棉花盐害与耐盐性的生理和分子机理研究进展_辛承松

棉花盐害与耐盐性的生理和分子机理研究进展

　棉花学报　CottonScience　　2005,17(5):309～313

棉花盐害与耐盐性的生理和分子机理研究进展

辛承松,董合忠,唐　薇,温四民

(山东棉花研究中心,济南250100)

摘要:盐胁迫通过离子毒害、营养失衡和渗透胁迫,引起棉株体生理生化代谢失调,进而影响棉花的生长发育和产量、品质。但棉株体可以通过膜脂过氧化清除系统活性的提高维持质膜的相对稳定,通过合成和积累脯氨酸、葡萄糖和氨基酸等小分子有机物质缓解渗透胁迫,通过调节盐离子在不同器官、组织或细胞内的区域(隔)化分布减轻离子毒害,而表现出较强的耐盐性。Na+/H+反向转运蛋白和LEA蛋白(晚期胚胎发生富集蛋白)等的合成及其相关基因的表达可能参与甚至调控了棉株体防御或忍耐盐胁迫的过程。关键词:棉花;盐害;耐盐性;生理和分子机理中图分类号:S562　　　文献标识码:A文章编号:100227807(2005)0520309205

PhysiologicalandMolecularMechanismsofSaltInjuryandSaltToleranceinCotton

XINCheng2song,DONGHe2zhong,TANGWei,WEN2min

(CottonResearchCenter,ShandongAcademyofAgS,i’,China)

Abstract:Salinityisabigthreattotoaseriesofphysiologicalandbiochemicalteffects(dehydration),nutritionalimbal2anceand(NaCl2,andfinallyresultsindepressedplantgrowth,lintyieldandquality.,plantsusuallyexhibitarelativelyhightolerancetosaltstressviasever2almechanismsthatincludeprotectionofcytoplasmicmembrancefromoxidativedamagebysalt2in2ducedhigherlevelsofantioxidants,salt2inhancedsynthesisoforganicsoluteslikeproline,glucose,a2minoacidtomantainwaterpotential,andefficientioncompartmentationandredistributioninorgans,tissuesorwithinacell.GenesencodingproteinslikeLEA(lateembryogenesisabundance)proteinandNa+/H+antiporter,mightbeinvolvedinthedefencesystem.

Keywords:cotton;saltinjury;salttolerance;physiologicalandmolecularmechanism

　　棉花的耐盐性较强,但当土壤含盐量超过一定限度,也会受到盐害。数十年来,国内外围绕棉花耐盐特性、耐盐机理和提高耐盐性的途径等方面开展了大量研究,取得多方面进展。这些进展在较早发表的一些评述中得到较全面体现[122]。本文拟以近年来研究报道为主,重点就棉花盐害与耐盐性的生理和分子机理作一简要评述。

1　盐胁迫对棉株体的伤害

棉花是公认的比较耐盐的农作物之一,较低浓度的盐分对棉花的生长发育不但没有不利影

响,缺钾土壤施用适量的钠盐还可起到促进生长和提高棉花产量的作用[324]。但是,当盐分浓度大于0.2%时,就会对棉株体产生离子毒害和渗透胁迫,而且盐分浓度越高,伤害作用越大[526]。长期盐胁迫对棉花的伤害作用可见于棉花生育的各个阶段,并在形态学、生理生化乃至分子水平上表现出来,并最终以产量和纤维品质的变化体现出伤害程度的大小[7]。同其它非生物因子胁迫一样,盐分胁迫所致伤害的大致过程是:盐胁迫→生理干旱、离子毒害和营养失调→影响生理生化代谢→影响棉株体的生长发育→影响棉株体的生物

收稿日期:2005205217　　　作者简介:辛承松(19632),男,研究员,xinchengsong@http://doc.guandang.net基金项目:农业部农业结构调整重大技术研究专项(04207202B)

棉花盐害与耐盐性的生理和分子机理研究进展

310　　　　　　　　　　　　　　　　　　棉　花　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　17卷

学产量和经济产量。

1.1　盐害的表现1.1.1　形态和农艺性状。盐分胁迫影响棉花种子吸水膨胀,造成萌发慢、萌发率低[5]。当土壤含盐量在0.2%～0.3%时出苗困难,0.4%～0.5%时种子不能出土,大于0.65%时种子很难发芽[8]。棉花出苗后经历从异养向自养的过渡,盐分胁迫可致幼苗畸形,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[9]。盐胁迫下的棉苗死亡株率、株高、单株干重与土壤含盐量相关性皆达到显著或极显著水平[10]。长期盐胁迫可导致棉花长势下降,出叶速度减慢,果枝数减少,现蕾、开花、结铃推迟,花铃期缩短,蕾铃脱落增加,产量降低[11]。盐胁迫对棉花衣分、纤维长度影响不大,对纤维细度、强度、成熟度影响较大,棉铃发育受到抑制,纤维素含量降低,导致棉铃及纤维发育不充分[12214]。1.1.2　生理生化代谢。盐胁迫降低棉株体的光合和蒸腾作用。Hoffman等[15]报道,在NaCl的胁迫下,棉叶光期CO2固定量和24h后的净同化量显著降低[16],,,。Brugnoli和17]认为,棉叶光合速率的降低主要是气孔导度降低所致;不过,随后的一些研究报道更倾向于非气孔因子的影响,同时也不排除气孔因子所起的作用[18219]。盐胁迫对棉花蛋白质代谢影响很大,主要表现在盐分抑制氮的吸收,同时植株体内的蛋白质和氨基酸的合成速率降低,而蛋白质的分解速率加快,导致蛋白质的含量降低[20]。棉株体内氮代谢被破坏的原因之一是转氨酶活性发生了变化[21222]。

盐胁迫影响核酸代谢和糖代谢。氯盐显著影响棉花对磷酸盐的吸收和利用,这是因为棉花吸收氯化物要比吸收磷酸盐容易,而且氯盐对磷由根向地上部的运转有抑制作用,并阻碍子叶中的磷向幼叶的再分配。由于磷是构成DNA和RNA的重要元素,而且盐胁迫下核糖核酸酶的活性提高,加速核酸的降解,由此推断,盐分影响核酸代谢。在盐胁迫下,棉株体内的淀粉酶活性提高,大量淀粉降解,可溶性糖含量增加[20]。1.2　盐害的机理

土壤中积盐过多,可以引起对棉花的原初盐害和次生盐害[21]。原初盐害是指盐离子产生的直接毒害作用;次生盐害则是通过渗透效应导致植物细胞脱水,降低膨压,以及由于离子间的竞争引起的某些营养元素的缺乏而造成的伤害。1.2.1　原初盐害。土壤中的盐分最先影响根系的细胞质膜,造成其组分、稳定性和选择透性等方面的变化,盐分对细胞质膜稳定性的直接伤害称为直接原初盐害[21]。随着直接原初盐害的延续,可以进一步引起间接原初盐害:一方面干扰正常的生理代谢,使光合作用降低、呼吸作用加强,降低蛋白质合成,氮素代谢异常等,导致产生氮毒害;另一方面使核蛋白质生长凝聚,导致DNA的复制和RNA的转录作用丧失,造成聚合酶活性丧失[23]。此外,还限制细胞的生长和分裂[7]。1.2.2　次生盐害。次生盐害主要是指渗透胁迫所造成的伤害。土壤中积盐过多使土壤水分的溶质含量提高,造成植物吸水困难,不但影响种子萌发和发芽,也影响幼苗吸水,而造成生理干旱。另外,土壤中积盐过多,还会通过竞争,阻止棉花对一些必需营养元素的吸收,。赵学[24],、镁、铜[NaCl、钾、镁、磷、锰等、钙、钾的含量最低,而铁、锌、。在盐渍化条件下,植株体难以吸收无机态氮[9],因而降低了氨基酸和蛋白质的合成速度。在氯化物盐渍化的条件下,土壤中磷酸盐的吸收利用也会受到抑制[21]。1.2.3　盐胁迫与渗透胁迫的异同。关于盐胁迫对植物伤害的作用机理,前人曾围绕是离子毒害还是渗透胁迫的问题展开了较长时间的争论。但目前比较一致的认为,盐害是渗透效应和离子毒害的共同作用[16,26]。具体到渗透胁迫和离子毒害作用的相对效应,可能因植物种类会有所不同。侯旭光和赵可夫[27]采用根际加压的办法发现,在短期盐胁迫条件下,渗透胁迫和离子毒害对棉花的伤害所起的作用大致相当,而在滨藜中则以渗透胁迫的效应为主。至于长期盐胁迫条件下两种伤害的作用大小,目前尚无这方面的研究报道。…… 此处隐藏：10574字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……