發(fā)布時間：2017-12-29 00:00

  本文關(guān)鍵詞：狗牙根種質(zhì)資源的抗鹽性評價、鈉鉀調(diào)控機理研究及利用　出處：《南京農(nóng)業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：鹽堿土是地球陸地上廣泛分布的一種土壤類型,約占陸地總面積的25%,主要分布在內(nèi)陸干旱和半干旱地區(qū)以及海濱地區(qū)。隨著對鹽堿地的工業(yè)建設(shè)和生態(tài)建設(shè)的發(fā)展,帶來了大規(guī)模的綠化和生態(tài)恢復(fù)工程,這就需要大量抗鹽的綠化植物品種。另外含鹽再生水在園林綠化中的應(yīng)用和冬季融雪鹽的大量應(yīng)用也增加了對抗鹽綠化植物的需求。狗牙根(Cynodonspp.)是一類抗鹽的暖季型草坪草,在鹽堿地綠化和生態(tài)恢復(fù)中具有相當大的應(yīng)用潛力�？果}性評價和機理研究是植物抗鹽育種的基礎(chǔ)工作。本研究在狗牙根資源抗鹽評價的基礎(chǔ)上,對篩選出的抗鹽型和敏鹽型材料進行鈉鉀離子調(diào)控機制研究,并對選育的抗鹽優(yōu)質(zhì)材料在重度鹽堿地進行了配套的建植養(yǎng)護研究,最后提出“鹽土草坪”模式,并加以示范推廣,為以后狗牙根的抗鹽性持續(xù)育種和鹽堿地大面積推廣提供基礎(chǔ)。具體研究結(jié)果如下:1狗牙根種質(zhì)資源的抗鹽性評價1.1水培法抗鹽性評價采用水培法,研究了中國狗牙根主要分布區(qū)的51份野生種質(zhì)資源(普通狗牙根,Cda.tylon)、11份自主選育的優(yōu)良雜交狗牙根(C. transvaalensis×C.dactylon)品系和2份引進雜交狗牙根品種的抗鹽性變異。鹽脅迫顯著降低了所有參試材料的枝葉修剪干重,增加了葉片枯黃率,但材料間存在顯著的遺傳變異,普通狗牙根的相對葉片枯黃率和相對枝葉修剪干重變異系數(shù)分別為37.8%和30.0%,雜交狗牙根的變異系數(shù)分別為51.7%和29.1%。聚類分析表明,供試普通狗牙根材料可以分為4類,即抗鹽型、中等抗鹽型、中等敏鹽型、敏鹽型,雜交狗牙根分為抗鹽型、中間型和敏鹽型三類。鹽脅迫下枝葉的Na+濃度顯著增加,而K+濃度顯著降低,并且其也存在顯著的遺傳變異。相關(guān)性分析表明,普通狗牙根的抗鹽性與鹽脅迫下的枝葉Na+含量呈顯著負相關(guān)性,而與K+含量沒有顯著相關(guān)性;雜交狗牙根的抗鹽性與枝葉Na+含量的相關(guān)性較弱,而與對照和鹽脅迫的枝葉K+含量均呈顯著的正相關(guān)性。1.2 土培法抗鹽性評價在水培法基礎(chǔ)上,選擇26份普通狗牙根及2份雜交狗牙根,利用土培法用相同鹽度的鹽水灌溉進行進一步的抗鹽性驗證。結(jié)果表明,土培法同樣發(fā)現(xiàn)鹽脅迫抑制枝葉生長,增加葉片枯黃率。26份普通狗牙根間的相對葉片枯黃率和相對枝葉修剪干重變異系數(shù)分別為41.56%和25.47%,而其抗鹽性與鹽處理下的枝葉Na+含量呈極顯著的負相關(guān),與K+含量沒有顯著的相關(guān)性。2份雜交狗牙根之間相比,CH048的抗鹽性顯著強于Tifgreen,鹽脅迫下CH048具有顯著更低的枝葉Na+含量和更高的K+含量。比較水培和土培條件下相同指標的相關(guān)性,所有指標均分別呈極顯著的正相關(guān)。從上面這些結(jié)果可以看出,水培和土培兩個實驗的結(jié)果基本一致。1.3鹽堿地大田評價根據(jù)水培法和土培法實驗及前期相關(guān)實驗結(jié)果,試驗1中選擇抗鹽的C291-1、中等的C134、C174、引進品種Tifgreen、TifgreenⅡ和TifwayⅡ,試驗2中選用抗鹽的CH048和敏鹽的Tifgreen,在低養(yǎng)護條件下進行濱海重度鹽堿地的大田適應(yīng)性評價。試驗1的結(jié)果表明,TifgreenⅡ、C134和C291-1在大田環(huán)境下具有較好的適應(yīng)性,草坪質(zhì)量較高,綜合評分為5.0-5.5左右;TifwayⅡ的適應(yīng)性相對較弱,蓋度和顏色得分較高,均一性中等,綜合評分為為4.9,但在施肥后能快速提高草坪質(zhì)量;C174和Tifgreen的適應(yīng)性較差,蓋度、均一性、顏色中部分指標的得分較低,綜合評分為4.3-4.5左右。試驗2中CH048在重度鹽堿地具有相對較高的蓋度和草坪質(zhì)量,而Tifgreen在第二年就已經(jīng)基本死亡。這些評價結(jié)果為下一步優(yōu)良狗牙根在鹽堿地的推廣應(yīng)用提供很好的基礎(chǔ)。2鹽脅迫下狗牙根鈉鉀離子的調(diào)控機制2.1不同濃度NaCl處理對狗牙根鈉鉀離子吸收、轉(zhuǎn)運、分泌等的影響本研究以兩個不同抗鹽性的狗牙根為材料,研究了水培條件下不同濃度的NaCl(0、50、100、200和300 mM)對其生長、Na+和K+含量、光合作用的影響。結(jié)果表明,隨NaCl處理濃度增加,兩種狗牙根的根系長度和重量呈先增加后降低的趨勢,枝條長度和重量呈下降趨勢,但抗鹽型狗牙根的根系生長增加幅度更大,枝條生長下降程度更低。隨NaCl處理濃度增加,根系和葉片中的K+含量下降,Na+含量增加,Na/K比增加,根系到葉片的鈉鉀離子選擇性運輸能力增加,葉片Na+和K+的分泌能力增加,光合效率和氣孔導(dǎo)度下降,但抗鹽型狗牙根能夠維持更高的根系K+含量,更穩(wěn)定的葉片K+含量,更低的葉片Na+含量及根系和葉片Na/K比,更高的鈉鉀離子選擇性運輸能力和葉片鹽腺分泌能力,以及更高的光合效率和氣孔導(dǎo)度。對根毛區(qū)橫切面進行X-Ray微區(qū)分析后發(fā)現(xiàn),鹽脅迫下抗鹽型狗牙根的皮層細胞具有比維管柱內(nèi)細胞更高的Na+含量,而敏鹽型狗牙根相反。綜合來看,鹽脅迫下狗牙根通過限制Na+進入維管束、根系限制Na+而選擇K+往葉片運輸、葉片鹽腺選擇性分泌Na+,同時維持適當?shù)臍饪讓?dǎo)度來維持光合效率等途徑來減少葉片Na+的積累和維持K+的穩(wěn)定,并且抗鹽型材料具有比敏鹽型更強的鈉鉀離子調(diào)控能力。2.2采用cDNA-AFLP差異表達技術(shù)挖掘狗牙根鈉鉀離子調(diào)控相關(guān)基因以抗鹽型的狗牙根為材料,利用cDNA-AFLP技術(shù)分析了在NaCl脅迫2 h或24 h后根系基因差異表達狀況,獲得了 121個鹽脅迫后差異表達的轉(zhuǎn)錄衍生片段(TDFs),對這些TDFs序列進行BLASTX分析,共獲得63個可推測功能的序列。通過基因的GO功能分類,這些基因主要跟離子結(jié)合、膜轉(zhuǎn)運蛋白活性、DNA結(jié)合、激酶活性、ATP酶活性、轉(zhuǎn)錄因子活性等有關(guān)。利用qRT-PCR技術(shù)對可能跟鈉鉀離子調(diào)控有關(guān)的4個TDFs進行抗鹽型和敏鹽型間的表達差異分析,發(fā)現(xiàn)抗鹽型的 Sodium/hydrogen exchanger 6 (TDF36)和 Vacuolar H+-ATPase (TDF33)的表達在鹽處理2h和24h時均較Oh時有顯著增加,而敏鹽型沒有顯著的變化;兩個狗牙根的Potassium transporter2 (TDF11)表達在鹽處理2h和24h時均較Oh時有顯著增加,但抗鹽型的表達更高;兩個狗牙根的Probable voltage-gated potassium channel (TDF63)在鹽處理2h較Oh時有下降,而24h時又顯著增加。這一結(jié)果為理解狗牙根鈉鉀離子調(diào)控機制和挖掘抗鹽基因提供了一定的基礎(chǔ)。3外源調(diào)控物質(zhì)對狗牙根抗鹽性的調(diào)控3.1外源植物生長調(diào)節(jié)劑對狗牙根抗鹽性及離子調(diào)控的影響外源植物生長調(diào)節(jié)劑能改變植物的抗鹽性,然而對狗牙根抗鹽性以及不同離子調(diào)控途徑的影響還不清楚。本實驗通過外源噴施不同類型的生長調(diào)節(jié)劑研究其對狗牙根抗鹽性和不同鈉鉀離子調(diào)控途徑之間平衡的影響。結(jié)果表明,鹽脅迫下狗牙根的生長受到一定的抑制,根系和葉片的Na+含量增加,而K+含量減少,但是鹽腺密度增加,泌鹽能力增強,根系對抑制Na+而選擇K+的吸收能力及轉(zhuǎn)運能力增強。外源噴施赤霉素(GA)、6-芐氦基嘌呤(BA)和吲哚丁酸(IBA)后,狗牙根的高度和枝葉修剪干重僅在GA處理下顯著增加,而BA和IBA處理沒有顯著影響。噴施不同生長調(diào)節(jié)劑后,對狗牙根的鈉鉀離子吸收、轉(zhuǎn)運、分泌產(chǎn)生了不同影響,某個途徑的增加或減弱,會導(dǎo)致其他途徑的減弱或增強,說明狗牙根體內(nèi)這些離子調(diào)控途徑是相互作用的。3.2外源鉀處理對狗牙根抗鹽性及鈉鉀離子競爭的影響鹽脅迫下鈉抑制鉀的吸收,適當施用鉀肥能提高植物抗鹽性,然而NaCl脅迫下鉀營養(yǎng)對狗牙根抗鹽性及鈉鉀離子平衡的影響卻不明確。本研究表明,鹽脅迫下隨外源鉀處理濃度(0、0.1、1、5、10和20 mMKCl)增加,狗牙根的枝條長度、分枝數(shù)、枝條干重、根系干重、葉片含水量、根莖葉K+含量呈增加的趨勢,根莖葉的Na+含量及Na/K比呈下降趨勢,但KC1處理濃度≥5 mM時,多數(shù)指標不同KC1處理濃度間差異不顯著。葉片K+分泌隨鉀處理濃度增加呈增加趨勢,而葉片Na+分泌和鈉鉀離子選擇性運輸能力在0-1 mM KC1濃度范圍內(nèi)隨鉀濃度增加呈增加趨勢,但超過1 mM KCl后呈下降趨勢。兩個基因型間相比較,外源鉀濃度增加對提高抗鹽型品種C291-1的抗鹽性效果更好,可能跟其體內(nèi)具有更低的Na+含量和更強的Na+分泌有關(guān)。這些結(jié)果說明適當提高K濃度有利于鹽脅迫下K+對Na+的競爭性吸收,并提高選擇性轉(zhuǎn)運能力和分泌能力,提高狗牙根抗鹽性。4抗鹽型狗牙根在重度鹽堿地的輕簡化建植養(yǎng)護技術(shù)研究及示范根據(jù)前面抗鹽評價結(jié)果,選擇抗鹽優(yōu)質(zhì)的C291-1 ( '陽江')狗牙根在10‰左右的濱海重度鹽堿地進行建植養(yǎng)護技術(shù)研究。結(jié)果表明,對土壤進行簡易改良(有機肥2-4 kg/m2、磷石膏2-4 kg/m2、普通過磷酸鈣20 g/m2),采用滿鋪的方法可以在重度鹽堿地成功地建植'陽江'狗牙根草坪。草坪成活后中等的施肥量(全年施N 20 g/m2或15-15-15的復(fù)合肥100 g/m2),全年分4次施用,即可滿足草坪生長的需要,維持較高草坪質(zhì)量。干旱季節(jié)如果草坪發(fā)生萎蔫,可以適當補充灌溉微咸水(5～8ds/m以內(nèi))來維持生長。整合上述研究結(jié)果,提出了基于“鹽土-抗鹽草坪品種-鹽水灌溉”模式的鹽堿地草坪輕簡化建植養(yǎng)護技術(shù),初步實現(xiàn)了真正的“鹽土草坪”。這套模式在江蘇、山東等多個濱海重度鹽堿地進行了示范推廣,均形成了優(yōu)良的景觀效果和水土保持效果。綜合上述分析,通過本研究初步明確了我國野生狗牙根資源的抗鹽性遺傳變異和鈉鉀離子調(diào)控機制,研究結(jié)果提示鹽脅迫下狗牙根通過限制Na+進入維管束、根系限制Na+而選擇K+往葉片運輸、葉片鹽腺選擇性分泌Na+,同時維持適當?shù)臍饪讓?dǎo)度來維持光合效率等途徑來減少葉片Na+的積累和維持K+的穩(wěn)定,提高其抗鹽性。同時本研究結(jié)果也初步表明了鹽脅迫下狗牙根鹽腺密度增加,增加根際鉀濃度能增加對鈉的競爭吸收,并提示不同離子調(diào)控途徑之間是相互依存的。利用cDNA-AFLP差異表達技術(shù),獲得了一些可能跟離子調(diào)控相關(guān)的基因。根據(jù)選育的抗鹽狗牙根品種和配套的建植養(yǎng)護技術(shù),提出了“鹽土草坪”即“鹽土-抗鹽草坪品種-鹽水灌溉”的模式,在山東、江蘇等鹽堿地進行了示范推廣。通過本研究為后續(xù)挖掘狗牙根抗鹽基因、抗鹽性持續(xù)育種及鹽堿地的示范推廣提供了很好的基礎(chǔ)。
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【學位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S688.4
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本文編號：1347937