【摘要】：酸雨(acid rain,AR_)是世界性的環(huán)境問題,導(dǎo)致農(nóng)林業(yè)減產(chǎn)和巨額經(jīng)濟損失,因此尋找有效的減輕植物酸致傷的途徑顯得尤為重要。鈣(calcium,Ca~(2+))作為植物體內(nèi)必要的營養(yǎng)元素和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的第二信使,是植物抗逆研究的熱點。本文利用高效液相色譜儀、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、實時熒光定量PCR等手段來研究外施Ca~(2+)(Ca~(2+)1/5 mM,Ca~(2+)2/10 mM)對酸雨(AR_1/pH 4.5,AR_2/pH 3.0)處理下不同生育期(幼苗期、結(jié)莢期和鼓粒期)大豆生長、抗逆能力、質(zhì)膜質(zhì)子泵活性、營養(yǎng)元素含量及根系質(zhì)膜質(zhì)子泵基因(GmPHA1)相對表達量的影響,從質(zhì)膜質(zhì)子泵調(diào)節(jié)營養(yǎng)吸收的角度探究外施Ca~(2+)緩解酸雨對不同生育期大豆生長與抗逆能力的影響,以及Ca~(2+)調(diào)節(jié)質(zhì)膜質(zhì)子泵活性的內(nèi)在機制,為緩解酸雨導(dǎo)致的農(nóng)作物減產(chǎn)及品質(zhì)下降提供理論依據(jù)。實驗主要結(jié)果如下:(1)考察外施Ca~(2+)對酸雨脅迫下不同生育期大豆生長與抗逆能力影響的結(jié)果表明:AR_1和AR_2顯著抑制大豆的生長,同時導(dǎo)致大豆葉綠素含量下降,根系質(zhì)膜透性增大,影響程度:AR_1AR_2,幼苗期鼓粒期結(jié)莢期;AR_1+Ca~(2+)1、AR_1+Ca~(2+)2處理組大豆生物量、葉綠素含量高于AR_1處理組,根系質(zhì)膜透性低于AR_1處理組,Ca~(2+)對幼苗期和結(jié)莢期大豆生長與抗逆能力的緩解效果AR_1+Ca~(2+)1處理組優(yōu)于AR_1+Ca~(2+)2處理組,而在鼓粒期Ca~(2+)的緩解效果AR_1+Ca~(2+)1與AR_1+Ca~(2+)2處理組無顯著差異;AR_~(2+)Ca~(2+)1、AR_~(2+)Ca~(2+)2處理組大豆生物量、葉綠素含量仍低于CK,但顯著高于AR_2處理組,根系質(zhì)膜透性仍大于CK,但顯著低于AR_2處理組,且Ca~(2+)緩解效果AR_~(2+)Ca~(2+)1處理組優(yōu)于AR_~(2+)Ca~(2+)2處理組,說明外施Ca~(2+)可以緩解酸雨脅迫對大豆生長的抑制、促進葉綠素合成、維持根系質(zhì)膜完整性,但緩解效果受酸雨強度限制,其中Ca~(2+)對大豆生長的調(diào)控效果:幼苗期鼓粒期結(jié)莢期�；謴�(fù)5天后,AR_1+Ca~(2+)1、AR_1+Ca~(2+)2處理組大豆生物量仍高于AR_1處理組,說明外施Ca~(2+)對緩解pH 4.5酸雨對大豆生長的抑制具有實效性;AR_~(2+)Ca~(2+)1、AR_~(2+)Ca~(2+)2處理組大豆生長、葉綠素含量優(yōu)于脅迫期,可見外施Ca~(2+)可以有利于AR_~(2+)Ca~(2+)1和AR_~(2+)Ca~(2+)2處理組大豆生長、葉綠素含量的恢復(fù),但恢復(fù)程度受酸雨強度限制。(2)考察外施Ca~(2+)對酸雨脅迫下質(zhì)膜質(zhì)子泵活性與營養(yǎng)吸收的影響結(jié)果表明:AR_1處理組大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵活性升高,升高幅度:幼苗期結(jié)莢期鼓粒期,AR_2抑制大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵活性,抑制程度:幼苗期鼓粒期結(jié)莢期;AR_1、AR_2處理組大豆中NO3-、P、K、Na、Mg和Zn的含量下降,下降幅度:AR_1AR_2。AR_1+Ca~(2+)1處理組大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵活和鈣泵活性接近CK水平,相比AR_1處理組降低,大豆中NO3-、P、Mg和Zn含量接近CK水平,K含量仍低于CK,但顯著高于AR_1處理組;AR_~(2+)Ca~(2+)1處理組大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵和鈣泵活性仍低于CK,但顯著高于AR_2處理組,ATP含量低于CK,NO3-、P、K、Mg和Zn的含量低于CK,但顯著高于AR_2處理組�？梢娡馐〤a~(2+)可以通過調(diào)控質(zhì)膜質(zhì)子泵活性加速ATP的水解調(diào)控大豆對NO3-、P、K、Mg和Zn的吸收,但Ca~(2+)的調(diào)控效果受酸雨強度限制,其中Ca~(2+)對質(zhì)膜質(zhì)子泵活性調(diào)控幅度:幼苗期鼓粒期結(jié)莢期。幼苗期、結(jié)莢期和鼓粒期大豆中Fe、Mn、Cu和Mo元素的變化規(guī)律不一致,這可能與不同生育期大豆植株生長節(jié)律以及抗酸能力差異有關(guān)�；謴�(fù)5天后,AR_1處理組大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵活性仍高于CK,AR_2處理組大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵活性仍低于CK。AR_1+Ca~(2+)1處理組質(zhì)膜質(zhì)子泵活性與CK無差異,且NO3-、P、K、和Zn含量接近CK水平,可見外施Ca~(2+)對pH 4.5酸雨下大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵活性的調(diào)控具有實效性,有利于大豆中NO3-、P、K和Zn含量的維持在正常水平;AR_~(2+)Ca~(2+)1處理組大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵活性仍低于CK,但顯著高于AR_2處理組,且高于脅迫期,NO3-、P、K、Na、Mg和Zn的含量顯著高于AR_2處理組,可見外施Ca~(2+)有利于AR_~(2+)Ca~(2+)1處理組大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵活性的恢復(fù)(向CK靠近),有利于NO3-、P、K、Na、Mg和Zn的吸收,從而有利于大豆的生長、葉綠素含量的恢復(fù)以及根系質(zhì)膜穩(wěn)定,但恢復(fù)程度受酸雨強度限制。(3)考察外施Ca~(2+)對酸雨脅迫下質(zhì)子泵活性的調(diào)節(jié)機制研究表明:AR_1處理組大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵基因(GmPHA1)相對表達量升高(幼苗期119%、結(jié)莢期186%、鼓粒期153%),而AR_2處理組GmPHA1的相對表達量下降(幼苗期81%、結(jié)莢期67%、鼓粒期71%);AR_1+Ca~(2+)1處理組GmPHA1相對表達量接近CK水平,有利于大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵活性維持在正常水平;AR_~(2+)Ca~(2+)1處理組GmPHA1相對表達量相比AR_2處理組有所升高,升高幅度:幼苗期鼓粒期結(jié)莢期,與AR_~(2+)Ca~(2+)1處理組質(zhì)膜質(zhì)子泵活性變化規(guī)律一致�？梢奀a~(2+)對GmPHA1基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是Ca~(2+)調(diào)控酸雨脅迫下大豆質(zhì)子泵活性的內(nèi)在機制之一�；謴�(fù)5天后,AR_1處理組大豆根系GmPHA1仍保持較高的轉(zhuǎn)錄水平,且大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵活性仍高于CK;AR_2處理組GmPHA1基因轉(zhuǎn)錄水平高于CK,質(zhì)膜質(zhì)子泵活性仍低于CK,說明AR_2處理組GmPHA1在恢復(fù)期對大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵活性的調(diào)控作用不明顯,可能是因為質(zhì)膜質(zhì)子泵還受其他因素的影響;AR_1+Ca~(2+)1處理組GmPHA1相對表達量高于CK,但低于AR_1處理組(幼苗期125%、結(jié)莢期206%、鼓粒期123%),有利于該處理組大豆質(zhì)子泵活性維持在正常水平;AR_~(2+)Ca~(2+)1處理組GmPHA1相對表達量相比AR_2處理組升高,且大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵活性高于AR_2處理組,說明Ca~(2+)使GmPHA1轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)從而使該處理組大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵活性恢復(fù)程度增大。綜上所述,外施適宜濃度的Ca~(2+)可以緩解酸雨對大豆生長的抑制、促進葉綠素合成和穩(wěn)定根系質(zhì)膜,同時調(diào)控大豆根系質(zhì)膜質(zhì)子泵、鈣泵活性,使得酸雨脅迫下根系能維持正常的營養(yǎng)吸收功能,提高植物耐酸性,但緩解程度受酸雨強度限制,Ca~(2+)對幼苗期大豆的調(diào)控效果最佳。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S565.1;X517

【參考文獻】

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本文編號：2466929