钙提高西瓜植株耐盐性的生理机制及其对果实品质的影响

论文摘要

我国蔬菜栽培土壤盐渍化不断加重,严重影响了蔬菜的产量和品质,降低了蔬菜生产的经济效益,阻碍了我国蔬菜产业的快速发展。随着设施园艺的快速发展,西瓜设施栽培面积也在不断扩大,但设施土壤次生盐渍化已成为制约西瓜设施栽培发展的因素之一,因此采用不同有效措施来提高西瓜植株的耐盐性具有重要意义。Ca2+对植物抗逆性的研究比较多,特别是在耐盐性方面的研究。研究表明,根际Ca2+（<10.0 mmol·L-1）可获性的增加可缓解盐度效应对大多数植物的有害作用。盐胁迫下,增施Ca2+可提高植株的耐盐性和果实品质,相关研究已经在生理生态、生长发育、生理代谢、基因表达等水平阐明了Ca2+提高植株耐盐性的机理,但对植株整个生育期的耐盐性机理研究较少,并且国内外对Ca2+提高西瓜耐盐性及其对果实品质影响的研究更为少见。本研究采用水培方式,以盐敏感型的小型西瓜（Citrullus lanatus Mansfeld.）品种‘秀丽’为试材,研究了营养液增补Ca2+对盐胁迫下西瓜植株生长发育、蛋白质含量及组分、光合性能、矿质元素、果实品质的影响。主要研究结果如下：盐胁迫使西瓜叶片和根系质膜相对透性、丙二醛（MDA）及脯氨酸含量（Pro）、叶片渗透势质量摩尔浓度显著升高,使幼苗生物量、根系活力显著下降,显著抑制了西瓜幼苗的生长；营养液中增补不同浓度的Ca2+均对盐胁迫下西瓜幼苗的生长产生影响,并具有明显的浓度效应,其中营养液中6 mmol·L-1Ca2+对盐胁迫下西瓜幼苗的生长有明显的促进作用,使叶片和根系质膜相对透性、MDA及Pro含量显著降低,同时使叶片净光合速率（Pn）、PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）、叶片渗透势、根系活力、生物量显著增加。盐胁迫下,西瓜叶片和根系中的可溶性蛋白质含量显著下降,且叶片和根系中蛋白质组分表达发生了明显变化,叶片中的多种蛋白质组分表达上调或下调,根系中多种蛋白质组分表达下调或消失,西瓜幼苗的干重生物量显著降低；营养液中Ca2+浓度由4 mmo1·L-1升高到6 mmol·L-1、8 mmol-1可明显提高植株干重根冠比（R/T）,使盐胁迫下西瓜幼苗的干重生物量显著升高,分别升高到对照的78.2%、89.5%。叶片中的可溶性蛋白质含量分别升高到对照的92.4%、103.7%,根系中的可溶性蛋白质含量分别升高到对照的89.1%、104.3%,并且均显著高于盐胁迫植株的可溶性蛋白质含量。叶片中的28.5 kD蛋白质组分上调,107.4 kD蛋白质组分下调,而根系中的多种蛋白质组分上调接近对照。营养液中Ca2+浓度的升高可不同程度地增加盐胁迫下西瓜植株体内的Ca2+、K+Mg2+含量,同时降低Na+、Cl-含量,但较高的Ca2+浓度不利于上位叶及生长点中Mg2+含量的增加；盐胁迫降低了植株生长点中的Fe、Zn及Cu含量,而营养液中Ca2+浓度的升高有利于Fe、Zn及Cu由茎向生长点的运输,进而提高了盐胁迫植株生长点中的Fe、Zn及Cu含量,有利于平衡胁迫植株体内的矿质元素的分布,而其它组织中的微量元素变化则无规律性。盐胁迫下营养液中Ca2+浓度由4 nmol·L-1升高至6 mmol·L-1可提高Gs、Ci、Pn、Fv/Fm、OPSII、rETR、qP、qN、叶绿体希尔反应活,降低Ls和1-qP/qN；同时促进盐胁迫下叶片中第二层栅栏组织的形成,增加叶片细胞原生质体中的Ca2+荧光强度和总叶面积,有利于促进叶片的光合性能；此外,使叶片中的蔗糖合酶（SS）活性降低,促进蔗糖向根系的运输。盐胁迫下营养液中Ca2+浓度由4 mmol·L-1升高至6 mmo1·L-1可有效提高盐胁迫西瓜果肉中的抗坏血酸（Vc）、可溶性固形物、可溶性总糖、可溶性蛋白质、游离氨基酸的含量及果实重量,降低有机酸含量,起到改善果实品质的效果；同时,盐胁迫西瓜果实中Ca2+、Mg2+、Fe、Cu、Mn含量升高,Na+含量降低,促进了果实中的矿质离子平衡；此外,营养液中Ca2+浓度的升高还可促进花粉管的伸长,有利于受精的顺利完成,促进果实的生长发育。研究结果表明,盐胁迫下,适当升高营养液中的Ca2+浓度可降低盐胁迫对西瓜植株的伤害作用,维持盐胁迫西瓜植株的正常生理代谢,有利于果实的生长发育,促进果实品质的形成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词表
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1 盐胁迫对植物的伤害
• 1.1 渗透胁迫与离子毒害效应
• 1.2 氧化胁迫与质膜伤害
• 1.3 养分吸收失衡与氮代谢紊乱
• 1.4 抑制光合作用及植株生长
• 1.5 抑制花粉萌发及降低果实品质
• 2 植物耐盐性及其机制
• 2.1 渗透调节作用
• 2.2 离子转运与均衡
• 2.3 毒害离子区隔化
• 2.4 抗氧化保护
• 2.5 渗调蛋白质与LEA蛋白质
• 2.6 光合作用途径的改变
• 2.7 特殊的生理结构
• 3 钙对植物的生理作用
• 3.1 植物生长发育必需的营养元素
• 3.2 细胞壁的重要组分
• 3.3 稳定细胞膜
• 3.4 胞内第二信使
• 3.5 其它生理调节功能
• 4 钙与植物的耐盐性
• 4.1 促进种子的萌发和植株的生长
• 4.2 改善植物的光合作用
• 4.3 促进离子的选择性吸收和区域化分布
• 4.4 维持膜的稳定性
• 4.5 减少活性氧的生成,降低脂质过氧化
• 4.6 维持细胞的渗透平衡
• 4.7 钙与盐胁迫信号转导
• 第二章 钙缓解西瓜幼苗盐胁迫伤害适宜浓度的筛选
• 1 材料与处理
• 2 测定方法
• 3 结果与分析
• 3.1 钙对西瓜植株生物量的影响
• 3.2 钙对西瓜叶片净光合速率及PS Ⅱ的最大光化学量子产量的影响
• 3.3 钙对西瓜叶片及根系脯氨酸含量的影响
• 3.4 钙对西瓜叶片渗透摩尔浓度的影响
• 3.5 钙对西瓜根系活力的影响
• 3.6 钙对西瓜叶片及根系质膜透性及丙二醛的影响
• 4 讨论
• 第三章 钙对盐胁迫下西瓜幼苗生长和可溶性蛋白含量及组分的影响
• 1 材料与处理
• 2 测定方法
• 3 结果与分析
• 3.1 钙对盐胁迫下西瓜幼苗生长的影响
• 3.2 钙对盐胁迫下西瓜幼苗可溶性蛋白质含量的影响
• 3.3 钙对盐胁迫下西瓜幼苗可溶性蛋白质表达图谱的影响
• 4 讨论
• 第四章 钙对盐胁迫下西瓜植株矿质离子含量的影响
• 1 材料与处理
• 2 测定方法
• 3 结果与分析
• +和Cl^-含量的影响'>3.1 钙对盐胁迫下西瓜植株不同部位中大量元素及Na⁺和Cl^-含量的影响
• 3.2 钙对盐胁迫下西瓜植株不同部位中微量元素含量的影响
• 4 讨论
• 第五章 钙对盐胁迫下西瓜光合特性及叶片结构的影响
• 第一节 钙对盐胁迫下西瓜幼苗光合生理的影响
• 1 材料与处理
• 2 测定方法
• 3 结果与分析
• 3.1 钙对盐胁迫下西瓜幼苗叶片光合气体交换的影响
• 3.2 钙对盐胁迫下西瓜幼苗叶片叶绿素荧光的影响
• 3.3 钙对盐胁迫下西瓜幼苗叶片叶绿素含量及Chla/Chlb的影响
• 3.4 钙对盐胁迫下西瓜幼苗叶片叶绿体希尔反应活性的影响
• 3.5 钙对盐胁迫下西瓜幼苗叶片SS和SPS的影响
• 3.6 钙对盐胁迫下西瓜幼苗叶片及根系可溶性总糖含量的影响
• 4 讨论
• 第二节 钙对盐胁迫下西瓜幼苗叶片结构和叶面积的影响
• 1 材料与处理
• 2 测定方法
• 3 结果与分析
• 3.1 钙对盐胁迫下西瓜幼苗叶片组织结构的影响
• 2+荧光强度的影响'>3.2 钙对盐胁迫下西瓜幼苗叶片原生质体Ca²⁺荧光强度的影响
• 3.3 钙对盐胁迫下西瓜幼苗总叶面积的影响
• 4 讨论
• 第六章 钙对盐胁迫下西瓜果实品质及花粉萌发的影响
• 1 材料与处理
• 2 测定方法
• 3 结果与分析
• 3.1 钙对盐胁迫下西瓜果实品质的影响
• 3.2 钙对盐胁迫下西瓜花粉萌发的影响
• 4 讨论
• 全文结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢
• 附录:试验图版说明