干旱条件下棉花幼苗对土壤盐分的代谢响应

论文摘要

本研究以盆栽棉花为材料,设置对照（CK）、单一盐胁迫（S）、单一干旱胁迫（D）和旱盐组合胁迫（D+S）四个处理（注:本研究中单一盐胁迫和旱盐组合胁迫中的盐处理浓度为100 mmol/L NaCl,对棉花而言属于中度偏轻的盐胁迫）,在处理后的不同时间对各处理棉花幼苗的生长状况、光合性能、渗透调节、抗氧化作用、物质和能量利用等进行测定和分析,并利用基于LC-MS的代谢组学技术对相关的代谢产物和代谢途径变化进行分析,以探讨干旱胁迫下适量土壤盐分存在对棉花代谢的影响。结果如下:（1）干旱条件下适量土壤盐分的存在改善了棉花幼苗的光合性能和生长状况随着胁迫处理时间的延长,单一干旱处理的棉花叶片细胞间隙CO2浓度先增加后减少、最大光化学效率显著下降、初始荧光明显增加,即单一干旱胁迫导致了棉花叶片光合机构的损伤,从而使其净光合速率显著降低;而旱盐组合处理的棉花叶片光合系统受影响程度较轻,净光合速率明显高于单一干旱处理。株高和生物量也表现为旱盐组合处理的显著高于单一干旱。说明土壤中适量NaCl的添加能够缓解干旱胁迫对棉花幼苗光合作用和生长的不利影响。（2）干旱条件下适量土壤盐分的存在改善了棉花叶片的抗氧化作用与正常供水相比,干旱胁迫下棉花叶片的抗氧化酶活性和丙二醛含量显著增加。然而,在同等干旱条件下,单一干旱处理的棉花叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性的变化幅度以及丙二醛含量的变化幅度均显著高于旱盐组合处理的,至干旱处理后的第30天单一干旱处理的棉花叶片内丙二醛含量约为旱盐组合处理的2倍。研究表明,干旱条件下适量土壤盐分的存在可以缓解棉花叶片过氧化程度,进而可减轻干旱对细胞膜系统和光合机构造成的损害。（3）干旱条件下适量土壤盐分的存在改变了棉花叶片的渗透调节模式干旱胁迫导致了棉花叶片水势、渗透势、细胞膨压和含水量的显著降低,但就单一干旱和旱盐组合处理相比较,后者的细胞膨压和含水量均显著高于前者。且一干旱处理的棉花叶片的有机渗透物质含量和渗透浓度显著高于旱盐组合处理,无机渗透物质含量和渗透浓度则相反。两组处理的无机渗透物质中K+、Ca2+和Mg2+含量无明显差异,但旱盐组合处理的Na+和Cl-含量则显著高于单一干旱。研究表明,与单一干旱相比,旱盐组合处理的棉花幼苗可以从外界吸收和积累更多Na+和Cl-进行渗透调节,从而减少了有机渗透调节物质合成所需的物质和能量消耗,且无机离子在渗透调节中的贡献率有所提高,使得棉花植株渗透调节作用似乎更为经济有效。（4）干旱条件下适量土壤盐分的存在减少了棉花叶片的建造成本干旱胁迫导致棉花叶片叶面积减小、热值降低。而在同等干旱条件下,旱盐组合处理的棉花叶片的比叶面积和灰分含量明显高于单一干旱处理的,从而使前者的单位面积叶片建成成本显著低于后者。即棉花幼苗在干旱且有适量土壤盐分存在时可以通过利用更多的无机离子来节约自身建造的同化物和能量消耗。（5）干旱条件下适量土壤盐分的存在缓解了干旱对棉花代谢的干扰基于LC-MS的代谢组分析结果显示,单一盐胁迫、单一干旱和旱盐组合都明显改变了棉花叶片的代谢。其中,单一干旱与对照间差异代谢物共475种,其中上调的有163种、下调的有312种,二者间有9条代谢通路差异达到极显著水平;旱盐组合与对照间差异代谢物共460种,其中上调的有157种、下调的有303种,二者间有4条代谢通路差异达到极显著水平;单一干旱与旱盐组合间有2条代谢通路差异达到极显著水平。可见,单一干旱胁迫对棉花叶片代谢的扰动大于旱盐组合,即土壤中适量盐分的存在可以减缓干旱对棉花代谢的干扰。综上所述,干旱胁迫下土壤中适量NaCl的存在能够促使棉花吸收和积累更多的Na+和Cl-,这样既可以增强无机渗透调节、改善植株体内的水分状况、减轻膜脂过氧化作用,从而减轻干旱胁迫对细胞和光合机构的损伤;又可以减少有机渗透调节物质的合成、减少用于自身建造的物质和能量消耗,从而缓解干旱对代谢的干扰并使更多的物质和能量用于生长和其它防御性反应,最终表现为棉花幼苗生长的改善和抗旱性能的提高。

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致谢

摘要

Abstract

第1章前言

1.1 植物对干旱胁迫的响应

1.1.1 干旱胁迫对植物的影响

1.1.2 植物应对干旱胁迫的机制

1.2 植物对盐胁迫的响应

1.2.1 盐胁迫对植物的影响

1.2.2 植物对盐胁迫的响应

1.3 旱盐双重胁迫对植物的影响及NaCl的积极作用

1.3.1 旱盐双重胁迫对植物的影响

1.3.2 NaCl对植物的积极作用

1.4 代谢组学技术在研究植物逆境响应中的应用

1.4.1 非生物胁迫对植物代谢的影响

1.4.2 代谢组学技术在植物逆境适应研究中的应用

1.5 本研究的目的及意义

第2章材料与方法

2.1 材料培养与胁迫处理

2.2 测定指标及方法

2.2.1 株高及生物量测定

2.2.2 叶片光合速率及荧光参数测定

2.2.3 叶片SOD、POD、CAT活性测定

2.2.4 叶片丙二醛含量的测定

2.2.5 植株水势、渗透势和细胞膨压的测定

2.2.6 植株钾、钠、钙、镁、氯离子含量的测定

2.2.7 叶片渗透调节物质含量和渗透浓度的测定

2.2.8 比叶面积（SLA）测定

2.2.9 叶片灰分含量（Ash）测定

2.2.10 叶片氮含量的测定

2.2.11 叶片干质量热值（Gross caloric value,GCV）测定

2.2.12 叶片建成成本的计算

2.2.13 代谢组分析材料的取样与样品制备

2.2.14 高效液相色谱-质谱（LC-MS）检测

2.3 数据处理与统计分析

2.3.1 代谢组数据的分析

2.3.2 其它数据的统计分析

第3章结果与分析

3.1 干旱条件下土壤盐分对棉花幼苗生长及光合性能的影响

3.1.1 不同胁迫方式对棉花幼苗生长的影响

3.1.2 不同胁迫方式对棉花光合性能的影响

3.1.3 不同胁迫方式对棉花叶绿素荧光参数的影响

3.2 干旱条件下土壤盐分对棉花叶片抗氧化酶活性及丙二醛含量的影响

3.2.1 不同胁迫方式对棉花叶片SOD、POD、CAT活性的影响

3.2.2 不同胁迫方式对棉花叶片丙二醛含量的影响

3.3 干旱条件下土壤盐分对棉花叶片的渗透调节的影响

3.3.1 不同胁迫方式对棉花叶片水势、渗透势、细胞膨压和含水量的影响

3.3.2 不同胁迫方式下棉花叶片渗透调节物质的变化

3.3.3 不同胁迫方式对棉花主要无机离子含量的影响

3.4 干旱条件下土壤盐分对棉花叶片的物质能量利用的影响

3.4.1 不同胁迫方式下棉花比叶面积的变化

3.4.2 不同胁迫方式对棉花灰分含量的影响

3.4.3 不同胁迫方式对棉花叶片热值的影响

3.4.4 不同胁迫方式对棉花叶片建成成本的影响

3.5 不同处理的棉花叶片代谢组分析

3.5.1 各处理棉花叶片代谢物的离子流图比较

3.5.2 各处理棉花叶片代谢物的差异分析

3.5.3 各处理棉花叶片的代谢通路差异分析

第4章讨论与结论

4.1 适量土壤盐分通过改善水分状况和膜脂过氧化缓解干旱对光合作用的不利影响

4.2 适量土壤盐分通过改善物质和能量利用策略减缓干旱对棉花代谢的干扰

第5章结论

参考文献

作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 冯春晓

导师: 柏新富

关键词: 棉花,旱盐组合胁迫,渗透调节,抗氧化作用,代谢组

来源: 鲁东大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 气象学,农业基础科学,植物保护,农作物

单位: 鲁东大学

分类号: S562;S423

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干旱条件下棉花幼苗对土壤盐分的代谢响应

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