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复合盐碱胁迫下半野生棉苗期耐盐性综合评价及其关键生理指标的变化

更新时间:2009-03-28

盐碱胁迫是农作物面临的主要生态危机之一,严重制约着产量与品质,限制农业经济的发展。近年来,全球土壤盐碱化呈现逐步加重趋势[1-3]。我国盐碱地面积大约是670万hm2,相当于耕地总面积的7%左右,尤其是在我国主体棉区的新疆不同程度盐渍化面积占总耕地面积的三分之一,而且大部分是复合盐碱[4]。棉花较为耐盐,是盐碱地的主要作物之一[5],发展盐碱地植棉特别是新疆地区复合盐碱地植棉,是促进我国棉花生产发展的重要方向。生产上的棉花,或多或少会受到盐碱的危害,主要表现是影响种子萌发和破土出苗。棉花出苗后生长所需物质开始由子叶供给转变为从外界吸收,土壤中盐浓度过大使土壤水分的溶质含量提高,造成植物吸水困难,影响幼苗吸水,而造成生理干旱。另外,土壤中积盐过多还会妨碍棉花对一些必需营养元素的吸收,导致营养亏缺[6-8],从而导致棉花幼苗畸形、萎蔫甚至死亡。可见,探索棉花复合盐碱响应机理,选育具有复合盐碱抗性的品种对于提高棉花经济效益,促进棉花生产安全具有重要意义。

半野生棉(Semi-wild cotton)是陆地棉的野生类型,又称野生种系(G.hirsutumrace),遗传多样性丰富,包括耐盐和盐敏感变异类型,是研究棉花抗性机理的良好材料。棉花材料耐盐鉴定,前人已有许多研究[9-18],这些研究大多集中在单一盐害对栽培棉生长发育的影响。戴海芳等[13]在单盐胁迫采用11个生理指标下的17份棉材料进行了鉴定评价,并构建了耐盐评价的回归模型。刘雅辉等[15-16]在NaCl胁迫条件下对不同棉花品种的耐盐形态指标(棉花苗期出苗率、株高、叶片数、叶面积和叶绿素)分别进行筛选,并对其抗性进行了综合评价,发现相对出苗率、相对株高和相对叶片数3个形态指标,K+/Na+、相对含水量和质膜透性3个生理指标为主要的耐盐鉴定指标。彭振等[17]通过2个耐盐和两个盐敏感的陆地棉品种,在NaCl胁迫处理后的13个形态及生理指标的测定分析,确定光化学效率可以作为唯一指标鉴定陆地棉苗期耐盐性,并构建了耐盐指数方程。张子学[18]发现在NaCl胁迫下,棉花叶片中的蛋白质含量随NaCl浓度增加而减少,而可溶性糖和丙二醛含量随NaCl浓度的增加而增加。同时也发现,在适宜的NaCl浓度下,叶片中可溶性糖和蛋白质的变化率愈高,丙二醛含量的变化率愈低,品种的耐盐性愈强。前人对单一盐害(NaCl)条件下,陆地棉耐盐鉴定的方法进行了很多的探索,但并未有定论。本研究在复合盐碱胁迫下对6份陆地棉材料以棉花生物量为指标对其进行综合评价,结果与新疆地区田间鉴定结果一致。可见,该方法准确性,可操作性较高。同时,在本研究中,采用9个生理生化指标对不同复合盐碱胁迫抗性的材料进行比较分析,发现活性氧平衡系统为复合盐碱胁迫响应的主要调控网络,维持活性氧稳态能够提高棉花对复合盐碱胁迫的抗性。本研究通过探索具有复合盐碱抗性差异的半野生棉材料及陆地棉栽培种的生理生化特征,解析复合盐碱抗性机理,为具有复合盐碱抗性的品种的选育提供了材料及理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择本实验室在新疆复合盐碱地多年鉴定筛选出的2份耐盐半野生棉材料玛丽加郎特棉85和阔叶棉32,2份盐敏感的半野生棉材料阔叶棉130和阔叶棉40[14]。同时选择2个陆地棉栽培材料为对照:抗盐性较好的中棉所16和较弱的中棉所12[19]。实验材料均采集于国家野生棉种质圃。

1.2 试验方法

参考国家标准发芽方法 (GB/T 3543.4-1995)滤纸卷发芽的方法在培养室育苗2~3 d后,挑选长势一致的幼苗移栽进行水培,首先采用蒸馏水进行培养,5 d后用二分之一Hoagland营养液中继续培养,期间每3 d更换一次营养液。至三叶期约20 d时,挑选长势一致幼苗,对6份材料分别进行复合盐碱处理和非复合盐碱的对照处理,每个处理24株幼苗。对照处理持续采用营养液培养,复合盐碱处理用复合盐碱溶液培养。试验重复3次。棉花种子在长日照(16 h/8 h的光照 /黑暗循环, 光照强度为 150 μmol·m-2·s-1),28℃的培养箱中进行萌发。幼苗在相对湿度为60%~70%,室温为28℃,光周期为16 h/8 h(光照/黑暗)的培养室中培养。复合盐碱溶液的组成参考新疆库尔勒地区29团9连1斗试验地(2012―2015年本实验室鉴定用地块)盐碱地离子成分设计(表1),土壤离子成分在中国科学院新疆生态与地理研究所中心实验室测定。

我就这样看着他们从我的身边仓皇地跑了过去。他们的嘴上都像衔了个羊水泡儿似的,还不住地嚷嚷,似乎在唱一首西洋歌曲:西、山、出、事、了……

 

表1 混合盐碱溶液组成Table 1 Ingredients of complex salt-alkali

  

混合盐碱组成Ingredients of complex salt-alkali浓度 /(mol·L-1)Concentration of substance Ca2+ 0.96 0.097 0 Cl 1.70 0.008 6 Na 1.67 0.141 1 HCO3 0.13 0.009 7 SO42- 5.02 0.058 3 K 0.19 7.50 Mg2+ 0.35 pH 7.50库尔勒地区盐碱地离子成分Saline-alkali land in Korla离子Ion土壤离子含量Mass/(mg·g-1)化合物Compound CaCl2 NaHCO3 Na2SO4 K2SO4 MgSO4·7H2O pH

1.3 取样及指标测定

分别在复合盐碱胁迫处理0 h,3 h,24 h,48 h后取新鲜根组织和棉苗倒2叶保存在液氮中,用于测定过氧化氢酶活性(CAT,可见光比色法),过氧化物酶活性(POD,愈创木酚比色法),抗超氧阴离子自由基活性(ASAR,比色法),超氧化物歧化酶活性(SOD,羟胺法),谷胱甘肽还原酶活性 (GR,比色法)和抗坏血酸过氧化物酶活性(APX,紫外比色法)共6种抗氧化酶活性,过氧化氢含量(H2O2,比色法),丙二醛含量(MDA,硫代巴比妥酸显色法)和脯氨酸含量(PRO,比色法)共3种代谢物的含量[20-24]。同时测定叶绿素相对含量(CHC,手持SPAD仪测定),重复测定棉苗顶端第二片真叶不同部位三次后计算平均值并记录。表型性状和生物量在处理后48 h测定,同时评价真叶损伤程度。利用精度为1 mm的卷尺测定株高和主根长度。取处理48 h后的6份材料的整株棉苗,使用干净且已消毒的剪刀将棉苗分为除子叶以外的叶片、不包含侧枝的茎和全部的根系,用精度为0.001 g的天平分别称量并记录叶鲜物质质量、茎鲜物质质量和根鲜物质质量。然后将上述叶片、茎、根分装到牛皮纸袋中并放置到80℃烘箱中12 h后,用天平测定叶干物质质量、茎干物质质量和根干物质质量。同时观察叶片枯萎程度,并拍照。然后,将叶片照片同比例缩小50%后置于1 mm×1 mm网格中,通过统计受损叶片所占网格数与叶片所占网格数的比值估算叶片受损程度并记录真叶受损程度值。

(2)模糊数学隶属函数值计算公式:当j指标与棉花复合盐碱抗性正相关时,Vij=(XijXjmin)/(XjmaxXjmin);当 j指标与棉花复合盐碱抗性负相关时,Vij=1-(XijXjmin)/(XjmaxXjmin)。 Xij表示 i材料的 j指标测定值;XjmaxXjmin分别是j指标最大值和最小值。

1.4 数据分析

我很佩服那些微小说的创作者,因为他们敢于“戴着镣铐跳舞”,不仅能在千字左右的有限篇幅里,刻画鲜明的人物形象,表现常人的喜怒哀乐,而且还能创造性地运用一些新颖的表现形式与贴切的表达技巧来吸引读者、感动读者。如下面的微小说《等》就是这样一篇作品,原文如下:

 

表2 试验指标Table 2 Index of experience

  

类型Category简写Abbreviation生物量Biomass指标Index根长Root length RL茎长Stem length SL根鲜物质质量Root fresh weight RFW根干物质质量Root dry weight RDW茎鲜物质质量Stem fresh weight SFW茎干物质质量Stem dry weight SDW叶鲜物质质量Leaf fresh weight LFW叶干物质质量Leaf dry weight LDW生理生化指标Physiological and biochemical index叶绿素相对含量Chlorophyll content CHC过氧化氢酶Catalase CAT超氧化物歧化酶Superoxide dismutase SOD抗坏血酸过氧化物酶Ascorbate peroxidase APX谷胱甘肽还原酶Glutathione reductase GR丙二醛Malondialdehyde MDA过氧化物酶Peroxidase POD抗超氧阴离子自由基Anti superoxide anion radical ASAR过氧化氢Hydrogen peroxide H2O2脯氨酸Proline PRO

(1)主成分分析赋权 W=∑[Fm)×Rjm)],Fm)是第m个主成分的方差贡献率,Rjm)是j指标在第m个主成分上的特征值。W归一化后即为j指标的权重Wj.

1.4.1主成分赋权灰色模型综合评价。采用灰色模型对植物抗逆性进行综合性评价的研究很多,而评价结果的精确程度很大程度上取决于赋权方法,本试验参考主成分赋权的方法[25],利用表型性状、生物量和相对叶绿素含量共9个指标对6份材料进行综合评价。采用主成分分析(PCA)确定每个指标的权重,采用模糊隶属函数确定每个指标的隶属值,按照灰色模型综合评价的方法,对6份棉花材料进行综合评价。

调查显示,从事竹林经营的家庭劳动力以1~2人为主,平均为1.64人,且随其家庭经营竹林规模的增加而稍有增加,经营面积接近1.33 hm2时劳动力人数达到最大;户均从事竹生产天数也表现出与此一致的规律。可见,由于竹林经营面积小吸纳不了太多的劳动力,致使剩余劳动力只能从事其他非竹行业。

(4) 在实际注浆过程中,速凝类浆液在短时间内物质形态会发生相变过程,即采用的单一的非牛顿流体本构模型难以准确地描述这一复杂特征,后续有必要在该方面做进一步探讨。

2.2.1 主成分赋权综合评价。为了了解本文中所选用的抗性评价指标解释不同材料抗性差异的贡献度,本研究采用主成分分析对所选用的指标进行赋权。 由表 4 可见,5 个主成分(F1,F2,F3,F4,F5)解释了全部的方差,能够用这5个主成分解释9个指标所反映不同材料间的差异。在第一主成分中茎干物质质量(SDW),茎鲜物质质量(SFW),根干物质质量(RDW),根鲜物质质量(RFW)为主要指标(特征值>0.400);第二主成分中叶干物质质量(LDW),叶鲜物质质量(LFW),茎长(SL)为主要指标(特征值>0.400);第三和第四主成分中根长(RL),叶绿素(CHC)相对值为主要指标(特征值>0.400);第五主成分中叶鲜物质质量(LFW)和茎长(SL)主要指标(特征值>0.400)。9个指标的权重大致相同,其中茎长、根鲜物质质量、根干物质质量、叶绿素含量权重较高 (>平均权重0.11),是反映复合盐碱胁迫下幼苗抗性的重要指标。根据所选用指标的权重,采用隶属函数的方法综合评价6份材料的抗性水平。6份棉花材料模糊隶属函数的结果汇总于表5。依函数最终隶属值的大小作为半野生棉苗期耐盐碱的评价标准,6份材料的顺序为:玛丽加朗特85>阔叶棉32>中棉所16>中棉所12>阔叶棉40>阔叶棉130。

2 结果与分析

2.1 复合盐碱对棉花幼苗表型的影响

2.2.3 生理生化指标分析。最终隶属值(MV)可以作为复合盐碱抗性的量化值,通过对9个生理指标与最终隶属值进行Spearman相关性分析和灰色关联度分析(见表6),所得的相关系数和灰色关联度可以作为判断9个生理指标与复合盐碱抗性的相关性的依据。可见,根部的过氧化氢酶(RCAT),根部的过氧化物酶(RPOD),叶绿素相对含量(CHC)与半野生棉的盐碱抗性呈显著的正相关性;根部的抗坏血酸过氧化物酶(RAPX)呈显著的负相关;RASAR,LPOD,RAPX与半野生棉的盐碱抗性关联度较高。为了了解半野生棉在复合盐碱胁迫后短期内(48 h)的生理响应模式,根据相关系数和灰色关联度排序,选择5个相关性较高的生理指标 RPOD,LPOD,RAPX,RCAT,RASAR分析其在盐碱胁迫后的动态变化。

2.2 复合盐碱抗性分析

(3)综合评价最终隶属度 MVi= ∑j[VijWj].1.4.2 聚类分析。对6个棉花材料的生物量和叶绿素相对值的9个指标采用最长距离法进行聚类分析。同时对9个指标进行主成分聚类分析。聚类分析结果用R package(plot)展示。1.4.3 相关性分析。对棉花幼苗根和叶的10个生理生化指标与最终隶属度进行线性相关性分析和灰色关联度分析。相关性分析采用Spearman等级相关模型,灰色关联度分析(Grey relational analysis)是一种多因素统计分析方法,用灰色关联度来描述因素间关系的强弱、大小和次序,若样本数据反映出的两因素变化的态势 (方向、大小和速度等)基本一致,则它们之间的关联度较大;反之,关联度较小。

 

表3 处理48 h后表型性状Table 3 Phenotype of treatment for 48 h

  

注:相同的小写字母表示没有显著性差异(P<0.05)。第1~4片真叶损伤程度(受伤叶片面积比率)值越大叶片损伤越严重。Note:Treatments with the same letters are not statistically different(P<0.05).*represents the value of leaves damage rate(area of injured leaf/total leaf area).

 

第4片真叶*Fourth leaf阔叶棉130 Latifolium130试验材料Material根长L株高H真叶损伤程度LDR第1片真叶*First leaf第2片真叶*Second leaf第3片真叶*Third leaf 0.90 a 0.80 c 0.97 a 0.73 a 0.65 a 0.00 a阔叶棉32 Latifolium32 0.92 a 0.97 ab 0.17 b 0.03 b 0.00 b 0.00 a阔叶棉40 Latifolium40 0.87 a 0.89 bc 0.40 b 0.20 b 0.23 ab 0.03 a玛利加郎特棉85 Marie-galante85 0.92 a 1.02 a 0.32 b 0.03 b 0.00 b 0.00 a中棉所12 CRI12 0.98 a 0.68 d 0.38 b 0.08 b 0.02 b 0.00 a中棉所16 CRI16 1.12 a 0.94 ab 0.38 b 0.10 b 0.05 b 0.05 a

 

表4 主成分分析赋权Table 4 Principal components analysis method to weight determination

  

注:F1~F5为分析所得主成分。Not:F1-F5represent the principal components.

 

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2.2.2 聚类分析。根据生物量和叶绿素相对值相关的9个指标,采用最短距离法将6份材料分四类(图1),第一类为中棉所16和阔叶棉32,第二类为阔叶棉40和阔叶棉130,第三类为玛利加郎特棉85,第四类为中棉所12。由此可见中棉所16与阔叶棉32抗性相似,阔叶棉40与阔叶棉130抗性相似。聚类分析能够根据各个指标之间的相对距离将多份材料归为几个类别。根据综合评价的最终隶属值结果和聚类分析结果判断玛利加郎特棉85为高度耐盐材料,中棉所16和阔叶棉32为耐盐材料,中棉所12为盐敏感材料,阔叶棉40和阔叶棉130为高度敏盐材料

数据处理分析采用 SAS8.2、Excel 2010软件。原数据为剔除异常值后重复的平均值。表型性状和生物量指标短期内变化不明显或无变化,所以采用相对值(相对值=复合盐处理测定数值/空白对照测定数值)作为材料间的差异分析。生理指标短期内变化迅速,采用变化值(变化值=混合盐处理48 h测定值-0 h测定值)更易揭示材料间差异。

  

图1 6份陆地棉材料聚类分析Fig.1 Cluster analysis of six differentGossypium hirsutumaccessions

 

表5 9个指标隶属函数值和相对值Table 5 Relative values and membership function values

  

阔叶棉130 Latifllium130阔叶棉32 Latifllium32玛利加郎特棉85 Marie-galante85阔叶棉40 Latifllium40中棉所12 CRI 12隶属函数MF RL 0.90 0.084 0.92 0.178 0.87 0.000 0.92 0.169 0.98 0.408 1.12 1.000 SL 0.80 0.352 0.97 0.843 0.89 0.604 1.02 1.000 0.68 0.000 0.94 0.780 RFW 0.66 0.000 0.83 0.140 0.81 0.122 1.87 1.000 0.99 0.270 0.68 0.019 RDW 0.69 0.000 0.93 0.176 1.04 0.261 2.03 1.000 0.71 0.012 0.73 0.027 SFW 0.46 0.000 0.75 0.200 0.65 0.130 1.94 1.000 0.49 0.022 0.69 0.156 SDW 0.83 0.000 1.17 0.217 0.85 0.013 2.43 1.000 0.83 0.000 1.08 0.157 LFW 0.39 0.000 0.51 0.345 0.54 0.447 0.62 0.687 0.73 1.000 0.51 0.371 LDW 0.61 0.072 0.59 0.000 0.63 0.132 0.68 0.273 0.95 1.000 0.63 0.112 CHC 0.87 0.405 1.03 1.000 0.76 0.000 0.99 0.823 0.89 0.483 0.94 0.645最终隶属值MV指标Index中棉所16 CRI 16相对值RV隶属函数MF相对值RV隶属函数MF相对值RV隶属函数MF相对值RV隶属函数MF相对值RV隶属函数MF相对值RV 0.109 0.369 0.205 0.809 0.329 0.356

 

表6 生理生化性状与耐盐性的相关性(Spearman)与灰色关联度分析Table 6 Correlation analysis(Spearman)and grey relational analysis of the physiology biochemistry characteristics and salt-alkali resistance

  

注:*表示显著相关,**表示极显著相关。Not:*represents significant correlation,**represents highly significant correlation.

 

指标Index关联性排序Location of grey relation RSOD 0.143 15 0.679 12 RASAR -0.543 8 0.822 1 RPRO -0.257 14 0.782 4 RPOD 0.812* 3 0.711 8 RMDA -0.543 7 0.762 6 RH2O2 0.657 5 0.655 17 RGR 0.029 19 0.657 16 RCAT 0.927** 1 0.625 19 RAPX -0.886* 2 0.797 3 LSOD -0.314 13 0.670 13 LROS -0.086 16 0.645 18 LPRO 0.429 11 0.662 15 LPOD -0.429 10 0.818 2 LMDA -0.559 6 0.710 9 LH2O2 -0.086 17 0.761 7 LGR 0.319 12 0.692 11 LCAT 0.029 18 0.669 14 LAPX -0.485 9 0.706 10 CHC 0.801* 4 0.770 5相关性Correlation相关性排序Location of correlation关联度Grey relation

本研究中采用相对值 (复合盐碱处理/非复合盐碱的对照处理)对6份材料的表型性状进行比较分析(表3)。复合盐碱胁迫后,不同材料的相对根长值差异不显著,但中棉所16根长复合盐碱胁迫处理比对照处理增加12%,阔叶棉40的根长复合盐碱处理相比对照处理降低13%,其它材料根长略有降低。在复合盐碱胁迫处理后,玛利加郎特棉85的相对株高值显著高于其它材料,株高增加2%。但其它材料的株高都有所降低,其中中棉所12和阔叶棉130降低幅度较大。尤其是中棉所12在复合盐碱处理后株高降低了32%。复合盐碱胁迫后不同材料间叶片受损程度变化不大,但阔叶棉130叶片受损严重,前3片真叶的受损程度与其它材料达到显著差异。阔叶棉40、中棉所12、阔叶棉130在盐处理初期,叶片已经开始严重萎蔫,在处理48 h时叶片开始枯萎变黄,并且严重倒伏。阔叶棉32在盐处理初期无明显变化,而后叶片逐渐干枯萎蔫。中棉所16和玛利加郎特棉85初期也无显著变化,48 h时一部分叶片边缘干枯。

  

图2 生理指标变化Fig.2 Change of the value of physiological and biochemical indices under stress

 

实线为相对耐盐材料,虚线为相对盐敏感材料。Salt tolerance plants use solid lines,and salt sensitive plants use dotted lines.

由图2分析可见,复合盐碱处理3 h时6份材料的LPOD活性均上升,在胁迫处理48 h时抗性强的3份材料趋于稳定,而抗性弱的3份材料LPOD活性下降。胁迫处理3 h时抗性差的材料RAPX出现下降,而48 h时基本稳定,抗性强的材料RAPX活性3 h时上升,48 h时降低。同样的,抗性差的材料RCAT活性先上升后下降,变化明显,抗性强的材料却表现得较为稳定。6份材料的RPOD活性和RASAR活性在胁迫处理后表现出先上升后下降的趋势。LPOD,RAPX和RCAT活性的变化在抗性不同的材料间具有特异性,其对盐胁迫的响应方式不同。

3 讨论

3.1 半野生棉复合盐碱抗性鉴定

目前,棉花的盐碱抗性研究主要集中的单盐NaCl和栽培棉的研究上[10,12-13]。然而自然界中往往为盐碱伴生为复合盐碱,复合盐碱对植物的伤害更大。半野生棉是陆地棉野生种系,蕴藏着许多常规陆地棉品种所不具备的优良基因,同时陆地棉野生种系与栽培品种在遗传上具有亲和性,易于利用[14]。在本研究中对复合盐碱胁迫后的表型观察发现6份材料之间的根长(RL)差异不显著;半野生棉材料相对株高(PH)优于栽培棉材料,棉85的相对株高增加2%,显著高于抗性对照材料中棉所16,阔叶棉32与中棉所16差异不显著,阔叶棉40和阔叶棉130显著优于敏感对照材料中棉所12;半野生棉材料之间的真叶受损程度变化量较栽培棉材料更为显著,阔叶棉130真叶受损突出,前3片真叶的受损程度与其它材料达到显著差异,中棉所16和棉85显著不显著,阔叶棉40,中棉所12差异不显著。最终通过表型数据结合生物量综合评价法,确定6份材料的抗性强弱顺序为:玛利加朗特85>阔叶棉32>中棉所16>中棉所12>阔叶棉40>阔叶棉130,其中玛利加郎特棉85为耐盐碱材料,阔叶棉32和中棉所16为中耐盐碱材料,阔叶棉40和中棉所12为敏感盐碱材料,阔叶棉130为高敏盐碱材料。周忠丽等[14]在2011年至2012年对194份半野生棉在NaCl胁迫下进行抗盐性鉴定,在2013年在新疆次生盐碱地对93份半野生棉进行了抗性鉴定,在2014年对6份半野生棉材料在新疆次生盐碱地进行了抗性鉴定,通过多次重复鉴定,准确鉴定出次生盐碱抗性材料阔叶棉96B、阔叶棉32、玛利加朗特85和阔叶棉120。同样的,在本研究中,通过水培模拟新疆大田复合盐碱胁迫环境,采用3个形态指标(RL、PH、LDR),8 个 生 物 量 指 标 (RL、SL、RFW、RDW、SFW、SDW、LFW、LDW)评价半野生棉幼苗的复合盐碱抗性,发现阔叶棉32和玛丽加朗特85为抗复合盐碱胁迫的材料,与大田多年鉴定结果一致,表明本研究中室内水培鉴定半野生棉材料的可靠性。并且,叶武威等[19]多年盐池鉴定结果表明中棉所12为盐敏感材料,与本研究中复合盐碱胁迫抗性鉴定结果一致。可见,本研究中室内鉴定方法不仅仅可应用半野生棉材料的鉴定,同样对于陆地棉次生盐碱胁迫抗性的鉴定有重要的指导意义。棉花幼苗对盐碱胁迫较为敏感,在较高的盐(NaCl)浓度下可致幼苗畸形,子叶难平展;到2~3真叶期,较重的盐胁迫可导致叶片发软、色暗、功能期短,侧根发生少,干物质积累减少,生长缓慢,甚至死苗[8]。与单盐NaCl胁迫下的幼苗不同的是,在复合盐碱胁迫下并未对棉苗的子叶及根系的生长发育产生显著伤害,表明复合盐碱胁迫对棉花的影响与单盐胁迫有所不同。为此,本研究进一步对复合盐碱胁迫后的生理生化特性进行分析。

3.2 复合盐碱胁迫后棉苗生理生化特性

超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和谷胱甘肽还原酶(GR)等抗氧化和活性氧清除酶类通过活性变化,维持活性氧与活性氧清除系统的动态平衡,在一定程度上能够维持膜结构和功能的稳定性,但盐碱胁迫造成植物细胞内Na过量积累,致使活性氧产生和积累,导致氧胁迫[27-28]。同时,盐胁迫导活性氧清除系统的动态平衡被破坏,造成膜脂过氧化和脱脂,从而使膜蛋白和膜脂损伤,破坏膜结构[29]。通过对根与叶2个不同部位中 10个生理生化指标(CHC、CAT、SOD、APX、GR、MDA、POD、ASAR、H2O2、PRO)的研究发现:在受到复合盐碱胁迫48h后,RPOD、RAPX、RCAT、RASAR、LPOD 的 活 性 变化与耐盐碱性的相关程度最高,这些指标主要集中在根部,且为活性氧清除系统相关酶类,推测相比幼苗的叶组织,根对盐碱胁迫更为敏感,也可发现活性氧清除系统是响应盐碱胁迫的主要部分。敏感材料与耐盐碱材料的LPOD、RAPX和RCAT活性具有不同变化趋势:耐盐材料叶部的过氧化物酶(LPOD)活性在处理后24 h内基本不变,但盐敏感材料有所下降;耐盐材料根部的过氧化氢酶(RCAT)活性在处理48 h内较为稳定,盐敏感材料变化剧烈;耐盐材料根部的抗坏血酸过氧化物酶活性(RAPX)在处理3 h后提高,而后逐渐下降,但在盐敏感材料中其活性先降低而后趋于稳定。有研究表明陆地棉在盐胁迫下不耐盐棉花材料的SOD和POD含量持续下降[30],而本研究发现6份材料的RPOD和RASAR活性材料在复合盐碱胁迫后均呈现出先升高后下降的趋势。根部是首先接触到外界胁迫的部位,在胁迫刚发生时,启动防御机制,诱导细胞提高POD等活性氧清除酶类的活性,但盐碱敏感材料在胁迫48 h时由于活性氧清除酶类的活性降低,导致植株受损[31]。吴晓东等[32]研究指出,棉苗叶片中的MDA含量随盐胁迫时间延长而升高,本研研究中发现根部MDA和叶部MDA与棉花幼苗的相关性并不强,可见单盐(NaCl)胁迫与复合盐碱胁迫后棉花幼苗的响应方式并不相同,棉苗对复合盐碱胁迫响应主要以活性氧产生与清除平衡系统调节为主。

在《辩证法的要素》中,列宁直截了当地指出,“可以把辩证法简要地规定为关于对立面的统一的学说。这样就会抓住辩证法的核心,可是这需要说明和发挥。”[10]192对立面统一规律,“提供理解一切现存事物的‘自己运动’的钥匙”[10]306。据此,列宁以对立统一规律为核心。初步构建了一个唯物矛盾观的体系。列宁列出了辩证法的16条要素,简略地分析了唯物矛盾观的内容。

4 结论

棉花复合盐碱胁迫响应是一个复杂的过程,仅靠单一表型指标或者生理生化指标进行棉花耐盐碱性的评价是不足的,本研究综合了主客观因素选择了3个表型指标和8个生物量指标进行综合评价,准确地评价了6份材料对复合盐碱的抗性,并通过对6份材料根与叶中的10个生理生化指标的比较分析,揭示了不同材料对复合盐碱胁迫反应的实质,提高了复合盐碱抗性鉴定的准确性,这为今后鉴定半野生棉复合盐碱抗性提供了行之有效的方法,也为探索棉花主效的耐盐碱因子提供了思路。在本研究中发现棉花对单盐NaCl胁迫与复合盐碱胁迫的响应方式不同,而在生产过程中,以新疆次生盐碱地棉花生产为例,棉花多生长在次生盐碱胁迫环境下。可见,为促进棉花经济发展,研究棉花在复合盐碱胁迫条件下的响应机理相比较单盐胁迫响应机理更为重要。

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许艳超,韦洋洋,李振庆,蔡小彦,王玉红,王星星,张振梅,王坤波,刘方,周忠丽
《棉花学报》 2018年第03期
《棉花学报》2018年第03期文献

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