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巨菌草对混合盐碱胁迫的生理机制研究

更新时间:2009-03-28

巨菌草(Pennisetum giganteum z. x. lin)系禾本科多年生草本植物[1],其生长直立且丛生。由于巨菌草根系发达,分蘖数量多,并且抗逆性强,对于水土流失的治理、土壤微生物的增加、土壤肥力的提高、Cu和Cd污染土壤的修复等方面有很大效果[2,3]。巨菌草是一种碳四植物,可当作能源植物,用来发酵产沼气、作为生物发电的原材料、同时也可替代化石燃料产生热能[4]。作为饲草,巨菌草营养成分高且丰富,适口性好,可作为牛、羊等动物的理想饲料[5]。巨菌草含有丰富的纤维素,可以用于生产纳米纤维素,从而达到减少树木的消耗的目的[6]。经过一系列的加工处理后,巨菌草可以取代木屑培养食用菌,很大程度上解决菌林矛盾,当巨菌草含量为48%时是栽培灵芝的最佳配方[7]。而当今世界天然盐渍土覆盖面积约10亿hm2,次生盐渍土壤面积约2.75亿hm2[8,9],根据张建峰等的研究,土壤盐渍化正以每年1.0×106~1.5×106的速度持续增长[10],直到2050年,盐渍土可能占到可用耕地的一半[11]。目前关于巨菌草的抗旱、抗寒的研究报道较多,而关于巨菌草对盐碱的抗性则鲜有报道。

本研究通过对巨菌草幼苗施加混合盐溶液模拟不同的盐碱程度的方法,测定不同浓度下巨菌草的生理指标,旨在揭示其在盐碱胁迫下的生理防御机制,进一步掌握其在逆境中的生理生长状况,为巨菌草在盐碱地区的发展与推广提供理论依据和参考。

报警电路是安保系统中的重中之重。报警电路是对收到信息的一种反应,通过对已有信息的分析,对外界发出警报。通过现场报警和通讯报警的方式,现场报警通常是指报警电路收到来自MCU的指令时,现场声光报警器就立刻发出警报声及LED等闪亮的方式。而通讯报警则是在现场报警后,GSM模块会发送一条相关的短信给不在家中的机主。

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试巨菌草从福建引进,种植于内蒙古农业大学温室大棚内,选取长势相同的芽结种植于花盆内育苗,选取长势相同的幼苗供试验使用。

1.2 试验方法

根据内蒙古盐碱土主要成分和石德成等的研究进行盐碱混合胁迫的人工模拟[11,12],把NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3 4种单盐按不同的摩尔比例混合。试验设计如下5个处理。A:NaCl︰Na2SO4︰NaHCO3︰Na2CO3=1︰1︰0︰0,pH值6.88;B:NaCl︰Na2SO4︰NaHCO3︰Na2CO3=1︰2︰1︰0,pH值8.22;C:NaCl︰Na2SO4︰NaHCO3︰Na2CO3=1︰9︰9︰1, pH值8.91;D:NaCl︰Na2SO4︰NaHCO3︰Na2CO3=1︰1︰1︰1,pH值9.78;E:NaCl︰Na2SO4︰NaHCO3︰Na2CO3=9︰1︰1︰9,pH值10.55。

但过硬的油品质量一直是中国石油的优势,也因此“圈住”了许多忠诚客户。在黑龙江销售看来,保证油品质量的前提下,在适当为农民提供一些优惠政策,就是对农户最大的实惠。

每个处理设置5个浓度梯度,分别为30 mmol/L、60 mmol/L、90 mmol/L、120 mmol/L、180 mmol/L。

1.3 混合盐碱模拟胁迫

待花盆中巨菌草幼苗长至3对叶时,选取长势基本相同的幼苗80盆,随机分配成26组,每个处理组3个重复,其中一组为CK,在处理工程中浇灌pH为6.83的净化自来水。胁迫处理在上午8:00到9:00进行,每盆透灌提前配置好的盐溶液200 mL。期间盆栽土壤含水量通过称重法来控制,从胁迫第2 d开始,每天上午9:00对花盆进行称重并补充相应散失的水分。同时,将花盆底部塑料托盘内溶液倒回盆内,以防盐溶液流失。7 d后,选取不同处理组下相同部位的功能叶片,在液氮环境下带回实验室进行各项生理指标测定。

1.4 指标测定与方法

株高生长量采用测量法,相对含水率(relative water content, RWC)采用烘干法,丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸法,过氧化氢酶(catalase, CAT)活性测定采用紫外吸收法,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性测定采用NBT还原法。

1.5 数据处理

2.4.2 混合盐碱胁迫对巨菌草SOD活性的影响

68 纳米磁微粒化学发光免疫分析法检测过敏原特异性免疫球蛋白 E 性能评估 曾万杰,樊一笋,耿春松,赵 虎

2 结果与分析

2.1 混合盐碱胁迫对巨菌草株高生长量的影响

图5表明,不同含盐比例下处理组的巨菌草叶片SOD活性随着混合盐浓度的升高呈明显的下降趋势。其中,SOD活性在A、E两个处理组呈现出先降低后升高再降低的趋势,并且同时在混合盐浓度为120 mmol/L时SOD活性达到了最大值,分别为对照的1.17倍和1.03倍。A处理组在90 mmol/L时达到最小值,相比对照降低了9.34%,而E处理组在60 mmol/L时SOD活性达到最小值,相比对照降低了44.08%。B、C处理组的波动幅度大,且变化过程都比较复杂,都呈现出先下降-升高-下降-升高的变化规律,并且都在90 mmol/L处达到SOD活性的峰值,分别为对照的1.25倍和1.09倍,但A处理组的峰值与对照有显著差异,B处理组峰值与对照无显著差异。D处理组各个浓度下的SOD活性呈现下降趋势,并与对照相比均呈现显著差异,且在120 mmol/L处达到最小值,相比对照下降了35.23%。上述结果表明,一定浓度范围内的SOD活性下降显著,是因为大量的SOD被消耗用来维持巨菌草幼苗体内活性氧代谢的平衡,也可能在盐碱的胁迫条件下会抑制除氧机制的反应。

  

图1 盐碱胁迫下巨菌草幼苗株高生长量变化Fig.1 Change of height increment in seedlings of Pennisetum giganteum z. x. lin under saline-alkali stress

2.2 混合盐碱胁迫对巨菌草含水率的影响

植物生长与环境因子紧密相关,其生长发育状况会在受到环境胁迫后发生改变,通常情况下,环境胁迫会使植物的生长受到抑制,其中,盐碱胁迫是限制植物正常生长发育尤为显著的一种胁迫方式[12]。本研究结果表明,巨菌草的株高生长量与混合盐的浓度呈反比,即株高生长量随着盐浓度的增加呈现出逐渐下降的趋势。在纯盐溶液的A组和碱性盐比例较低的B组中,当溶液浓度为较低的30 mmol/L和60 mmol/L时,巨菌草的株高生长量下降趋势缓慢。但是,在碱性盐比例较大的后3组处理中,巨菌草的株高生长量随盐溶液浓度的增高急剧下降,即便是在低浓度的30 mmol/L的混合盐溶液中,其株高生长量较对照也显著降低。这说明,巨菌草的生长除了受到盐浓度的影响,还受到高pH的协同作用,这与张丽珍在水稻生长量方面的研究结果一致[13]

  

图2 盐碱胁迫下巨菌草幼苗相对含水率变化Fig.2 Change of RWC in seedlings of Pennisetum giganteum z. x. lin under saline-alkali stress

2.3 混合盐碱胁迫对巨菌草叶片MDA活性的影响

由图3可知,各个混合盐配置组内,巨菌草叶片MDA含量随着盐浓度的增加均呈不断上升趋势,并且不同配比下的不同盐浓度的MDA含量均高于对照,其中大部分显著高于对照。C、D组内均在30 mmol/L达到峰值,分别比对照增加了2.09倍和2.19倍,而A、E组在180 mmol/L时出现峰值,B组在120 mmol/L出现峰值,分别比对照增加了3.10倍、2.46倍、3.07倍。从pH值来看,在盐浓度达到最大的情况下,全部为中性盐的A处理组和碱性盐比例较高的E处理组的巨菌草叶片MDA含量均突然增至峰值,而且很明显高于相同浓度下其他处理组。以上结果表明,在高盐浓度低pH(6.08)和高盐浓度高pH(10.55)的处理下,均可导致巨菌草叶片过氧化程度加剧,植株生长发育受到严重损害,并出现萎蔫和死亡等现象。

  

图3 盐碱胁迫下巨菌草叶片丙二醛含量变化Fig.3 Change of leaf MDA content in seedlings of Pennisetum giganteum z. x. lin under saline-alkali stress

2.4 混合盐碱胁迫对巨菌草抗氧化酶活性的影响

由图4可以看出,与对照相比,A、B、C、D、E 5个处理组内的巨菌草叶片CAT活性均随混合盐浓度的升高而增加,但不同处理组内的增加幅度及变化趋势存在较大差异。其中,纯盐处理A处理组,随着盐浓度的升高,巨菌草叶片CAT活性在数值上有所升高,但与对照相比并无显著差异,变化幅度较为平缓。Na2SO4含量较高的B、C处理组巨菌草叶片CAT活性随其盐浓度的升高呈现出先增加后降低的趋势,与对照存在显著差异。B处理组过氧化物酶活性的最高峰值出现在60 mmol/L处,相比对照增加了1.28倍;C处理组过氧化物酶活性的最大值出现在120 mmol/L处,相比对照增加了1.24倍,且C处理组内混合盐浓度胁迫下的CAT活性始终维持在较稳定水平,变化幅度较小。D处理组和E处理组随盐浓度的增加,巨菌草叶片CAT活性表现的规律较为一致,均为随盐浓度的升高,CAT活性显著增大,且均在浓度为180 mmol/L处出现最高峰值,分别相比对照增加了1.26倍和1.24倍。以上结果表明,纯盐胁迫下巨菌草叶片CAT活性较对照无明显差异,低浓度的盐胁迫条件下CAT活性较小,这可能是因为低浓度混合盐胁迫条件下植株体内过氧化氢含量较少,CAT的生物防御机制尚未启动。越来越高的胁迫浓度能够促进CAT的释放,但当浓度超过一定范围时,CAT活性也会下降,表现出先增加后降低的趋势(B、C处理组)。

2.4.1 混合盐碱胁迫对巨菌草CAT活性的影响

  

图4 盐碱胁迫下巨菌草叶片过氧化氢酶活性变化Fig.4 Change of leaf CAT activity in seedlings of Pennisetum giganteum z. x. lin under saline-alkali stress

所测数据采用SPSS 20.0进行方差分析及相关性和多元回归分析,多重比较采用LSD法,Excel 2007制图,数据以3次重复平均值及标准误差(SE)表示。

图1表明,在A、B、C、D、E处理组中,随着盐浓度的增加巨菌草的株高生长量都呈下降趋势,但在不同处理组之间变化趋势有较大差异,在纯盐溶液和低碱性盐比例的A、B两组的下降趋势较缓,其中,浓度为30 mmol/L和60 mmol/L两组的趋势基本一致,而B组中30 mmol/L与CK无显著差异,当浓度为90 mmol/L和120 mmol/L时B组的株高生长量分别比A相同浓度下增加1.66倍和1.96倍,之后,当浓度达到180 mmol/L时,株高生长量降至最低值,较CK下降了75.08%。在A、C、D、E处理组中,不同处理组内不同浓度的盐溶液下的株高生长量均显著低于CK,在180 mmol/L时均达到最小值,分别比CK下降了64.01%、68.22%、61.68%和62.62%。以上结果表明,在胁迫过程中,整体呈下降趋势,在pH值为8.22,且浓度不超过30 mmol/L的B处理组与CK无显著差异,较适宜巨菌草的生长,而其他处理则在不同程度上抑制了其生长。

  

图5 盐碱胁迫下巨菌草叶片超氧化物歧化酶活性变化Fig.5 Change of leaf SOD activity in seedlings of Pennisetum giganteum z. x. lin under saline-alkali stress

3 讨论与结论

3.1 讨论

由图2可以看出,与对照相比,A、B、C、D、E 5个处理组内的菌草叶片RWC均随混合盐浓度的升高而显著减小,且减小幅度基本一致,即在浓度为90 mmol/L处,5个处理组的菌草叶片RWC出现骤降,在120 mmol/L和180 mmol/L浓度下趋于稳定。A和E处理组的菌草叶片RWC在180 mmol/L时出现最低值,较对照降低了4.46倍和2.77倍。B、C、D处理组的菌草叶片RWC在120 mmol/L时出现最低值,分别较对照降低了7.08倍、7.94倍和3.92倍。由此可见,菌草叶片RWC在B配比和C配比下的变化最为显著。以上结果表明,无论在何种处理下,菌草叶片RWC对盐胁迫具有一定的适应性,但是这一适应性是有限度的,一旦盐浓度到达一定程度,菌草叶片的RWC就会急剧下降,随着浓度的继续升高,其RWC并不会继续下降,而是维持在一个相对稳定的水平。

叶片RWC是植物保水能力的重要反应指标,当土壤不能继续提供给植物所需的水分满足其正常的水分代谢时,RWC值可反映其需水情况,即其值越小就越缺水,同时抑制也越强[14]。土壤盐分含量过高会导致土壤水分渗透势降低,根据水分从高水势流向低水势的原理,植物要想吸水,必须形成一个比土壤中溶液更低的水势,否则植物就会发生生理干旱,危害类似于水分胁迫[15]。对于盐碱胁迫下巨菌草叶片RWC的研究结果完全符合这一理论。实验结果表明,在混合盐浓度较小时(30 mmol/L和60 mmol/L),叶片RWC较对照而言无显著下降,这说明在盐浓度较低时,巨菌草可以形成比土壤溶液更低的水势,满足植物对水分的吸收。但当浓度达到90 mmol/L时,叶片RWC出现骤降,说明从这一浓度开始,盐胁迫开始造成菌草发生生理干旱。

MDA是植物组织或器官在受到胁迫后发生过氧化的最终分解产物,其含量越高,说明植物细胞膜质过氧化程度越高,细胞膜受到的伤害越严重[16]。研究结果表明,无论中性盐和碱性盐按何种比例混合,巨菌草的MDA含量均与盐浓度成正比,且随着盐浓度的增加,MDA含量呈持续上升趋势。这说明,盐碱混合胁迫会使巨菌草体内的MDA发生积累,其细胞膜质过氧化程度不断升高,无论是高盐还是高碱的土壤环境,均会导致巨菌草叶片发生过氧化,从而影响植株生长,这与阿曼古丽对海岛棉以及李子英对柳树的研究结果一致[17,18]

植物体内大量的活性氧自由基(Reactive Oxygen Species, ROS)是植物受到盐碱胁迫的过程中产生的产物,在植物抗氧化系统的第一道防线运行过程中,SOD首先要清除活性氧自由基,然后将O2-转化为H2O2和O2,达到抗氧化的目的[19]。植物抗氧化系统普遍存在于植物中,积极保护植物细胞免受活性氧自由基ROS的伤害,对于植物细胞的正常代谢有重要意义[20]。实验结果表明,在混合盐溶液的胁迫下,除D处理组外,巨菌草叶片的SOD活性会随溶液浓度的增大呈现出“降低-升高-降低”的规律。这是由于刚开始胁迫时,植物会反应迅速,通过消耗自身的SOD来平衡活性氧的代谢。由于溶液浓度的不断增加,植物受到的胁迫也越发的严重,导致其SOD活性一路升高,当达到一定高的浓度时,pH过高会抑制SOD对O2-的清除,从而导致SOD活性降低。CAT活性也是观测植物体内活性氧的一项重要指标。实验结果表明,A、D、E处理组的CAT活性随着胁迫的程度增加而升高,而B、C两个处理组中巨菌草叶片CAT活性呈现出先高后低的规律。在整个胁迫过程中,CAT活性的变化幅度小于SOD活性,这说明,在整个巨菌草混合盐胁迫过程中,CAT的抗氧化作用相对小于SOD。这与Amor在盐生植物欧洲海南芥的研究结果一致[21]

曲块菌群DNA质量经检测合格后,通过针对V3+V4区域或者ITS区域的特异性引物(表2)分别进行PCR扩增。PCR产物纯化后利用Illumina公司的 Tru-Seq®DNA PCR-Free Sample Preparation Kit制备测序文库并添加接头序列,文库经过Thermo NanoDrop 2000测定质量后,利用Illumina HiSeq 2500进行高通量测序。

3.2 结论

通过对巨菌草在混合盐碱胁迫下生长及生理指标的研究测定,本文得出以下结论:在碱性盐比例较低的混合盐(B:NaCl︰Na2SO4︰NaHCO3︰Na2CO3=1︰2︰1︰0;pH值为8.22)处理下,株高生长量和相对含水率与CK均无显著差异,较适宜巨菌草的生长,其他则表现出不同程度的抑制;在盐碱混合胁迫的处理下,随着胁迫浓度的增加,各个处理组MDA含量呈间断累积,并在纯盐(A:NaCl︰Na2SO4︰NaHCO3︰Na2CO3=1︰1︰0︰0;pH值为6.88)和高碱(E:NaCl︰Na2SO4︰NaHCO3︰Na2CO3=9︰1︰1︰9;pH值为10.55)处出现萎蔫和死亡等现象;在盐碱混合胁迫的处理下,随着胁迫浓度的增加,巨菌草主要通过SOD和CAT的互补作用来降低氧化伤害,以抵御盐碱伤害,维持植株正常生理代谢。

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研究显示:精神科护士一年内遭受工作场所暴力发生率为57.0%~99.0%[2,12-13]。本次调查显示:我院精神科护士1年内遭受工作场所暴力发生率为75.3%。精神科护士遭受工作场所暴力高的原因为:①精神病病人大多存在思维、行为异常,受幻觉、妄想影响,随时可能出现冲动伤人行为,而护士与病人接触机会最多,遭受暴力危害最直接[14];②在护士职业道德影响下,护士对病人暴力行为常采取忍让态度,处于较为被动地位,不能有效控制暴力;③精神科保护性约束或隔离措施的使用与暴力发生密切相关[15],护士在执行保护性约束和隔离措施时,经常遭受病人暴力。

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潘羿壅,李钢铁,梁田雨,王少雄,马媛,麻云霞
《内蒙古林业科技》 2018年第01期
《内蒙古林业科技》2018年第01期文献

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