程中萌发率、萌发势、萌发指数等萌发特性参数;根及子叶中主要阴、阳离子及蔗糖、麦芽糖、果糖、甘露醇等小分子可溶性糖含量,分析了不同类型盐胁迫下大豆种子萌发参数与离子动态平衡及可溶性糖含量的关系。盐胁迫对大豆萌发过程中离子动态平衡与可溶性糖含量的影响,及其相互制约关系的研究,不仅对大豆育种的突破提供科学依据,同时为大豆抗盐生理学机理的研究奠定理论基础。 结果显示:不同类型盐胁迫下,栽培大豆种子萌发率、萌发势、萌发指数、活力指数;根长度、根与子叶干鲜重及含水量伴随盐胁迫浓度的升高均呈现显著降低的趋势。在碱性盐胁迫下其萌发及生长参数受到的伤害均较中性盐胁迫下明显,显示出两种盐胁迫对大豆萌发特性的影响存在较大差异。随碱性盐胁迫强度的增加,根中B3+、K+、Mg2+、Ca2+以及C2O42含量呈现显著增加的趋势,而在中性盐胁迫下无显著性变化,表明大豆根器官可以通过特异性积累B3+、K+、Mg2+、Ca2+和C2O42以抵御碱性盐的伤害。随着两种盐浓度的增强,根和子叶中Na+、SO42-、Cl离子贡献率增加,Ca2+、P3+、K+、Mg2+、NO3-、H2PO4-、C2O42-离子贡献率降低。在中性盐胁迫下,根中并未出现Ca2+、Mg2+和C2O42贡献率的增高;而碱性盐胁迫下,根中Ca2+、Mg2+和C2O42离子贡献率升高,而子叶中无变化,这表明,Ca2+、Mg2+和C2042-对于缓解伤害性更强的碱性盐胁迫过程发挥较大作用。 相关系数分析显示,与Na/K和Na/Ca相比较,Na/(Ca+K)与大豆种子萌发参数的关系更密切,可以更好的衡量栽培大豆受到盐伤害的程度。中性盐胁迫下,大豆根中Ca2+、B3+、Fe2+、Mn2+、Zn2+、C2042-、NO3含量与萌发参数呈现正相关;碱性盐胁迫下,大豆根中K+、Ca2+、B3+、Cu2+、Fe2+、Mg2+、Mn2+、Mo2+P3+、C2O42含量均与萌发参数呈现负相关,且均达到显著水平。碱性盐胁迫下大豆根和子叶中各离子与萌发参数的相关系数与中性盐相比较出现了显著的差异,表明了其对植物离子平衡的影响更为显著,碱性盐的高pH伤害通过导致离子比例更为严重的失衡,进而对种子的萌发产生更大的抑制。 可溶性糖测定实验结果显示,中性盐胁迫及低浓度碱性盐胁迫下,栽培大豆子叶中蔗糖、麦芽糖、果糖、甘露醇和棉子糖含量均呈现增高的趋势;而高浓度的碱性盐胁迫下,蔗糖、葡萄糖、甘露醇含量呈现降低趋势,表明高浓度的碱性盐胁迫造成了栽培大豆代谢的紊乱,超出了其自身渗透调节的范围,进而对种子造成更大的伤害。中性盐胁迫下栽培大豆根中果糖和山梨醇所占可溶性总糖的比例显著增高;而碱性盐胁迫下,根中蔗糖和山梨醇所占可溶性总糖的比例增高,说明不同类型盐胁迫下山梨醇均参与了大豆根中渗透调节。同时实验结果显示,中性盐胁迫下,果糖为主要的渗透调节物质,而碱性盐胁迫下,葡萄糖为主要的渗透调节物质。 与中性盐相比较,碱性盐胁迫对植物造成的高pH伤害主要是导致种子体内离子更大的失衡平衡,进而对种子的萌发和生长造成更大的伤害。本实验离子组的研究为培育抗盐碱栽培大豆提供量化参数,同时可溶性糖含量的初步探讨,为下一步糖代谢组的研究奠定理论基础。

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