盐碱胁迫对小麦生长的影响及腐植酸调控效应

本研究采用NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3四种盐,模拟了20种盐度、碱度不同的复杂盐碱条件,通过主成分分析,确定Na+浓度、C032-浓度和pH值为盐碱环境对小麦形成胁迫影响的代表性因子。在此基础上,选用5种不同浓度的NaCl和Na2CO3,对经过腐植酸浸种处理的水培小麦幼苗进行胁迫处理,通过对种子萌发、碳氮代谢、光合作用、离子稳态、抗氧化系统和根际环境的研究,探讨盐、碱胁迫的不同作用机理,以及腐植酸对小麦耐盐碱性的调控效应。结果表明： 1.随盐碱胁迫离子浓度的增加,尤其是C032-比例的增加,使种子吸水能力减弱,α-淀粉酶活性降低,胚根生长受阻,种子活力下降,发芽速度迟缓,发芽强度变弱,最终降低了发芽率。小麦出苗后,通过降低根系总的吸收面积,增加活跃吸收面积,增强根系活力,提高对K+吸收能力,维系叶片高的K/Na比和苯丙氨酸解氨酶活性,缓解由高浓度盐碱形成的环境压力。 2.盐碱胁迫下幼苗通过增强叶片蔗糖磷酸合成酶活性,提高蔗糖含量,积累可溶性糖,降低渗透势,维持质膜完整性。幼苗的防御机制随着胁迫浓度的提高而降低,叶片可溶性糖含量降低,硝态氮含量减少,内源硝酸还原酶活性降低,谷氨酰胺合成酶活性增强,可溶性蛋白质浓度降低。尤其是碱胁迫的危害强于盐胁迫,其对谷氨酰胺合成酶活性影响更大,形成比盐胁迫更高的铵态氮积累。 3.盐碱胁迫导致小麦幼苗根系内丙二醛积累量进一步加大,过氧化物酶活性增强,超氧化物歧化酶活性降低,而叶片中游离脯氨酸含量增加,过氧化氢酶活性升高,过氧化物酶活性降低,超氧化物歧化酶活性先升后降。碱胁迫处理的抗氧化酶系活性高于同浓度的盐胁迫处理。随着盐碱胁迫浓度的增加,活性氧的产生及清除系统的平衡遭到破坏,叶片与根系电导率显著提高。 4.在短时期的盐碱胁迫下,气孔导度下降,叶片蒸腾速率和水分利用效率降低,而胞间二氧化碳浓度升高,气孔限制值减小,净光合速率下降,叶绿素含量降低。随盐碱胁迫程度的增强,叶片光合速率的下降,根际磷浓度增加,Ca2+、Mg2+浓度降低,C1-浓度变化减小,NSCCs活性受到抑制,Na+的吸收比率降低,K+/Na+比值提高,大部分酯类释放减少,抑制醇类和烷类的分泌。尤其碱性环境下可溶态的Ca2+、Mg2+含量显著降低,根系大量分泌对二甲苯、间二甲苯、邻苯二甲酸二异丁酯。 5.腐植酸浸种增强萌发种子α-淀粉酶活性,促进根系生长,提高了小麦幼苗的根冠比,加速可溶性糖积累,及向根系的运输,提高根系的蔗糖／果糖比,以降低根系渗透势,增强根系吸收能力。 6.盐碱胁迫下腐植酸浸种增加了小麦幼苗可溶性蛋白质积累,降低了叶片谷氨酰胺合成酶和硝酸还原酶活性,降低氮素转化,而提高蔗糖磷酸合成酶活性,增加可溶性糖和谷胱甘肽含量,提高超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性,加强了对氧自由基的清除,降低膜脂过氧化程度,尤其是对碱胁迫下幼苗碳氮代谢和抗氧化能力的调控效应更显著。 7.腐植酸浸种同时增强K+专性和NSCCs吸收,降低了根际Na+的浓度,提高根际K+/Na+,增强对Ca2+、Mg2+的活化,提高了叶片气孔导度,降低胞间二氧化碳浓度,通过调节气孔因素和根际离子平衡,提高盐碱胁迫下小麦的光合速率和矿质养分的吸收能力。 研究认为,盐碱胁迫抑制了小麦种子萌发和幼苗生长,尤其是CO32-的水解形成的高pH值胁迫,以及CO32-本身对根际与细胞微环境离子稳态的破坏作用,致使碱胁迫对小麦幼苗生长的损伤强于盐碱胁迫,而腐植酸浸种强化了小麦的耐盐机制,但其调控效应受小麦基因型影响。