作物耐盐性状研究综述
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DOI:10.19904/14-1160/s.2022.09.004水稻耐盐研究进展及展望蒋子凡(扬州大学,江苏扬州225000)摘要:土地盐碱化是世界范围内农业面临的重大问题之一。
全面了解盐胁迫对植物的危害性以及植物盐胁迫响应机制,将为增强作物耐盐能力提供研究基础。
水稻作为全球最重要的粮食作物之一,日益严重的土地盐碱化制约了其产量与品质。
综述盐胁迫条件对水稻生长发育、生理生化产生的影响以及目前对于水稻耐盐相关基因的研究,以期通过分子生物技术培育耐盐水稻新品种,实现水稻种植面积和总产量提高,保障粮食安全。
关键词:水稻;耐盐性;数量性状基因座文章编号:1005-2690(2022)09-0010-03中国图书分类号:S511文献标志码:B作者简介:蒋子凡(1997—),女,汉族,江苏扬州人,在读硕士,研究方向为玉米遗传育种。
在世界范围内,盐渍土面积约8.33亿hm 2,占总耕地面积的1/5。
而且随着人类活动范围不断扩大、极端气候增多、淡水资源不断减少等问题日益严重,盐渍土面积还在不断扩大[1]。
水稻作为世界第二大粮食作物,全世界大约有1/3的人口以稻米为主食。
深入了解耐盐机理、提高水稻的耐盐能力,能够提高对于盐渍土地的利用率,提升经济效益,对缓解世界粮食危机具有重大意义。
造成土壤盐分过高的原因有很多,目前已知高盐地下水灌溉、沿海地区海水释放等因素导致土地盐分积累[2]。
盐胁迫对于作物的伤害主要是脱水、渗透性应激反应、积累离子毒害和离子不平衡,最终导致作物缺乏营养。
这些伤害会抑制作物生长,造成减产甚至死亡。
土壤中盐分过多会导致土壤板结,植物难以建立根系。
土壤含水量减少,水势降低,引起渗透胁迫,造成植物水分亏欠,影响作物吸收营养物质,导致植株营养缺乏。
已有研究表明,许多基因在盐胁迫下可发挥调节作用,提升作物耐盐性。
虽然不同作物的抗逆能力不同,但在盐胁迫下作物的产量和品质都会受不同程度的影响。
水稻耐盐性是指在盐害环境下水稻对抗外界盐胁迫的能力。
耐盐植物耐盐分子机制及其调控研究随着全球气候变化和人类活动的不断扰动,土地退化和盐碱化已成为制约农业生产和粮食安全的主要因素之一。
如何提高作物对盐碱胁迫的耐受能力,已经成为现代农业面临的一个重大挑战。
较早开始的研究是研究单个耐盐基因或蛋白质,此后随着高通量的基因组学技术的突破,人们逐渐认识到植物细胞内复杂的生理代谢网络是由相互作用的多个基因和蛋白质所构成的。
本篇文章将从耐盐植物的特性入手,分别就耐盐植物的生理和分子机制及其调控进行阐述。
一、耐盐植物的特点耐盐植物是由于适应了耐盐环境,其特点主要表现在以下几个方面。
1. 水盐平衡的控制耐盐植物能够维持较高的细胞水分势和盐分浓度之间适宜的平衡状态,通常是通过下列方式实现的:(1)渗透调节:耐盐植物利用高渗溶液内的蛋白质和其他溶质调节水分势,实现了对水分的有效含留;(2)降低盐离子吸收速度:耐盐植物根系上皮细胞通过下调Na+和Cl-的吸收量,降低了根系富集盐的速度;(3)盐离子隔离:耐盐植物细胞壁增厚或细胞膜中渗透性前体物质合成可以阻止Na+和Cl-等离子通过细胞壁和膜穿过细胞膜,防止对细胞的直接损伤。
2. 耐受氧化胁迫在盐碱环境下,植物生长所需的氧气供应可能会紧缺,同时植物细胞内产生的氧自由基也会增加。
耐盐植物通过增强几种抗氧化系统,有力地减轻了氧化胁迫的损害。
3. 产生体内有益物质耐盐植物能够在体内产生具有保护作用的物质,例如维生素和多巴胺等,这些物质能够减轻耐盐过程中出现的胁迫反应。
二、耐盐植物的生理机制1. 水分平衡机制水平衡是所有经受盐碱胁迫的植物所必需的。
耐盐植物能够通过渗透压调节、富集有机带水分子和减少蒸腾作用等机制来维持水分平衡。
耐盐植物的根系上皮细胞相对较短,这些细胞多为不透水状态,防止离子进入植物内部造成其毒性效应。
同时,在Na+和Cl-吸收的过程中,Na+/H+和Cl-/HCO3-共转运体的存在加强了对这两种离子的选择性吸收。
2. 碳水平衡机制碳代谢与盐碱胁迫密切相关。
盐碱地油菜耐盐性评价及新品种的筛选盐碱地油菜是指适应盐碱土壤生长的油菜品种。
盐碱地是指含有较高盐碱成分的土壤,对大多数作物生长不利。
然而,在盐碱地生长的油菜品种却具有较强的耐盐性。
本文将对油菜的耐盐性进行评价,并介绍一些新品种的筛选。
一、油菜的耐盐性评价方法1. 盐分测定法:利用电导率仪或电导测量表来测定土壤中的盐分含量,以了解盐碱土壤的盐分浓度。
2. 盐害指标评价法:通过观察油菜种子的萌发情况和幼苗的生长状态,以及成熟期植株的产量和品质来评估其耐盐性。
二、盐碱地油菜的耐盐性评价结果实验证明,油菜在一定范围内能够耐受盐分的胁迫,但超过一定的盐分浓度时会出现盐害现象。
一般来说,油菜的耐盐性可分为以下几个级别:1. 高耐盐性:在盐分浓度较高的盐碱地上仍能正常生长,并能够较好地完成生育过程。
2. 中耐盐性:在中等盐分浓度的盐碱地上能够生长,但生育过程中会受到一定程度的抑制。
3. 低耐盐性:在相对低盐分浓度的盐碱地上能够生长,但生育过程受到较大抑制。
具体评价结果需要根据不同品种的实验结果来确定,在不同盐分浓度下观察油菜的生长状态、产量和品质等指标,从而判断其耐盐性的级别。
三、新品种的筛选为了培育更具耐盐性的油菜品种,研究人员通过杂交选育、基因工程和辅助育种等手段筛选出了一些新品种。
这些新品种具有更高的耐盐性,能够在较高盐分浓度的盐碱地上生长,同时保持较高的产量和品质。
新品种的筛选主要基于以下几个方面进行:1. 种质资源筛选:通过鉴定和筛选不同地理种源的油菜种质资源,挑选出具有较强耐盐性的作为亲本材料,进行后续的杂交选育。
2. 辅助育种:通过分子标记等辅助育种方法,筛选出与盐分耐受性相关的基因,进而利用这些基因进行杂交选育,培育出耐盐性更强的新品种。
3. 生理研究:通过对油菜耐盐性的生理研究,了解油菜在盐碱环境下的适应机制,从而通过育种手段改良油菜的抗盐性。
通过以上筛选方法,可以培育出适应不同盐分浓度的油菜新品种,进一步提高盐碱地的利用效率,为油菜种植业的发展做出贡献。
农业生物技术如何提高作物耐盐性在全球范围内,土壤盐渍化是一个严重影响农业生产的问题。
随着人口的增长和可耕地的减少,提高作物在盐渍化土壤中的生长能力变得至关重要。
农业生物技术作为一种强大的工具,为解决这一问题提供了新的途径和可能性。
首先,我们需要了解为什么盐渍化会对作物生长产生不利影响。
盐分会在土壤中积累,导致土壤溶液的渗透压升高。
这使得作物根系吸收水分变得困难,就好像我们在口渴的时候,面对的却是一杯浓度过高的盐水,难以从中获取所需的水分。
同时,高盐环境还会对作物细胞产生毒害作用,干扰正常的生理代谢过程。
那么,农业生物技术是如何发挥作用来提高作物的耐盐性呢?其中一个重要的方面是基因工程。
科学家们通过研究,已经发现了一些与耐盐性相关的基因。
比如,某些基因能够编码一些特殊的蛋白质,帮助作物细胞维持离子平衡,将过多的钠离子排出细胞,或者将钾离子保留在细胞内。
通过基因工程技术,将这些耐盐基因导入到作物中,就有可能使作物获得更强的耐盐能力。
例如,科学家将一种来自耐盐植物的基因导入到普通作物中,经过精心的筛选和培育,获得了在盐渍化土壤中能够正常生长和发育的新品种。
这种方法就像是给作物装上了一套特殊的“防护装备”,让它们能够在恶劣的盐渍环境中“顽强生存”。
除了基因工程,分子标记辅助选择也是一种有效的生物技术手段。
在作物的基因组中,存在着一些与耐盐性相关的分子标记。
通过检测这些标记,育种专家可以在早期阶段就筛选出具有潜在耐盐性的作物个体,从而大大提高育种的效率和准确性。
另外,细胞工程技术在提高作物耐盐性方面也发挥着重要作用。
通过组织培养和细胞培养技术,可以筛选出具有耐盐特性的细胞系,并进一步培育成完整的植株。
这种方法可以快速获得大量具有相同耐盐性状的作物植株。
在农业生物技术的应用中,还需要考虑到一些实际问题。
比如,基因工程作物的安全性和环境影响是公众关注的焦点。
因此,在进行基因工程操作时,必须遵循严格的法规和伦理准则,确保转基因作物对人类健康和环境无害。
水稻耐盐性和抗旱性候选基因的筛选和功能鉴定水稻是世界上最受欢迎和重要的食物作物之一,但是全球气候变化带来的高温、干旱和盐碱化等问题给水稻生产带来了很大的挑战。
因此,寻找耐盐和抗旱的水稻品种成为了近年来许多科研工作者的关注点。
这其中,对水稻耐盐性和抗旱性候选基因的筛选和功能鉴定尤为重要。
一、水稻盐碱胁迫和水分胁迫对生长发育的影响盐碱化是指土壤中含有过量的盐分及钠离子,这会对水稻的生长发育造成不利影响。
角叉菜素的积累使得细胞内钾离子和钙离子水平下降,细胞质膨胀基本停止并导致细胞的活性下降,影响根吸收水分和养分、进行气体交换和水分输导。
水分胁迫则指土壤中水分严重不足导致植物生长发育停滞。
长时间水分胁迫会影响水稻植株的代谢过程,导致植物的死亡和产量的下降。
二、水稻耐盐基因的筛选耐盐基因的筛选通常会经过多步骤,包括对水稻种质的选择,产生转化水稻基因工程的材料,以及进行基因转化等。
在这里,我们可以通过PCR技术、基因芯片等高通量技术来快速鉴定诸如Na+/H+和K+/Na+等离子转运基因、钾膜转运基因、糖脯氨酸代谢相关基因等与耐盐性相关的基因。
三、水稻抗旱基因的筛选抗旱基因的筛选同样需要多步骤,包括对水稻种质的选择,在不同水分胁迫环境下筛选出“抗旱型”材料,进行基因定位和克隆等。
基于RNA测序和DNA芯片技术的转录组学和代谢组学技术可以广泛应用于水稻抗旱基因筛选的过程。
例如通过比较受胁迫和未受胁迫的样品之间的转录组差异得到抗旱基因的筛选结果。
四、水稻耐盐基因的功能鉴定功能鉴定是为了确定基因是否与特定的生物学特征相关。
基于基因克隆技术,通常会将某些耐盐基因进行克隆和表达,进而转入水稻材料进行转化。
之后,我们可以通过形态学和生理学对转化水稻进行发育和响应盐碱胁迫的观察,可以发现盐胁迫时,转化水稻有较强的生长能力。
此外,我们还可以利用CRISPR/Cas9等基因编辑技术,剔除某些耐盐基因后观察生长发育和胁迫响应,来进一步验证这些基因是否与耐盐性有关。
水稻育种中耐盐碱基因组筛选与研究一、水稻的耐盐碱性作为世界上最主要的粮食作物之一,水稻的种植一直受到各种自然和人为因素的影响,其中最重要的因素就是土壤的性质,尤其是土壤的盐碱化程度。
水稻的耐盐碱性成为了近年来水稻育种的研究焦点之一,因为它是保障产量和稳定粮食供应的重要因素。
在水稻的种植过程中,土壤中会出现许多有害物质,比如氯化钠、碳酸钠等,它们会导致土壤 PH 值的变化,从而影响植物的生长和发育。
在攻克水稻耐盐碱性的过程中,科学家们致力于研究水稻耐盐碱的机理,找到种植耐盐碱水稻的方法,以满足产量的需求。
二、耐盐碱基因组筛选与研究1. 基因组学研究基因组学研究是通过对水稻基因组的分析,找到具有耐盐碱特性的基因,以帮助科学家们找到水稻的耐盐碱机理,并为培育高产地耐盐碱水稻品种提供参照。
在基因组学研究中,科学家们通常采用高通量测序技术,通过对不同阳性和阴性水稻基因组的比较来确定与耐盐碱性相关的基因。
2. 基因编辑技术基因编辑技术可以通过人工编辑基因来改变植物的性状,从而使耐盐碱的水稻品种成为可能。
利用 CRISPR-Cas9 等技术,人们可以更快、更精准地将耐盐碱基因导入到水稻中,实现基因的高效编辑。
基于这种新的基因编辑技术,一些研究者采用了 CRISPR-Cas9 作为基因编辑工具,针对水稻碱性耐受性的关键基因,进行了靶向基因编辑。
这种基因编辑技术有望将常规水稻变成耐盐碱稻,并具有广泛的应用前景,可以应用于水稻高产耐盐碱育种。
3. 其他方法针对水稻的耐盐碱性研究中,还有许多其他方法和技术被广泛用于基因筛选和研究,比如基于代表性区域的大规模 EST-SSR 分析、基因芯片分析和转录组分析等。
这些方法可以帮助研究者们研究水稻的基因组和种植条件,为培育耐盐碱性水稻品种提供可靠的理论和实践基础。
三、总结耐盐碱基因组的筛选和研究是保障高产地耐盐碱水稻品种的重要途径。
虽然目前研究工作还面临着许多挑战,但随着新的基因编辑技术的推出和基因组学研究的深入,未来耐盐碱水稻品种育种将会迎来更为广阔的发展空间和更好的理论基础。
旱稻种质资源的耐盐性鉴定评价造成土壤盐碱化的原因有很多,其中一种主要的原因是灌溉水中含有过多的盐分,导致土壤盐分积累过高。
盐碱土壤的存在严重限制了农作物的种植和发展。
对于旱稻种质资源的耐盐性评价,既可以为盐碱地上的农田选择耐盐稻种提供参考,又可以帮助研究人员深入了解旱稻的耐盐机制,为品种改良提供基础。
一、耐盐性评价的方法1.田间鉴定:田间鉴定是对旱稻品种在盐碱土壤上的适应性进行评价。
可以将不同品种的旱稻分别种植在盐碱土壤和正常土壤中,通过观察旱稻的生长状况、产量和品质等指标来评价其耐盐性。
2.室内鉴定:室内鉴定是通过模拟盐碱环境,以浸种或种子萌发等方式进行耐盐性评价。
具体操作可以采用浸种法、溶液培养法、萌发试验等方法来评价旱稻的耐盐性。
通过观察旱稻种子的发芽率、幼苗的生长状况等指标来评价其耐盐性。
二、耐盐性评价的指标对于旱稻种质资源的耐盐性评价,可以从生物学性状、形态性状、生理性状和分子生物学性状等多个方面进行评价。
1.生物学性状:评价旱稻种质资源的生物学性状,可以包括旱稻的生长状态、株高、叶片颜色、茎粗、穗长度和耐倒伏性等指标。
通过对比不同品种在盐碱土壤和正常土壤中的差异,来评价旱稻的耐盐性。
2.形态性状:评价旱稻种质资源的形态性状,可以包括旱稻的叶片形态、根系发育情况、根长、根重和根毛密度等指标。
通过观察这些形态性状的差异,来评价旱稻的耐盐性。
3.生理性状:评价旱稻种质资源的生理性状,可以包括旱稻的叶绿素含量、气孔导度、光合速率和叶片电导率等指标。
通过测试这些生理性状的差异,来评价旱稻的耐盐性。
4.分子生物学性状:通过分析旱稻种质资源在盐胁迫下的基因表达谱,可以研究旱稻的耐盐基因。
通过检测旱稻种质资源的脱落酸(ABA)含量、活性氧(ROS)含量和抗氧化酶活性等指标,来评价旱稻的耐盐性。
三、旱稻种质资源耐盐性的评价结果及应用通过耐盐性评价,可以筛选出具有较强耐盐性的旱稻品种,并进一步研究其耐盐机制。
目前土壤盐渍化是制约粮食生产的主要因素之一,中国盐碱土壤分布广,土壤盐渍化极大程度的制约着干旱半干旱及滨海地区的农业发展,更由于土地利用不当,部分国家和地区还在不断产生次生盐渍化土壤。
我国1亿hm 2可耕地,其中盐渍化耕地面积为666万hm 2左右,另外约有3333万hm 2盐碱荒地[1]。
水资源日益贫乏,盐碱旱地面积有增无减。
土壤盐渍化与水资源短缺成为全人类日益面临的严重生态问题,是制约农作物产量提高农业发展的重要限制因素。
目前,改良盐碱土壤是一个长期而艰巨的任务,选育抗旱耐盐碱小麦品种是最有效快捷的方法,因此,耐盐育种愈来愈受到人们的重视,在选育耐盐作物品种时,利用现有的耐盐性较强的种质资源作为亲本材料,通过杂交技术手段选育后代,使得耐盐性状得以表现,从而选育出具有耐盐性的综合性状非常优良的品种。
传统的育种方法在选育过程中盲目性较大,目标基因不易表达,笔者根据国内外生态育种的经验[2-3],结合多年抗旱耐盐碱小麦育种实践,总结创立了多生态条件两圃交叉育种的耐盐育种方法,应用于冬小麦抗旱耐盐碱丰产新品种选育,利用现有的育种技术先后育成了多个不同类型的抗旱耐盐小麦品种,例如沧麦6002、沧麦6003、沧麦6005等十几个品种,并用于生产,育种成效显著。
1小麦抗旱耐盐育种的理论基础小麦耐盐性状是多基因控制的数量性状,是由遗传性和环境因素共同作用的结果[4],其表现型受作物多个性状的综合作用。
迄今为止,国内外学者从小麦形态结构、生理生化机制及分子水平等方面对其耐盐性及其相关性状都进行了大量研究,对小麦抗旱耐盐育种有一定的指导意义[6-8]。
2抗旱耐盐育种技术路线传统的育种方法只是对单一性状的改良,选择范围窄、品种适应地区较少,局限性大,随着经济水平、栽培技术、市场结构及育种水平提高等条件的变化,新老品种接替需求越来越强烈,小麦育种是改变现状的唯一途径。
目前随着人们生活条件的改善,对小麦的性状要求也在发生着变化,促使小麦育种方法不断的更新,对抗旱耐盐碱小麦育种的需求也进入了一个新的阶段,同时抗旱、耐盐、高产、高效、优质小麦新品种的选育难度也增加了,只依靠传统方法、单一育种环境很难实现育种目标,目标性状在选育过程中不能充分表达,选育难度加大。
小麦耐盐种质的筛选鉴定及利用随着全球气候变化和全球化进程的加速,盐碱地的威胁日益严重,对作物生产产生的影响也越来越明显。
因此,寻找适应盐碱环境的耐盐作物种是解决盐碱化问题的重要途径之一。
小麦是人类主要的粮食作物之一,在世界各地广泛种植,耐盐小麦品种的研究对世界粮食安全产生了重要的影响。
本文将阐述小麦耐盐种质的筛选鉴定及利用。
一、小麦耐盐种质的筛选小麦是对土壤盐碱度较为敏感的作物之一,因此在筛选具有耐盐性的小麦种质时,需要注意以下几个方面:1. 选择地理分布广泛的种质一般来说,小麦地理分布范围广的种质具有更强的适应性和耐受性,因此在筛选耐盐种质时,需要优先选择这些种质。
2. 选择品种亲缘关系较远的种质小麦的亲缘关系越远,表现出的性状差异也越大,因此可以通过选择品种亲缘关系较远的种质,来获得更多的遗传变异性。
3. 选择从盐碱地中筛选出的种质在盐碱地中生长的小麦会逐渐形成一种适应盐碱环境的基因型,这些种质具有更强的适应能力和耐性,因此需要选择这些种质进行筛选。
二、小麦耐盐种质的鉴定在筛选出具有耐盐性的小麦种质后,需要进行鉴定,以确定其耐盐性程度和适应性。
1. 盆栽鉴定盆栽鉴定是小麦耐盐性评价的一种简便方法,通过将小麦种子或幼苗栽于含有一定浓度盐水的培养液中,观察其生长情况来评估其耐盐性。
2. 土槽鉴定土槽鉴定是较为常用的耐盐性鉴定方法,通过在盐碱性土槽中对小麦进行栽培,观察其生长情况来评估其耐盐性。
3. 田间试验和实际栽培观察为了更为准确地评估小麦的耐盐性和适应性,需要进行田间试验和实际栽培观察。
在实际栽培中,通过观察小麦的生长情况、产量和品质等指标,来评估其在盐碱地上的适应性和耐盐性。
三、小麦耐盐种质的利用小麦耐盐种质的利用主要是通过育种来培育更具耐盐性的小麦品种。
具体的方法包括:1. 优异近交系选择通过近交选择优异材料,在将其遗传纯化后,筛选出具有更强耐盐性的小麦品种。
2. 杂交育种通过不同优良耐盐小麦间的杂交,如固育5号和灰硬10号之间的杂交,获得耐盐稳定的品种。
NaCl胁迫下韭菜芽苗期耐盐性研究摘要:为评价韭菜(AlliumtuberosumRottlerexSpreng.)芽苗期的耐盐性,测定了不同浓度NaCl胁迫下韭菜6个材料的种子萌发及早期幼苗生长的农艺性状。
结果表明,在NaCl胁迫下,韭菜不同材料的相对发芽指数、相对发芽率、相对活力指数均表现出显著差异;不同韭菜材料的芽苗期耐盐性不同,供试品种天津大弯苗的耐盐性最强,紫根韭菜的耐盐性最弱。
韭菜的种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、幼苗根长、芽长和鲜重等均与NaCl胁迫浓度呈极显著的负相关,其中发芽指数与NaCl胁迫的相关性最强。
采用100mmol/LNaCl胁迫比较韭菜芽苗期的耐盐性时,种子相对发芽指数和相对发芽率是较适宜的评价指标。
关键词:NaCl胁迫;韭菜;耐盐性;发芽指数盐胁迫是影响植物生长发育和农作物产量的主要环境胁迫因子之一,土壤盐渍化和作物盐害是世界性的问题,全世界有9.55亿hm2的盐碱地,我国约有0.26亿hm2[1];仅天津市盐渍化土壤就达42.20万hm2,盐渍化耕地面积20.73万hm2[2]。
因此,植物耐盐性的研究受到了广泛重视,选育农林作物耐盐品种对盐渍化土壤的开发利用具有重要的意义。
种子萌发期和幼苗期是大多数作物全生育期中对盐胁迫最为敏感的时期,因此对蔬菜等农作物耐盐性的研究大多在种子发芽期进行[3-6]。
韭菜(AlliumtuberosumRottlerexSpreng.)为百合科(Liliaceae)葱属(AlliumL.)多年生蔬菜作物,原产于中国;其风味独特、营养丰富,且含粗纤维较多,能促进肠胃蠕动、利于排泄,具有多种药用功能,鲜韭菜特别是韭菜子还有补肾壮阳固精的功能;但韭菜耐盐性的研究较少。
我国沿海地区土壤盐渍化的盐分构成以氯化盐为主,因此,笔者研究了在不同浓度NaCl胁迫下,6个韭菜材料的种子萌发情况,旨在分析它们的芽苗期耐盐性,并为韭菜材料的耐盐性筛选提供简便适宜的评价指标。
淮北师范大学2013届学士学位论文毕业论文(设计)的题目植物耐盐机制的研究进展学院、专业生命科学学院生物科学研究方向逆境植物生理学学生姓名黄晓丹学号20091501047指导教师姓名张强指导教师职称副教授2013年 3 月 29 日目录引言 (3)1植物耐盐性的研究 (3)1.1渗透调节物质的积累....................................................................................................................1.2离子区域化 (1)1.3维护膜系统的完整性 (2)1.4大分子蛋白的积累 (2)2 如何提高植物的耐盐性 (2)2.1 对现有植物进行耐盐性筛选 (3)2.2植物在组织器官水平上的耐盐机制 (3)2.3利用现代生物技术育种 (3)3 结语 (6)参考文献 (6)致谢 (8)植物根系耐盐机制的研究进展黄晓丹(淮北师范大学生命科学学院)(指导教师:张强)摘要:盐是影响植物生长发育和产量的最重要的环境因素之一。
长期处于盐性环境中植物的生理特性会发生一定的变化。
从生理学、生物化学、盐胁迫分子生物学机制的角度对植物对盐胁迫的反应研究进行了回顾,并提供了一些现有知识技术水平上可以提高植物盐耐性的办法。
对植物盐胁迫研究现状及进展情况进行了综述, 目的在于为开展植物抗盐机理研究、选育培育耐盐植物新品种提供依据。
关键词:盐胁迫;耐盐机制;离子吸收;抗氧化酶Progress of Studies on Salt Tolerance Mechanisms inPlant RootHUANG Xiao-dan(School of Life Science , Huaibei Normal University)Tutored by ZHANG QiangAbstract:Salinity is the major environmental factor limit ing plant growth and productivity. The responses of plant to salinity stress are reviewed with emphasis on physiological,biochemical,and molecular mechanisms of salt tolerance. Methods within current literature for enhancing salt tolerance of plants are provided. The current researches on salt stress in plants were summarized. This may help to study the salt tolerant mechanism and breeding new salt-toler ant plants.Keywords:salt stress; salt-tolerant mechanism ;ion absorption; antioxidant enzyme引言土壤的盐碱化问题一直威胁着人类赖以生存的有限土壤资源,是日益严重的环境和生态问题之一。
作物耐盐性状研究进展
l 耐盐性含义和耐盐机制种类
耐盐机制可分为6种:拒盐型、聚盐型、泌盐型、稀盐型、避盐型、活性氧清除等[2]。
有活性氧清除系统的植物通过SOD(超氧化物歧化酶)、POD(过氧化物酶)、CAT (过氧化氢酶)将活性氧清除出去,免受盐胁迫
一般盐土含盐量在0.2%~0.5%时就已对植物生长不利,而盐土表层含盐量往往可达0.6%~10%。
丙二醛时植物器官在逆境条件下发生膜脂过氧化作用的产物,可用于表示植物对逆境条件反应的强弱,从实验中也可证明小麦幼苗叶片中MDA含量随NaCl浓度的增加而增加,说明高浓度盐对植物生长产生了严重的伤害。
2 耐盐性的鉴定技术和指标
耐盐鉴定技术有直接鉴定法,如发芽鉴定(发芽率、发芽势)、形态鉴定(出苗率、盐害级别、苗期死叶率、相对生长量)和产量鉴定等;间接法有脯氨酸、甜菜碱、糖醇、多胺物质、钠钾离子含量的测定和酶活性的测定以及花粉萌发试验等。
群体耐盐指标:发芽率、发芽势、盐害指数、成活苗率、相对成活苗率。
3 对耐盐机制的研究
泌盐是盐生植物适应盐渍环境的一条重要途径----滨藜、柽柳.盐腺的泌盐机理,是一个主动的生理过程。
此类植物的叶片和茎部的表皮细胞在发育过程中分化成盐腺,通过盐腺把吸收到体内的盐分排出体外。
稀盐:形态学上的适应:茎或叶的肉质化.碱蓬(黄须菜)茎或叶的薄壁细胞组织大量增生,细胞数目增多,体积增大,可以吸收和储存大量水分,既可以克服植物在盐渍条件下由于吸水困难造成的水分不足,又可将吸收到体内的盐分稀释,保持低水平。
拒盐植物的抗盐机理
拒盐: 不让外界盐分进入植物体(大麦)或允许土壤中的盐分进入根部,但进入根部后大部分储存在根部,不再向地上部分运输,使地上部分盐分浓度保持较低水平,从而避免盐分的伤害作用。
如芦苇
脯氨酸是最重要和有效的有机渗透调节物质。
几乎所有的逆境,如干旱、低温、高温、冰冻、盐渍、低pH、营养不良、病害、大气污染等都会造成植物体内脯氨酸的累积,尤其干旱胁迫时脯氨酸累积最多,可比处理开始时含量高几十倍甚至几百倍。
脯氨酸在抗逆中有两个作用:
一是作为渗透调节物质,用来保持原生质与环境的渗透平衡。
它可与胞内一些化合物形成聚合物,类似亲水胶体,以防止水分散失。
二是保持膜结构的完整性。
脯氨酸与蛋白质相互作用能增加蛋白质的可溶性和减少可溶性蛋白的沉淀,增强蛋白质的水合作用。
盐胁迫与信号传递:现已确定, 细胞内Ca2+ 信号是最重要的信号分子之一, 处于调节细胞代谢和生长发育的多种信号途径的交叉点上。
钙离子可以减缓植物盐害、增强植物耐盐性, 其重要作用在于能维持细胞膜完整性, 并调节离子运输等。
盐胁迫下, 细胞游离Ca2+ 浓
度的增加显著减少了细胞Na+的浓度, 这可能是通过Na+ 吸收和运
输两方面完成的, 有证据表明: Ca2+ 是通过降低质膜透性来减少
Na+ 进入细胞的。
当植物受到盐胁迫时, 细胞内的Ca2+ 浓度增加,Ca2+ 通过与其主要受体CaM 结合, 从而进一步激活适当的蛋白激酶, 激发细胞产生应激反应, 这Ca2+ 的一般作用方式。
通过栽培措施也可提高耐盐性[13] :培肥、中耕、水旱轮作、地
膜覆盖、灌水洗盐、淤泥压盐等。
另外,还有化学物质改良(如石膏)、种子处理(如VB6)等措施。
4 耐盐品种的选育
耐盐品种选育的方法有杂交和回交育种、远缘杂交、体细胞突变筛选、分子标记辅助选择聚合育种、转基因育种、分子设计育种等。
5.提高植物抗盐性途径
(1)选育抗盐品种:采用组织培养等新技术选择抗盐突变体,培养抗盐新品种。
(2)抗盐锻炼:播种前用一定浓度的盐溶液浸种。
(3)使用生长调节剂:利用生长调节剂促进作物生长,稀释体内盐分。
脱落酸
ABA是一种胁迫激素,它在植物激素调节植物对逆境的适应中显得最为重要。
ABA主要通过关闭气孔,保持组织内的水分平衡,增强根的透性,提高水的通导性等来增加植物的抗性。
在低温、高温、干旱和盐害等多种胁迫下,体内ABA含量大幅度升高,这种现象的产生是由于逆境胁迫增加了叶绿体膜对ABA的通透性,并加快根系合成的ABA向叶片的运输及积累所致。
外施脱落酸对抗逆性的影响许多试验表明,外施适当浓度(10-6 ~10-4 mol·L-1)的脱落酸可以提高作物的抗寒、抗冷、抗盐和抗旱能力。
外施脱落酸后要经过一定时间(24 h以上)的代谢变化,才能
提高作物的抗逆性。
植物生长延缓剂能提高植物体内脱落酸的含量,提高抗逆性,已被广泛地应用于生产。
(4)改造盐碱土:合理灌溉,泡田洗盐,增施有机肥,种耐盐绿肥和耐盐树木以及耐盐碱作物
外施脱落酸提高抗逆性的原因,可以归纳为下列3点:
(1)减少膜的伤害逆境会伤害生物膜,而脱落酸可能使生物膜稳定,减少逆境导致的伤害。
有人认为脱落酸可以提高膜烃酰链(hydrocarbon acyl chain)的流动性;有人则认为脱落酸阻止还原态谷胱甘肽的减少;也有人认为脱落酸使极性脂类脂肪酸去饱和作用。
(2)减少自由基对膜的破坏经脱落酸处理后,会延缓SOD和过氧化氢酶等活性的下降,阻止体内自由基的过氧化作用,降低丙二醛等有毒物质的积累,使质膜受到保护。
(3)改变体内代谢外施脱落酸,可使植物体增加脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白质等的含量,从而使植物产生抗逆能力。
植物经历了某种逆境后,能提高对另一些逆境的抵抗能力,这种对不良环境之间的相互适应作用,称为交叉适应(或交叉保护)。
干旱或盐处理可提高水稻幼苗的抗冷性;
生长素能降低玉米根系对Na+的吸收能力。
(5)利用基因工程提高植物抗盐性。