燕麦对盐碱胁迫的生理响应机制

盐碱地及次生盐碱地的不断增加，已严重威胁着我国的粮食安全和生态环境，内蒙古盐碱土面积较大，占耕地面积的23.8%。燕麦是内蒙古优势特色作物，根据内蒙古盐碱土壤主要由中性盐氯化钠、硫酸钠和碱性盐碳酸氢钠、碳酸钠组成的特点，在前人明确燕麦具有耐盐碱特性和生理生态研究基础上，设计中性盐和碱性盐胁迫处理，研究燕麦根、茎、叶对渗透调节物质、离子区域化、产生和积累耐盐碱物质的生理响应，明确燕麦根、茎、叶对盐、碱胁迫的生理响应差异以及不同器官间的生理响应差异，以揭示燕麦适应盐、碱胁迫的生理机制，为燕麦耐盐碱调控、耐盐碱相关基因的克隆、耐盐碱品种选育提供理论依据。该项研究对提高盐碱土资源的利用，增加粮食产量、提高经济和生态效益，具有重要的理论意义和实践价值。

本项目对燕麦的耐盐碱生理响应机制进行研究，以为燕麦耐盐碱调控、抗盐碱品种的培育提供理论依据。结果表明：1）明确燕麦适宜碱浓度范围为0.4%-0.7%，半致死碱浓度范围为0.8%-1.0%，致死碱浓度范围为1.2%-2.0%。筛选出7个耐碱燕麦品种，为农-8、农-9、C39、C43、C6、C19、C33。2）盐、碱胁迫下，燕麦叶、茎、根可溶性糖、脯氨酸含量升高，脯氨酸、可溶性糖主要于茎、叶发挥渗调作用。随着盐碱浓度升高，腐胺呈升-降-升趋势，精胺、亚精胺呈先升后降趋势。精胺、亚精胺主要在茎部发挥作用。燕麦通过积累草酸、琥珀酸、柠檬酸响应盐、碱胁迫。琥珀酸主要于茎、根发挥渗调作用，柠檬酸在茎、叶发挥渗调作用。在有机酸的渗透调节作用中柠檬酸发挥重要作用。3）Na+主要积累在燕麦茎、根，叶片中较低的Na+分配比例和较强向地上部运输K+的能力是燕麦耐碱特征。在盐、碱胁迫下，较根、茎，叶片分配较多Ca2+、Mg2+、 Fe2+、Cu2+、Zn2+。抽穗期是燕麦向叶片分配Ca2+、Mg2+的关键生育时期。燕麦可在根、茎、叶共质体中区域化Na+，在胁迫下共质体与质外体中保持一定浓度的Na+。在抽穗期与灌浆期，共质体中保持较高Ca2+浓度。4）在盐碱胁迫下，燕麦根、茎、叶SOD、POD、CAT活性升高。茎、根SOD主要于拔节期发挥抗氧化作用，叶片SOD主要于分蘖期发挥抗氧化作用。茎、根POD主要在分蘖期、灌浆期发挥抗氧化作用，叶、茎CAT主要在分蘖期发挥作用，根CAT主要于灌浆期发挥抗氧化作用。灌浆期是碱胁迫下超氧阴离子自由基清除反应最强的生育时期。在盐、碱胁迫下抗性品种具有较高的抗氧化酶活性增幅和较低的丙二醛含量。在盐胁迫下，叶片钙调磷酸酶活性升高，盐处理可诱导根系水通道蛋白基因PIP2,1表达上调。根系蛋白质参与燕麦的抗盐调控过程，本研究共鉴定出11种根盐响应蛋白：泛素蛋白、14-3-3蛋白、果糖二磷酸醛缩酶、UDP-糖醛酸脱羧酶、醇脱氢酶、F1-ATP-合成酶、烯醇化酶、胆碱单加氧酶、磷酸酯酶、起始识别复合物、颗粒结合淀粉合成酶。

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