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氮素形态和干旱胁迫影响‘平邑甜茶’幼苗生长和Ca2+吸收分布及其机理

作　者: 董宇
导　师: 关军锋；尚忠林
学　校: 河北师范大学
专　业: 植物学
关键词: 平邑甜茶 Ca2+ NO3– NH4+ 干旱胁迫 Ca2+-ATPase CAX基因
分类号: S661.1
类　型: 博士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


本试验以‘平邑甜茶’（Malus hupehensis (Pamp.) Rehd.）为研究对象，探讨了在NO3–-N，NH4+-N比例和PEG-6000模拟干旱胁迫处理下‘平邑甜茶’幼苗生长发育和细胞结构变化与Ca2+吸收分布之间的关系，分析了影响‘平邑甜茶’幼苗Ca2+吸收转运因素和调控机制，为保障果树科学施肥和水分管理下Ca2+高效吸收和利用提供了理论基础。1.研究了3种NO3–/NH4+比例（100/0、50/50和0/100）处理下，‘平邑甜茶’幼苗的生长发育和细胞结构变化与Ca2+吸收分布的关系。结果表明：与单一NO3–或NH4+处理相比，NO3–/NH4+:50/50处理的‘平邑甜茶’幼苗具有较高的生物量积累、叶绿素含量、叶片厚度、叶肉细胞数目、根横切面面积、维管柱面积、木质部导管目数、Ca2+浓度、CAX1基因表达量以及较低的呼吸速率。在单一NH4+处理下，幼苗根系分生区和成熟区的表皮和皮层细胞形态不规则，细胞膜内陷，但维管柱细胞未受到影响。通过对Ca2+和Ca2+-ATPase细胞定位发现，NO3–/NH4+:100/0和50/50处理的叶肉细胞、根尖分生区和根尖成熟区的细胞壁、液泡和细胞间隙中分布着大量的Ca2+颗粒，且Ca2+-ATPase活性较高。但NO3–/NH4+:0/100处理的根尖分生区细胞的细胞膜周围聚集着大量Ca2+颗粒，部分细胞膜内陷、破裂，细胞趋于死亡；在叶肉细胞和根尖成熟区细胞，液泡和细胞壁上的Ca2+颗粒数目明显减少，同时Ca2+-ATPase活性和CAX1（Ca2+/H+exchanger）基因表达降低，抑制了Ca2+吸收与转运。2.研究了在不同PEG-6000浓度（0、0.1和0.2kg·L-1）模拟干旱胁迫处理下，‘平邑甜茶’幼苗生长发育和细胞结构变化与Ca2+吸收分布的关系。结果表明：随着胁迫时间延长，胁迫程度增加，幼苗的生物量积累、叶片厚度、叶片面积、相对含水量、叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度以及Ca2+浓度明显被抑制，而胞间CO2浓度和叶片呼吸速率增加。此外，由于干旱胁迫程度增加，叶肉细胞数目明显减少。通过对Ca2+和Ca2+-ATPase细胞定位发现，与对照相比，10%和20%PEG-6000处理的叶片栅栏组织细胞的液泡和细胞壁内Ca2+分布明显减少，Ca2+-ATPase活性降低，部分叶绿体发生降解，但叶肉细胞形态完整。在叶片海绵组织中，10%PEG-6000处理4d后细胞形态完整，Ca2+-ATPase活性较高，但液泡和细胞壁上Ca2+分布较少；处理8d后，部分细胞的细胞膜内陷、破裂，且沉积着大量的Ca2+颗粒，Ca2+-ATPase活性较高。随着胁迫程度增加，20%PEG-6000处理的叶片表皮细胞严重失水，发生质壁分离的现象，此时，在细胞膜上表现出较高的Ca2+-ATPase活性，且Ca2+颗粒大部分沉积在细胞膜周围。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-11
缩略词表  11-13
文献综述  13-22
  1 概述  13
  2 植物中 Ca~(2+)吸收和转运机制  13-18
    2.1 植物中 Ca~(2+)的吸收机制  13-15
    2.2 植物中 Ca~(2+)的转运机制  15-18
      2.2.1 蒸腾作用  15
      2.2.2 Ca~(2+)跨膜运输  15-16
      2.2.3 质膜 Ca~(2+)转运  16-18
  3 植物中氮素与 Ca~(2+)的关系  18-20
    3.1 氮素的吸收和转运机制  18-19
    3.2 氮素对 Ca~(2+)吸收与转运的影响  19-20
  4 植物中 Ca~(2+)与干旱胁迫的关系  20-22
    4.1 干旱胁迫对植物中 Ca~(2+)吸收和转运的影响  20-21
    4.2 Ca~(2+)信号参与植物抗旱性  21-22
引言  22-24
材料与方法  24-33
  1 试验材料和试验材料的培养及处理方法  24-26
    1.1 试验材料  24
    1.2 试验材料的处理方法  24-25
      1.2.1 3 种 NO_3~-/NH_4~+比例处理  24
      1.2.2 不同 PEG-6000 浓度处理  24-25
    1.3 试验所需营养液的配制  25-26
      1.3.1 Hoagland 营养液的制备  25
      1.3.2 缺 N 营养液的制备  25-26
      1.3.3 3 种 NO_3~-/NH_4~+比例营养液的制备  26
  2 试验方法  26-33
    2.1 生物量测定  26-27
    2.2 叶绿素（a, b 和 a+b）含量和 SPAD 值测定  27
    2.3 叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间隙 CO_2浓度的测定  27
    2.4 叶片相对含水量测定  27
    2.5 叶片和根的呼吸速率测定  27-28
    2.6 叶片和根中 NO_3~-和 NH_4~+浓度测定  28
    2.7 叶片和根中 Ca~(2+)浓度测定  28-29
    2.8 叶片和根的组织结构观察和 Ca~(2+)细胞化学定位  29-30
      2.8.1 样品制备  29
      2.8.2 组织结构观察  29
      2.8.3 Ca~(2+)细胞化学定位  29-30
    2.9 Ca~(2+)-ATPase 细胞化学定位  30-31
    2.10 ‘平邑甜茶’根的原生质体分离和提取  31
    2.11 ‘平邑甜茶’根的原生质体质膜 Ca~(2+)通道检测  31
    2.12 叶片 RNA 提取  31-32
    2.13 叶片中 CAX1 和 CAX3 基因定量表达  32
    2.14 数据处理  32-33
结果与分析  33-86
  第一部分 氮素形态对‘平邑甜茶’幼苗生长和 Ca~(2+)吸收分布影响  33-63
    1 3种 NO_3~-/NH_4~+比例处理对‘平邑甜茶’幼苗生长状态和生物量影响  33-35
      1.1 生长状况  33-34
      1.2 生物量  34-35
    2 3种 NO_3~-/NH_4~+比例处理对‘平邑甜茶’幼苗 NO_3~-和 NH_4~+浓度影响  35-36
    3 3种 NO_3~-/NH_4~+比例处理对‘平邑甜茶’幼苗叶绿素和叶片结构影响  36-38
      3.1 叶绿素含量  36-37
      3.2 叶片结构  37-38
    4 3种 NO_3~-/NH_4~+比例处理对‘平邑甜茶’幼苗呼吸速率影响  38-39
    5 3种 NO_3~-/NH_4~+比例处理对‘平邑甜茶’幼苗根系结构影响  39-41
      5.1 根尖分生区细胞结构  39-40
      5.2 根尖成熟区细胞结构  40-41
    6 3 种 NO_3~-/NH_4~+比例处理对‘平邑甜茶’幼苗 Ca~(2+)浓度影响  41-43
    7 3 种 NO_3~-/NH_4~+比例处理对‘平邑甜茶’幼苗 Ca~(2+)细胞分布影响  43-49
      7.1 叶片 Ca~(2+)细胞定位  43-45
      7.2 根尖分生区 Ca~(2+)细胞定位  45-46
      7.3 根尖成熟区 Ca~(2+)细胞定位  46-49
    8 3 种 NO_3~-/NH_4~+比例处理对‘平邑甜茶’幼苗 Ca~(2+)-ATPase 活性影响  49-56
      8.1 叶片 Ca~(2+)-ATPase 细胞定位  49-51
      8.2 根尖分生区 Ca~(2+)-ATPase 细胞定位  51-52
      8.3 根尖成熟区 Ca~(2+)-ATPase 细胞定位  52-56
    9 3 种 NO_3~-/NH_4~+比例处理对‘平邑甜茶’幼苗叶片 CAX1 和 CAX3 基因表达影响  56-57
    讨论  57-63
      1 3 种 NO_3~-/NH_4~+比例处理影响‘平邑甜茶’幼苗的生长发育  57
      2 3 种 NO_3~-/NH_4~+比例处理影响叶片结构和光合作用  57-58
      3 3 种 NO_3~-/NH_4~+比例处理影响呼吸作用  58
      4 3 种 NO_3~-/NH_4~+比例处理影响离子吸收和根结构变化  58-59
      5 3 种 NO_3~-/NH_4~+比例处理影响 Ca~(2+)分布变化  59-60
      6 3 种 NO_3~-/NH_4~+比例处理影响 Ca~(2+)转运  60-63
  第二部分 干旱胁迫对‘平邑甜茶’幼苗生长和 Ca~(2+)吸收分布影响  63-86
    1 不同 PEG-6000 浓度处理对‘平邑甜茶’幼苗生长状态、叶片生长状态和生物量影响  63-66
      1.1 生长状况  63-64
      1.2 叶片生长状态  64-65
      1.3 生物量  65-66
    2 不同 PEG-6000 浓度处理对‘平邑甜茶’叶片相对含水量影响  66-67
    3 不同 PEG-6000 浓度处理对‘平邑甜茶’叶绿素含量和 SPAD 值影响  67-68
    4 不同 PEG-6000 浓度处理对‘平邑甜茶’幼苗光合作用影响  68-69
    5 不同 PEG-6000 浓度处理对‘平邑甜茶’幼苗叶片呼吸速率影响  69-70
    6 不同 PEG-6000 浓度处理对‘平邑甜茶’幼苗叶片结构影响  70-71
    7 不同 PEG-6000 浓度处理对‘平邑甜茶’叶片 Ca~(2+)浓度影响  71-72
    8 PEG-6000 浓度处理对‘平邑甜茶’根原生质体细胞膜上钙通道活性影响  72-74
    9 不同 PEG-6000 浓度处理对‘平邑甜茶’幼苗叶片 Ca~(2+)细胞分布影响  74-78
    10 不同 PEG-6000 浓度处理对‘平邑甜茶’幼苗叶片 Ca~(2+)-ATPase 活性影响  78-82
    讨论  82-86
      1 干旱胁迫影响了‘平邑甜茶’幼苗的生长发育、光合作用和呼吸作用的影响  82-84
      2 干旱胁迫影响了‘平邑甜茶’幼苗内 Ca~(2+)的分布与转运  84-86
结论  86-87
参考文献  87-99
致谢  99-100
攻读学位期间取得的科研成果清单  100

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中图分类: > 农业科学 > 园艺 > 果树园艺 > 仁果类 > 苹果
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