鹽脅迫對(duì)油菜光合作用、碳酸酐酶活性和葉綠素含量的影響

鹽脅迫對(duì)油菜光合作用、碳酸酐酶活性和葉綠素含量的影響

0植物細(xì)胞的光催化作用自然界中，堿土的增加和土壤鹽分的稀釋已成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素。因此,植物鹽害及耐鹽機(jī)理的研究也成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)科學(xué)的重要課題。鹽脅迫對(duì)植物造成的傷害是多方面的,它可以打破植物的養(yǎng)分平衡,抑制對(duì)其它元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),改變植物細(xì)胞內(nèi)離子的濃度和種類,導(dǎo)致膜完整性的破壞和某些酶功能的降低。在鹽脅迫下,植物的光合作用會(huì)受到明顯的影響,活性氧的產(chǎn)生與清除的平衡受到破壞,使活性氧含量增加,從而導(dǎo)致對(duì)細(xì)胞的傷害。碳酸酐酶(CA,CarbonicanhydraseEC4.2.1.1)是一個(gè)重要的光合作用酶,它通過催化CO2和HCO3-之間的相互轉(zhuǎn)化反應(yīng)來降低CO2在葉肉細(xì)胞中的擴(kuò)散阻力,為羧化反應(yīng)提供底物。本試驗(yàn)在鹽脅迫條件下,研究了不同濃度NaCl處理下油菜幼苗碳酸酐酶活性與油菜抗鹽性的關(guān)系,并對(duì)油菜葉片葉綠素相對(duì)含量的變化進(jìn)行了研究,以期為系統(tǒng)地了解甘藍(lán)型油菜的耐鹽性以及揭示其抗鹽生理,并為選育耐鹽品種和設(shè)施栽培中防止鹽害提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1鹽脅迫處理處理將生長(zhǎng)到5～6葉期的甘藍(lán)型油菜(中油821)植株移栽到盆缽中,盆缽直徑為25cm,高為22cm,土質(zhì)為砂壤土,供給充分的N、P、K肥,每盆移入大小一致的植株5～6株,放到培養(yǎng)室內(nèi)(溫度為22°～28℃,光照強(qiáng)度為800～1000μmol/m2ˇs),分別用不同濃度(0%,0.5%,1.5%,0.3%,0.6%,0.9%,1.2%)的NaCl處理油菜幼苗,每種濃度重復(fù)處理3次。各處理除鹽量不同外,加水量及其他管理措施均保持一致。在處理4天后,取植株中部葉片進(jìn)行測(cè)定分析,測(cè)定時(shí)間是上午10:00,溫度為25℃,相對(duì)濕度為62%。1.2光譜速度測(cè)量采用美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400便攜式光合作用氣體分析系統(tǒng),來測(cè)定光合速率。1.3測(cè)定了總養(yǎng)分含量采用日本MINOLTA公司生產(chǎn)的SPAD-502型葉綠素儀,來測(cè)定葉片總含量(SPAD變化值)。1.4酶液的提取方法參照WilburandAnderson(1948)的方法并做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),具體方法為:測(cè)定介質(zhì)采用20mmol/L的巴比妥鈉(Barbital-Na2,pH=8.3,0°～4℃)緩沖液;提取介質(zhì)為10mmol/L的BarbitalNa2緩沖液(pH=8.3,含50mmol/L巰基乙醇);酶液的提取采用0.5g葉片放到預(yù)冷的研缽中,迅速加入3mL液氮,提取介質(zhì)進(jìn)行研磨;研磨后,在13000r/min轉(zhuǎn)速下離心5min后,取上清液,冷藏備測(cè)。碳酸酐酶活性的測(cè)定采用pH計(jì)法。保持反應(yīng)系統(tǒng)在0°～2℃范圍內(nèi),取待測(cè)上清液0.05m～1mL,加入到含15mL測(cè)定介質(zhì)的反應(yīng)容器中,然后迅速加入10mL預(yù)冷的飽和CO2蒸餾水(0°～2℃),用pH電極監(jiān)測(cè)反應(yīng)體系的pH值變化,記下pH值下降1個(gè)單位(例如,pH值從8.2下降到7.2)所需要的時(shí)間(以s為單位),記為在未加酶提取液條件下pH值下降一個(gè)單位所需要的時(shí)間0T,酶的活力用WAunits(Wilbur-Andersonunits)表示,計(jì)算公式為每次數(shù)據(jù)重復(fù)測(cè)定3次。2nacl處理對(duì)從根本上的碳酸酐酶活性和葉綠素總含量的影響鹽處理后,光合速率的變化如圖1所示,結(jié)果表明,油菜光合速率降低了。用NaCl處理油菜幼苗后測(cè)定的碳酸酐酶活性的變化如圖2所示,結(jié)果表明,受鹽分逆境條件的影響,碳酸酐酶的活性降低了。葉綠素總含量的變化如圖3所示。結(jié)果表明,葉綠素總含量隨著NaCl濃度的不斷升高先有增加而后又減少。3鹽脅迫對(duì)葉綠素釋放和光合速率的影響許多研究證實(shí),環(huán)境因子的改變可以引起葉綠體色素含量的變化,進(jìn)而引起光合功能的改變。隨著脅迫程度的加大,其降低幅度也加大。一般研究表明,鹽脅迫下植物葉片中葉綠素含量下降,其主要原因是由于NaCl能促進(jìn)葉綠素酶活性,使葉綠素分解;另外,由于類胡蘿卜素含量的降低,減少了對(duì)活性氧的淬滅,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)積累較多的氧自由基,破壞葉綠體膜結(jié)構(gòu),加速葉綠素的分解。鹽脅迫可以加速葉綠素的降解,降低類囊體膜的穩(wěn)定性,降低葉綠體對(duì)光能的吸收,影響光能在兩個(gè)光系統(tǒng)之間的合理分配,從而降低光合速率。鹽脅迫使光合作用受抑制,具體表現(xiàn)為:鹽分過多時(shí),PEP羧化酶和RuBP羧化酶活性降低,葉綠體趨于分解,葉綠素和類胡蘿卜素的生物合成受阻,氣孔關(guān)閉,使光合速率下降,影響作物產(chǎn)量。在土壤含鹽量超過0.35%時(shí),土壤中大量的可溶性鹽分可導(dǎo)致土壤水勢(shì)及水分有效性顯著降低,使作物立苗困難。高鹽造成植物葉片氣孔失水關(guān)閉,以保持葉片內(nèi)相對(duì)較高的水勢(shì),進(jìn)而嚴(yán)重阻礙了CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞,降低了植物的光合作用。土壤鹽分過多使植物根系土壤溶液滲透率降低,根據(jù)水從高水勢(shì)向低水勢(shì)流動(dòng)的原理,這就給植物造成一種逆境,導(dǎo)致植物吸水困難。此時(shí)植物要吸收水分,必須形成一個(gè)比土壤溶液更低的水勢(shì);否則,植物將受到與水分脅迫相類似的危害,處于生理干旱狀態(tài)。鹽分脅迫導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)虧缺,主要是由于在吸收一些礦質(zhì)元素的過程中鹽與各種營(yíng)養(yǎng)元素相互競(jìng)爭(zhēng),從而阻止植物對(duì)一些礦質(zhì)元素的吸收而造成的。最常見的就是由NaCl所引起的缺K。鹽脅迫下造成養(yǎng)分不平衡的另一種結(jié)果是Cl-抑制了植物對(duì)NO3-及H2PO4-的吸收,其原因可能是這些陰離子之間存在著吸收競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。4對(duì)光催化作用的點(diǎn)中,對(duì)鹽脅迫對(duì)光合速率Na影響碳酸酐酶的活力。植株缺Na,葉片中的碳酸酐酶的活力是對(duì)照的兩倍。作物吸收過量的Cl-,而Cl-是碳酸酐酶的阻化劑,可干擾光合作用機(jī)能。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,不同濃度NaCl處理油菜后,碳酸酐酶活性具有不同程度的下降。這說明鹽脅迫不同程度地破壞了植物的光合機(jī)構(gòu)。由于碳酸酐酶對(duì)光合作用有調(diào)控作用,因此在碳酸酐酶活性降低的同時(shí),光合速率也下降。試驗(yàn)結(jié)果表明,本次所用甘藍(lán)型油菜抗鹽性不是很強(qiáng)。鹽害是影響植物光合作用的主要外界不利因素之一,但是對(duì)其影響機(jī)理的研究目前還僅僅處于初步階段,對(duì)于許多關(guān)鍵性問題都沒有達(dá)成共識(shí)。由于光合作用為植物生長(zhǎng)發(fā)育提供物質(zhì)和能量,是植物生長(zhǎng)發(fā)