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菊芋对土壤逆境胁迫的响应及氮素的调控效应研究

【摘要】:随着全球人口的不断增长、工业化迅猛发展以及人为因素导致生态环境不断恶化,土壤的盐碱化与旱化现象日趋突出,不但阻碍了农牧业的发展,同时也制约着生态环境的建设。菊芋(Helianthus tuberosus)是菊科向日葵属多年生草本植物,由于具有较强的生态适应性,在我国分布广泛。本文解析了菊芋对土壤逆境(盐碱和干旱)的生理响应及外源不同形态氮素的调控效应,为菊芋的抗逆生理学研究以及生产实践上利用氮肥提高菊芋抗逆性等提供一定的科学依据。主要研究结果如下:(1)采用松嫩盐碱草地中主要的四种盐分NaCl、Na2SO4、Na2CO3和NaHCO3按不同摩尔比混合模拟松嫩草地复杂的盐碱环境,结果表明伴随盐浓度和碱性盐组分的增加,菊芋幼苗的生长与光合受到显著抑制,Na+大量积累,并且在碱性盐组分最高处理组、最高浓度60 mM胁迫处理下达最大值,K+含量变化不明显,但Na+/K+变化趋势与Na+保持一致;无碱性盐组分的处理组,Na+升高的同时C1-也大量积累,碱性盐组分增加导致CI吸收受到抑制,但草酸,苹果酸与柠檬酸含量大幅增加。混合盐碱胁迫下,高盐浓度与高pH交互作用对菊芋生长与生理代谢的抑制作用最强,其抑制作用远大于单纯的高盐或高pH伤害。(2)以中性盐NaCl和碱性盐NaHCO3胁迫菊芋幼苗的实验结果显示,中性盐和碱性盐胁迫均显著抑制菊芋的生长与光合,但碱性盐胁迫抑制效应更强;伴随胁迫浓度的增加,菊芋植株内Na+浓度升高,Na+积累量在碱性盐胁迫下显著高于中性盐胁迫;中性盐胁迫下菊芋根中K+含量变化不明显,而碱性盐胁迫下显著降低;同时两种盐胁迫下根中Mg2+含量呈下降的变化趋势,而叶片恰相反,高浓度碱性盐胁迫下,叶片中大量积累Mg2+。中性盐胁迫下菊芋体内C1-显著积累,但有机酸含量变化不大。而碱性盐胁迫下大量积累有机酸,并且乙酸是碱性盐胁迫下增加幅度最大的有机酸。大量CI-与有机酸的积累是菊芋适应盐胁迫与碱胁迫生理机制的主要差异,根中大量Na+的积累是菊芋具有耐盐碱能力的体现。(3)氮素形态对菊芋适应盐、碱胁迫的调控效应存在差异。外源氮素的施加显著提高了盐、碱胁迫下菊芋的生长与光合能力,以硝态氮的效果最佳,并且盐胁迫下提升效果高于碱胁迫。硝态氮显著降低了盐、碱胁迫下菊芋植株内Na+以及CI的含量,提高了K+、Ca2+以及NO3-含量。另外,在碱胁迫下,硝态氮使菊芋植株积累更多草酸、柠檬酸与苹果酸。硝态氮输入通过调控盐、碱胁迫下菊芋体内离子平衡来减缓伤害。施氮诱导盐、碱胁迫下酶活的增强,并且施铵条件下SOD与POD酶活最强。(4)硝态氮显著提高了菊芋的光合能力与各营养器官的生物量产出,铵态氮加剧了干旱的抑制效应。硝态氮显著提高了菊芋体内K+与Ca2+含量,在根中尤为明显。脯氨酸在施加铵态氮的条件下积累量最高,并且铵态氮诱导干旱胁迫与复水、复氮条件下SOD与POD酶活性最强。复水、复氮叠加显著提高了旱后菊芋的生长。

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