假儉草種質(zhì)資源耐鋁性評價及耐鋁機理研究.pdf

1、假儉草(Eremochloa ophiuroide)是禾本科蜈蚣草屬多年生優(yōu)質(zhì)暖季型草坪草。該草種起源于我國,在酸性土壤地區(qū),假儉草是天然草地上最常見的草種,此外在一些偏堿性和沿海灘涂地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了該草種的分布,可見其在對酸性土壤的適應(yīng)性上應(yīng)該存在較大的差異。酸性土壤地區(qū)的水熱條件良好,但鋁毒的存在限制了很多經(jīng)濟植物的生長,對假儉草耐鋁機理的研究有助于發(fā)現(xiàn)新的耐鋁機理。本研究利用48份假儉草種質(zhì)資源和兩份美國品種‘Common’和‘Tif

2、Blair’(耐鋁品種),用水培法對這50份材料的耐鋁性進行鑒定,并通過土培法對水培鑒定結(jié)果中5份耐鋁種源和5份鋁敏感種源的耐鋁性進行驗證；利用上述實驗結(jié)果對假儉草的耐鋁機理進行研究；通過cDNA-AFLP技術(shù)分析假儉草在鋁脅迫下根尖基因的差異表達,以期在對假儉草種質(zhì)資源耐鋁性進行系統(tǒng)評價的基礎(chǔ)上,從生理和分子兩個方面研究假儉草的耐鋁機理。具體研究結(jié)果如下:
　　 1假儉草耐鋁性鑒定
　　 運用小容積營養(yǎng)液培養(yǎng)法,研究了

3、鋁處理對中國假儉草不同種質(zhì)資源生長的影響,結(jié)果表明在鋁處理下,中國假儉草種源間的生物量存在較大差異,相對根系干重、相對地上部分干重和相對全株干重的變異系數(shù)分別為39.9％、32.9％和33.6％,從相對根系干重的結(jié)果看中國種源E041、E014、E136、E072、E076、E007的耐鋁性顯著大于美國品種‘TifBlair’和‘Common’,從相對地上部分干重結(jié)果看E041的耐鋁性顯著大于美國的兩個品種,說明中國假儉草種源的耐鋁性具

4、有一定的潛力；對中國假儉草種源耐鋁性在地域性上的差異分析表明,受鋁毒害影響較小的種源主要分布在廣西、江西、貴州等酸性土分布區(qū),而受鋁毒害影響較大的種源主要分布區(qū)為江蘇、浙江普陀山、河南等中性或偏堿性土壤分布區(qū),說明假儉草種源的原生境對其耐鋁性有一定的影響.
　　 根據(jù)上述試驗的結(jié)果,采用土培法研究了假儉草5份耐鋁種源和5份鋁敏感種源在酸性土壤上的生長的差異。結(jié)果表明:在酸性土壤上生長28d后,耐鋁種源與鋁敏感種源所測的8個生長指

5、標中,除了株高外均存在顯著差異,耐鋁種源生長受抑制程度較小。生長動態(tài)變化的分析結(jié)果表明,耐鋁種源在酸土壤上可以保持較高的生長速率。
　　 水培法的鑒定結(jié)果與在酸性土壤上的鑒定結(jié)果一致,獲得的耐鋁種源和鋁敏感種源為后續(xù)研究假儉草的耐鋁機理提供了可靠的實驗材料。
　　 2假儉草耐鋁生理機理研究
　　 根據(jù)假儉草耐鋁性鑒定的結(jié)果,選用假儉草5份耐鋁種源和5份鋁敏感種源,運用水培法,研究鋁處理對這10份種源營養(yǎng)吸收的影響

6、。結(jié)果表明,鋁處理增加了兩類型種源植株體內(nèi)鋁的含量,且鋁主要集中在根系,耐鋁種源的增加量小于鋁敏感種源,說明假儉草不是鋁超積累植物,而是通過減少鋁進入體內(nèi)來增加其對鋁脅迫的耐受性；鋁處理抑制了所有種源對P、Mg、Ca、K的吸收,地上部分P、Mg、Ca、K的含量平均減少了59.3％、54.8％、47.9％、41.3％,根系P、Mg、Ca、K的含量平均減少了8.70％、52.5％、43.2％、34.4％,耐鋁種源與鋁敏感種源地上部分的Ca、

7、Mg、P含量存在顯著差異,兩種類型種源根系中的Ca含量存在顯著差異,說明假儉草耐鋁種源在鋁脅迫下可以轉(zhuǎn)運較多的Ca、Mg、P到地上部分,且其根系對Ca的吸收受鋁毒的影響小于鋁敏感種源。兩種類型種源根系P含量與對照相比變化較小,推測可能是P在根表或質(zhì)外體與鋁發(fā)生吸附沉淀。
　　 根據(jù)假儉草耐鋁性鑒定的結(jié)果,選用兩份假儉草種源E041(耐鋁種源)和E006(鋁敏感種源),測定假儉草在缺磷處理及氯化鑭處理下根系有機酸的分泌情況,分析這

8、兩份種源在不同濃度鋁處理后根系有機酸的分泌情況和根系鋁含量的變化,以及它們在不同鋁處理時間下根系有機酸的分泌情況。結(jié)果表明鋁可以誘導(dǎo)假儉草種源根系分泌檸檬酸,缺磷和氯化鑭處理均不能誘導(dǎo)假儉草根系分泌檸檬酸。隨著鋁處理濃度的增加,兩份種源的檸檬酸的分泌量均上升,耐鋁種源E041的檸檬酸分泌量明顯高于鋁敏感種源E006；耐鋁種源E041根系鋁含量在不同濃度鋁處后有略微上升,鋁敏感種源E006根系鋁含量隨處理濃度的增加顯著上升；鋁處理3h兩份

9、種源的檸檬酸分泌量沒有差異,6h后檸檬酸分泌量迅速增加,耐鋁種源分泌量高于鋁敏感種源。說明根系分泌檸檬酸是假儉草減少鋁進入其植株體內(nèi)的機制之一,且檸檬酸的分泌存在一個滯后期。
　　 選用兩份假儉草種源E041(耐鋁種源)和E006(鋁敏感種源),分析鋁處理后這兩份種源根尖鋁的積累和分布情況。結(jié)果表明鋁處理后,耐鋁種源E041根尖蘇木精染色較淺,而鋁敏感種源E006染色較深,且鋁敏感種源E006根尖鋁含量大于耐鋁種源E041；根尖

10、橫截面的X-射線微區(qū)分析結(jié)果表明,鋁敏感種源E006根尖的鋁主要分布在表皮和皮層組織,而中柱分布較少,耐鋁種源E041根尖鋁的分布區(qū)域和鋁敏感種源E006相似,推測鋁對假儉草根的毒害作用可能發(fā)生在表皮和皮層。
　　 分析了在酸性土壤上種植后,假儉草5份耐鋁種源和5份鋁敏感種源植株體內(nèi)活性氧系統(tǒng)的差異。結(jié)果表明:在酸性土壤上生長28d后,假儉草體內(nèi)超氧陰離子產(chǎn)生速率和丙二醛含量都增加,鋁敏感種源增加幅度較大；同時發(fā)現(xiàn)兩種類型種源的

11、SOD、POD活性也增加,耐鋁種源增加幅度較大,說明假儉草可以通過提高體內(nèi)的SOD、POD酶活性來緩解酸性土壤上的鋁脅迫,耐鋁種源的抗氧化酶對鋁脅迫的反應(yīng)更為迅速。
　　 上述研究結(jié)果表明假儉草不是鋁超積累植物,鋁對假儉草根系的毒害作用可能發(fā)生在表皮和皮層組織,鋁抑制了假儉草營養(yǎng)元素的吸收；耐鋁種源可以保持較高的營養(yǎng)元素吸收和轉(zhuǎn)運能力,鋁毒誘導(dǎo)的根系檸檬酸的分泌是假儉草的耐鋁機制之一,且鋁誘導(dǎo)檸檬酸的分泌存在一個滯后期,體內(nèi)抗氧

12、化物酶活性的提高與假儉草的耐鋁性有關(guān)。
　　 3假儉草鋁脅迫下根尖基因的差異表達
　　 應(yīng)用cDNA-AFLP技術(shù),對鋁處理后假儉草耐鋁種源E041根尖的基因表達進行分析。共分離到116個差異表達的轉(zhuǎn)錄衍生片段(TDFs),序列功能分析的結(jié)果表明有61個TDFs與已知序列同源(E.Value<10-10),其中有46個TDFs可以推測功能,這些TDFs的功能涉及一些和檸檬酸代謝相關(guān)的酶、逆境誘導(dǎo)蛋白、蛋白激酶以及轉(zhuǎn)錄調(diào)控