NaCl影响盐地碱蓬光合作用的机制研究

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随着全球气候变化,农业活动引起的土壤次生盐渍化面积逐渐增加,这将严重影响农业生产。盐生植物耐盐机理的研究能够为提高农作物的耐盐性和改良盐碱化土地提供理论依据。盐地碱蓬(Suaeda salsa L.)是一种C3植物,是典型的真盐生植物,具有很强的耐盐性,其枝叶营养丰富,具有很高的食用和药用价值。研究表明,200 mM NaCl处理下,其光合作用和生物量与对照相比显著提高,但其机理尚不清楚。本实验重点研究了盐处理下盐地碱蓬的光能传递和转换效率以及碳同化关键酶活性的变化,以期理解盐分促进盐地碱蓬光合作用的原因。主要研究结果如下:1.盐处理对盐地碱蓬的生物量的影响:与对照(0 mM NaCl)相比,短时间(2 d)内,200 mM NaCl对地上部分干重没有显著影响,500 mM NaCl处理下显著降低;较长时间(14 d)的盐处理下,200 mM NaCl处理时地上部分干重与对照相比显著增加,500 mM NaCl处理对干重没有显著影响。这些变化趋势与净光合速率和淀粉积累的变化趋势相一致。说明短时间遭受盐胁迫时,低盐处理不会对盐地碱蓬生长与光合作用造成影响,但是高盐处理仍会对其产生抑制效应,而这种抑制效应可能是盐分造成的渗透胁迫所致;经过一段时间盐适应后,与对照相比,200 mM NaCl处理对盐地碱蓬的光合作用有非常明显的促进作用,而500 mM NaCl处理下的盐抑制效应也得到一定程度的解除。2.盐处理对盐地碱蓬光反应相关指标的影响:盐地碱蓬PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)和电子传递速率(ETR)没有受到盐胁迫的显著影响,而盐地碱蓬的叶绿素含量,铁氧还蛋白-NADP氧化还原酶(FNR)活性,叶绿体NADPH活性在长时间盐处理下较对照组有增加的趋势。说明盐胁迫下盐地碱蓬的光反应系统得到了很好的保护,光系统的结构和功能都能够维持正常的状态,光能传递和转换效率以及相关酶活性也受到一定程度的促进。3.盐处理对盐地碱蓬的碳同化相关酶活性的影响:与对照相比,短时间盐处理时卡尔文循环限速酶核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)、Rubisco活化酶(RCA)的活性在200 mM NaCl处理下没有显著变化,在500 mM NaCl处理下显著下降;较长时间处理后,上述酶活性在200 mM NaCl处理下显著增高,500mM NaCl处理和对照组相比没有显著差异,酶活性的变化趋势与生物量和净光合速率的变化趋势相同;磷酸甘油酸激酶(PGK)和甘油醛磷酸脱氢酶(GAPDH)活性在长时间盐处理下随着盐浓度的升高逐渐增强。上述结果表明,碳同化相关酶中Rubisco和RCA可能在盐地碱蓬的光合作用的盐适应过程中发挥关键的作用,是盐地碱蓬光合作用在200 mM NaCl处理下增强的关键因素。4.盐处理对盐地碱蓬叶片碳同化相关酶基因表达的影响:总体来看,200mM NaCl处理不同时间(1,2,14 d),相关酶基因SsFNR,SsRbcl,SsRbcs,SsRCA,SsPGK和SsGAPDH表达量比对照明显增加,500 mM NaCl没有明显的抑制,尤其是盐处理2天时。说明200 mM NaCl上调上述基因的表达,可能在促进盐地碱蓬光合作用中发挥重要作用。
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