（生态学专业论文）能源植物曼陀罗耐盐性的初步研究.pdf

学位论文独创性声明 嬲煳幽 本人承诺：所呈交的学位论文是本人在导师指导下所取得的研究成果。论文中除特别加以标注和 致谢的地方外，不包含他人和其他机构已经撰写或发表过的研究成果，其他同志的研究成果对本人的 启示和所提供的帮助，均已在论文中做了明确的声明并表示谢意。 学位论文作者签名： 盘画药 学位论文版权的使用授权书 本学位论文作者完全了解辽宁师范大学有关保留、使用学位论文的规定，及学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交复印件或磁盘，允许论文被查阅和借阅。本文授权 辽宁师范大学，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后使用本授权书。 学位论文作者签名： 垒壁堕驾： 指导教师签名： 刨鎏 签名日期：歹r f年6 月1 日 辽宁师范大学硕士学位论文 摘要 曼陀罗为高含油量能源植物，但其耐盐性的研究尚未见报道。本文以2 0 0 9 年采收 于大连民族学院试验地的曼陀罗种子为试验材料，采用温室盆栽法，对不同盐度水平胁 迫下( e c e 为0 、1 0 、2 0 、3 0 、4 0 、5 0 和6 0d sm - 1 ) 曼陀罗的种子萌发、植株生长及叶绿 素含量、叶绿素荧光参数、气体交换参数、离子含量等生长生理指标进行了研究。并且 利用s p s s 软件的l s d 多重比较法对供试材料进行了多样性分析。主要研究结果如下： ( 1 ) e c e = 0 3 0d s1 1 1 。1 处理下，曼陀罗可正常萌发、生长与结实，e c e = 4 0d sm 。1 时， 可正常萌发、生长但不能结实，e c e 4 0d sm 以时，不能萌发； ( 2 ) 盐胁迫明显抑制了曼陀罗的鲜干质量，e c e ，2 0d sm 1 时鲜干质量下降明显俨 2 0d sm 1 时，光合作 用明显减低； ( 5 ) 盐胁迫下曼陀罗叶片初始荧光产量f o 、可变荧光f v 均呈现低浓度上升，高浓 度下降的趋势，而最大光化学量子产量f v f m 的变化不明显。化学淬灭系数( q p ) 升高时， 非光化学淬灭系数( n p q ) 贝u 下降，而且随着盐胁迫时间的延长下降趋势极其显著； ( 6 ) 不同盐胁迫下，狰光合速率、蒸腾速率、气孔导度呈上升趋势，e c e = 1 0d sm 1 时上升不明显，e c e 1 0d sm 。1 时显著上升，气孔限制值和胞间c 0 2 浓度都呈现先上升 后下降趋势； ( 7 ) 不同盐胁迫下，钠离子含量呈现上升趋势，而钾离子含量随着盐胁迫浓度的升 高呈先上升后下降的趋势，钾离子和钠离子的比值呈减少的趋势，但其比值减少逐渐降 低。 研究结果说明，发芽势、鲜干质量、叶绿素含量、初始荧光产量、可变荧光、化学 淬灭系数、非光化学淬灭系数、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间c 0 2 、气孔限 制值、钾离子、钠离子含量及其比值均可作为曼陀罗耐盐性鉴定的重要指标。这可为曼 陀罗在盐碱地的开发利用提供理论依据和参考。 关键词：曼陀罗；盐胁迫；耐盐性；生长生理指标 辽宁师范大学硕士学位论文 p r i m a r yr e s e a r c ho ns a l tt o l e r a n c eo f d a t u r as t r a m o n i u mo fe n e r g y p l a n t s a b s t r a c t d a t u r as t r a m o n i u mi sae n e r g yp l a n tw i t hh i g hs e e do i lc o n t e n t b u tt h e r ei sn or e p o r to n i t ss a l tt o l e r a n c e i nh e r e ，g r o w t ha n dp h y s i o l o g i c a li n d i c e so fd s t r a m o n i u mi nd i f f e r e n ts a l t s t r e s s ( e c ew a s0 ，10 ，2 0 ，3 0 ，4 0 ，5 0a n d6 0d sm ，r e s p e c t i v e l y ) w e r es t u d i e d , i n c l u d i n g s e e dg e r m i n a t i o n ，p l a n tg r o w t h ，c h l o r o p h y l lc o n t e n t ，c h l o r o p h y l lf l u r e s c e n c ep a r a m e t e r s ，g a s e x c h a n g ep a r a m e t e r sa n di o nc o n t e n t n em e a l lw h i l ew eu s e dl s dm u l t i p l ec o m p a r i s o no f s p s ss o f t w a r en l em a i nr e s u l t sa sf o l l o w s ： ( 1 ) d s t r a m o n i u mc o u l dn o r m a lg e r m i n a t e ，g r o wa n ds e tf r u i ta tt h es t r e s sc o n d i t i o n so f e c e = o , - - 3 0d sm ，n o r m a lg e r m i n a t i o na n dg r o w t hb u tn of r u i ta te c e = 4 0d sm ，a n dt h e g e r m i n a t i o nr a t ei sz e r oa te c e 4 0d sm - i ； ( 2 ) s a l ts t r e s ss i g n i f i c a n t l yi n h i b i t e dt h ef r e s ha n dd r yw e i g h to fd a t u r as t r a m o n i u m ，i t r e d u c e do b v i o u s l yw h e ne c e _ _ 2 0d sm ，b u tt h e r ei sac e r t a i np r o m o t i o na te c e = 10d sm - i ； ( 3 ) t h ec h a n g eo fw a t e rc o n t e n to fd a t u r as t r a m o n i u ma td i f f e r e n ts a l ts t r e s si sn o t o b v i o u s l y , t h er e s u l t ss u g g e s t st h a td a t u r as t r a m o n i u mc o u l dh o l dt h ew a t e rt oe n h a n c ei t s s a l tt o l e r a n c e ； ( 4 ) p h o t o s y n t h e t i cr a t eg r a d u a l l yf i r s ti n c r e a s e da n dt h e nd e c r e a s e di nd i f f e r e n ts a l t s t r e s s ，t h ec h a n g ew a so b v i o u s l ya te c e 2 0d sm ， ( 5 ) t h ec h a n g e so ff o 、f va r ei n c r e a s e da tl o ws a l ts t r e s sa n dt h e nd e c r e a s e da th i g hs a l t s t r e s s ，t h ec h a n g eo ff v f mi sn o to b v i o u s l y ，t h en p qi sd r e a s e dw h i l et h eq pi si n c r e a s e d ， a n dt h i st r e n di so b v i o u s l yw i t ht h ee x t e n do ft r e a t m e n tt i m e ； ( 6 ) t r a n s p i r a t i o nr a t e ，s t o m a t a lc o n d u c t a n c eg r a d u a l l yi n c r e a s e di nd i f f e r e n ts a l ts t r e s s ， w h i c hw a so b v i o u s l ya te c e = 10d sm 1w h i l en o ta te c e 10d sm ，l sa n di n t e r c e l l u l a r s p a c ec 0 2c o n c e n t r a t i o nf i r s ti n c r e a s e da n dt h e nd e c r e a s e d ( 7 ) t h ec o n t e n to fn a 十w a si n c r e a s e di nd i f f e r e n ts a l ts t r e s sw h i l et h ec o n t e n to fk + w a s d r e s s e d , a n dt h et r e n d so fk + n a + c h a n g e sw a sd r e s s e d ， t h e s er e s u l t ss h o w e dt h eg e r m i n a t i o nv i g o r , f r e s ha n dd r yw e i g h t ，c h l o r o p h y l lc o n t e n t , c h l o r o p h y l lf l u r e s c e n c ep a r a m e t e r sf o 、f v 、q p 、n p q ，g a se x c h a n g e so fp h o t o s y n t h e t i cr a t e ， t r a n s p i r a t i o nr a t e ，s t o m a t a lc o n d u c t a n c ea n di n t e r c e l l u l a rs p a c ec 0 2c o n c e n t r a t i o nc o u l db e u s e da st h ei m p o r t a n ti n d i c e st oe v a l u a t es a l tt o l e r a n c eo fd s t r a m o n i u m o u rd a t ap r o v i d e s t h e o r e t i c a la n ds c i e n t i f i cb a s i sf o rt h ed e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fd s t r a m o n i u mi ns a l i n e l a n d s i i 辽宁师范大学硕士学位论文 k e yw o r d s ：d a t u r as t r a m o n i u m ；s a l ts t r e s s ；s a l tt o l e r a n c e ；g r o w t ha n dp h y s i o l o g i c a l i n d e x e s i i i 辽宁师范大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 弓l言1 1 文献综述3 1 1 能源植物的研究进展3 1 1 1 能源植物简介1 8 之4 1 3 1 1 2 国内外能源植物研究进展【2 5 。2 9 1 3 1 1 3 能源植物的研究前景【2 4 1 ：4 1 2 曼陀罗的研究进展4 1 2 1 曼陀罗简介4 1 2 2 国外曼陀罗的研究进展5 1 2 3 国内曼陀罗的研究进展5 1 3 植物耐盐性的研究进展6 1 3 1 国内外植物耐盐性研究进展6 1 3 2 耐盐性鉴定方法的研究9 2 实验方法l1 2 1 实验地情况1 1 2 2 实验设计l1 2 3 研究内容与方法1 1 2 3 1 盐胁迫下种子发芽率与发芽势的测定1 1 2 3 2 盐胁迫下鲜质量与干质量的测定11 2 3 3 盐胁迫下光合色素的测定1 2 2 3 4 盐胁迫下曼陀罗叶片叶绿素荧光参数的测定1 2 2 3 5 盐胁迫下曼陀罗叶片气体交换参数的测定1 2 2 3 6 盐胁迫下曼陀罗n a + 、k + 含量以及k + n a + 的测定1 2 2 3 7 数据处理方法1 2 3 实验结果j 1 4 3 1 盐胁迫对曼陀罗种子萌发的影响1 4 3 1 1 盐胁迫下种子发芽率的变化。1 4 3 1 2 盐胁迫下种子发芽势的变化1 4 3 2 盐胁迫对曼陀罗植株生长的影响1 5 3 2 1 盐胁迫对曼陀罗植株生物量的影响1 5 3 2 2 盐胁迫对曼陀罗根、茎、叶各部分生物量的影响1 6 i v 辽宁师范大学硕士学位论文 3 3 盐胁迫对曼陀罗叶片光合色素含量的影响1 7 3 4 盐胁迫对曼陀罗叶片叶绿体荧光参数的影响1 8 3 5 盐胁迫对曼陀罗叶片气体交换参数的影响2 1 3 6 盐胁迫下曼陀罗植株n a + 、k + 分布的影响2 4 4 小结与讨论2 8 4 1 盐胁迫对种子萌发影响的小结与讨论2 8 4 2 盐胁迫对曼陀罗生长影响的小结与讨论2 8 4 3 盐胁迫对曼陀罗光合色素含量影响的小结与讨论2 9 4 4 盐胁迫对曼陀罗叶绿体荧光参数影响的小结与讨论3 0 4 5 盐胁迫对曼陀罗气体交换参数影响的小结与讨论3 0 4 6 盐胁迫对曼陀罗k + 和n a + 的影响的小结与讨论31 结论3 2 参考文献j 3 3 攻读硕士学位期间发表学术论文情况。3 8 至i 谢3 9 v 辽宁师范大学硕士学位论文 引言 盐碱地是盐类聚积的一个种类，是指土壤里面所含的盐分影响到作物的正常生长， 盐碱土是碱土和盐土以及碱化和盐化土壤的统称，也叫盐渍土。n a 2 s 0 4 、n a 2 c 0 3 、n a c i 以及可溶性的镁盐和钙盐等是盐碱土中的主要成分，土壤中的不同的盐成分对植物的伤 害程度不同，在阳离子中，钠盐的毒害作用大于钙盐，在阴离子中，c l 。和s 0 4 2 。的毒性 小于于c 0 ，2 。的毒性【l 】。盐碱土遍及世界各国包括美国、加拿大、德国、法国、中国等， 主要分布在全球干旱、半干旱地区。根据联合国科教文组织和粮农组织的不完全统计， 全世界盐碱地的面积为9 5 4 3 8 亿公顷，土壤盐碱化面积正以每年1 0 万公顷的速度增加 【2 4 】。其中我国为9 9 1 3 万公顷，这些盐碱地中，潜在盐渍化土壤约为1 7 0 0 万公顷；残 余盐渍化土壤约有4 2 0 0 万公顷；现代盐渍化土壤约3 7 0 0 万公顷【5 】。我国盐碱化土壤的 形成，大部分与土壤中碳酸盐的累积有关。盐分在土壤中的形成与积累主要是由于风化 作用形成的产物和含有盐分的地下水的沉积。向土壤中施用碱性的肥料或者用含有盐分 的水灌溉土壤也可能导致盐分在土壤中的不断增加，最后逐渐变成盐碱土。盐碱地中， 由于离子浓度升高，使土壤中溶液的渗透压增大，而透水性逐渐变差，养分有效性大大 降低，因而在盐碱化严重的土壤地区植物几乎不能存活。 土壤盐渍化是限制植物生长的一个重要环境因子，是对农业生产和生态环境产生重 要影响的非生物逆境之一，我国的盐碱地具有面积较大、范围较广、危害严重、影响较 大的特点 6 - s 。与此同时，淡水资源的短缺，降雨量的减少，使土壤次生盐渍化情况日 趋加重1 9 。人口的不断增加，给我们国家的发展和人民的生活水平带来了巨大的压力， 主要表现为耕地日渐稀少，化石能源日益枯竭。近年来，生物质能源逐渐成为能源利用 的新物质，缓解了化石能源枯竭所带来的影响，但是原料不足却成为制约其发展的重大 因素。因此，如何合理开发利用盐渍化土壤已经成为农业生产、能源物质再开发和生态 环境的改善所要面临的首要问题。 盐碱地的改良是解决我们所面临的人口增加、粮食和资源短缺、生态环境恶化等问 题的重要措施【1 0 。1 1 1 。长期以来，国家致力于改良盐碱地，取得了良好的效果。目前，国 内对盐碱地的改良多采取以水肥为中心，包括水利工程措施、农业技术措施、种树种草 等综合治理的办法。 我国还有约8 0 的盐碱地资源尚待开发利用。因此，盐生植物的开发及耐盐碱植物 资源的选育，是改良和控制盐碱地的经济有效措施l l 引。 曼陀罗( d a t u r as t r a m o n i u ml ) 在热带为木本或半木本，在温带地区为一年生直立草 本植物，叶、花、果实、种子均可入药【1 3 1 4 1 。广泛分布于温带和热带地区，现世界各地 均有发现，多生于田边、路旁及宅地旁边【l5 1 。且曼陀罗种子含油量约为2 8 ，是潜在 能源植物曼陀罗耐盐性的初步研究 的能源植物i l6 1 。目前，曼陀罗的研究主要集中在医学和园艺方面【17 1 ，而有关其耐盐特 性的研究非常少。本文采用温室盆栽模拟盐浓度梯度胁迫技术，对不同盐度胁迫下曼陀 罗的耐盐性进行了评价，旨在探讨曼陀罗的耐盐特性，为曼陀罗在盐碱地的开发利用提 供理论依据和参考。 目前，对于曼陀罗耐盐性的研究尚未有特定的方法，像别的植物一样，应该采取多 种指标相结合对曼陀罗的耐盐性进行综合性评价。多年来，研究者主要从形态学指标和 生理生化指标对植物进行耐盐性评价。因此，本文采取研究不同盐浓度胁迫下曼陀罗的 种子萌发、鲜干质量、含水量、光合色素、叶绿体荧光参数、气体交换参数还有离子含 量等生理生化指标的变化来阐述其耐盐机制。 辽宁师范大学硕士学位论文 1 文献综述 1 1 能源植物的研究进展 1 1 1 能源植物简介n 8 2 引 生物质能源主要是指在生物体( 主要是植物) 内，经过一系列化学反应所释放出的 能源。其实，世界上9 0 左右的能源消耗均来自于绿色植物通过光合作用所积累的能源， 比如地球演变的历史上所积累的矿物能源( 煤、石油和天然气，它们是堆积在一起的有 机物经地质作用形成的) ，但总有一天矿物这些能源会消耗殆尽，并且在很长一段时间 内不能恢复，是不可再生能源，这些日益严重的能源危机威胁着人类的发展。因此，开 发利用可再生能源，尤其是利用植物光合作用的产物转化成便于利用的能源，引起了世 界各国的广泛关注。开发利用生物能源，其实质是将植物通过光合作用固定的碳的能量 释放出来。 能源植物又称为“石油植物 或者是生物燃料油植物。植物进行光合作用，利用 二氧化碳和水，将吸收的太阳能经过一系列化学变化转化成碳水化合物和氧气，是生命 活动中的关键过程。大部分的绿色植物通过光合作用只能生成糖类。但是，有些绿色植 物通过光合作用却能生成与石油形状非常相似的胶状物。从它们树干、树皮、树叶、果 实中生成可以燃烧的液体，这些可燃烧的液体经过加工纯化，就可以作为汽油或者柴油 的代用品，因此，通常把这些植物成为“能源植物”。“能源植物”一般是指那些具有 合成较高还原性烃的能力，并能产生接近石油成分的工业用“燃料油”或者是经加工提 纯可替代石油使用的产品，以及形成类似石油的烷烃类物质的植物的总称。按照化学成 分，能源植物分为3 类：富含碳水化合物的能源植物，还有就是一些选育的生长周期短、 生长迅速的草本和木本植物，这些植物的产物可以转化成为燃料酒精，这类植物的种类 特别多，分布也比较广泛，如木薯、高粱；富含类似石油成分的能源植物，该类植物含 油分子结构类似石油，可以转化为生物柴油，这些植物生成石油的具有成本低，利用率 高的特点，例如续随子、橡胶树、西蒙德木、麻疯树、古巴香胶树、黄鼠草等：富含 油脂的能源植物，世界上富含油的植物达万种以上，我国有近千种以上，其中有的含油率 很高，如木姜子种子含油率达6 6 4 ，黄脉钓樟种子含油率高达6 7 2 ，还有苍耳子等植 物。能源植物具有环保性、低成本性、可再生性、安全性以及持续稳定性的特点。 1 1 2 国内外能源植物研究进展陉聊盯 从2 0 世纪5 0 年代末6 0 年代初，人们就开始了对能源植物的研究工作。首先进入 这一领域的是科学技术发达的美国。2 0 世纪7 0 年代后期，以卡尔文博士为代表的研究 者，大量的研究了能够产生类似于石油成分的植物，通过分析这些植物的化学成分，开 能源植物曼陀罗耐盐性的初步研究 创了人工种植石油植物的先河。随着化石能源资源的枯竭和生态环境压力的增加，世界 上大多数国家再次加强了对开发利用新能源和可再生能源技术的支持，并且许多国家都 制定了相应的研究计划，这些计划中研究开发能源植物作为生物质能的主要原材料得到 了重点研究。 世界各国投入巨大的人力、物力、财力致力于能源植物的开发研究以及广泛种植和 工业转化的工作。欧洲人认为种植包括轮伐期短的速生林在内的能源植物是解决农业生 产过剩的经济有效的措施，并为此制定实施了l e b e n 计划。在巴西，桉树已经作为能 源植物被广泛种植利用，且开展了“国家甜高粱试验，并利用本国种植甘蔗的优势， 制定了以甘蔗为主要原材料的酒精燃料开发利用计划，研究酒精燃料。阿根廷也在研究 甜高粱生产酒精的方法，法国以甜菜为原料大量生产燃料酒精，其取得的成果名列欧盟 国家第一。而意大利、丹麦、捷克和奥地利等其他欧洲国家是以油菜籽为原料生产生物 柴油。日本发掘了“象草”作为能源植物，并且从一种淡水藻类中提取了“石油”。澳 大利亚北部发现的多年生野草桉叶藤和牛角瓜生长速度极快，可以提取石油。 我国是资源匮乏的国家，开发利用能源植物已经成为缓解石油能源的迫切需要。但 是我国对能源植物的大规模的种植和开发利用方面还处在初级阶段，发展规模远远不如 发达国家。目前我国主要研究出大豆、油菜等作物可以作为能源植物，更突出的是把研 究目光放在了纤维素的研究上。 1 1 3 能源植物的研究前景瞳町 能源植物的开发利用给人们利用能源提供了新的途径，有效缓解了世界各国现今面 临的能源日益短缺的问题，研究和开发利用能源植物为世界各国能源的可持续使用带来 了崭新的希望。美国、菲律宾、瑞士等国种植的石油植物，为解决每年大量的石油需求 量提供了途径。根据专家预测，在今后的年代里，能源植物将逐步占据主导地位，“石 油植物”将会成为人类能源的巨大宝库。 在我国，对于能源植物的开发利用的研究仅仅集中在引进和开发的初级阶段，还没 有真正应用，远远不能与发达国家相比。但是栽种油料植物的成功经验，也为种植能源 植物奠定了基础。这些可行的技术为能源植物的的引种和大面积种植提供了宝贵的条 件。凭借这些良好的基础，并通过借鉴各国先进的研究成果，国内的能源植物必将会有 更快更大规模的发展，为国家能源的可持续使用提供可靠保证。 1 2 曼陀罗的研究进展 1 2 1 曼陀罗简介 曼陀罗( d a t u r as t r a m o n i u ml ) 在热带为木本或半木本，在温带地区为一年生直立 草本植物，该属全世界分布约1 4 种，也有报道认为是1 2 1 5 种，我国常见种有曼陀罗、 4 辽宁师范大学硕士学位论文 紫花曼陀罗、白花曼陀罗三种。其花在药材上叫洋金花，其果称醉仙桃【1 3 - 1 4 。曼陀罗原 产于印度，广泛分布于温带和热带地斟2 9 1 ，现世界各地均有发现，在田边、路旁及宅地 旁边均可见【1 5 】。曼陀罗种子含油量较高，是潜在的能源植物【1 6 1 。叶、花、种子入药具 有镇痉、镇静、镇痛、麻醉的功能；种子油可制作肥皂和参合油漆用，具有很高的实用 价值；同时也因其花朵大而美丽，是很好的景观植物，若经常栽培可将其作为城市绿化 观赏用花卉【l 7 1 。 1 2 2 国外曼陀罗的研究进展 h u h q v i s tm 等人对曼陀罗植株和果实挥发油的化学成分进行研究，发现其成分之一 二苯胺具有抗氧化性，如果用其处理果蔬，则对果蔬的长期冷藏有一定作用，与此同时 还发现其成分叶绿醇可以治疗急慢性关节剡3 0 | 。 国外对曼陀罗的研究主要集中在其化学成分方面，已经有3 1 种蓑若烷类生物碱被 研究分离出。分离出的比较主要的生物碱有红古豆碱、阿托品和蓑若碱、东食莨蓉碱、 曼陀罗碱及去甲莨蓉碱等【3 1 。3 2 】。 1 9 9 3 年i a ntb a l d w i n 等，在含有不同浓度尼古丁的溶液中培养曼陀罗，以测定曼 陀罗防紫外线辐射能力的变化，研究结果发现含有很高尼古丁的植物并不能更多的抗紫 外线损伤，反而其光合能力会大幅度下斛3 3 】。 国外关于曼陀罗的药理作用的研究主要体现在其杀虫活性、抑菌作用方面的研究 上。m a n ia 等报道了曼陀罗的叶片提取液对南方根结线虫的杀虫活性【3 4 。n a n d a ls n 等也报道了曼陀罗的叶片提取液对爪哇根结线虫具有有效的杀虫作用【3 引。f e r e s h t e h e f t e k h a 等报道了曼陀罗的提取物甲醇稀释至2 5m g m l 时对革兰氏阳性细菌的抑制作用 【3 6 】 o 1 2 3 国内曼陀罗的研究进展 国内对于曼陀罗的研究比国外要多，主要涉及到栽培技术、化学成分、生物活性、 麻醉作用、镇痛作用以及毒性方面。 栽培方面主要通过种子破眠的研究、茎端愈伤组织诱导和再生植株的研究等提高其 成活率；化学成分方面主要是生物碱的分离；生物活性的研究主要包括农药和药理活性 两方面，在农药方面，各种研究结果表明曼陀罗具有杀虫、抑菌、杀鼠、杀线虫、除草 等作用，在药理方面，曼陀罗主要应用在治疗呼吸系统疾病、心血管系统疾病、感染性 休克、消化系统疾病、神经系统疾病、农药中毒等方面；东蓑若碱是曼陀罗生物碱种的 一种，它具有显著的镇静作用，一般剂量可使人感觉疲倦，进入睡眠，用于麻醉作用； 曼陀罗花又叫洋金花，是用于麻醉止痛的中草药，花中含有的东蓖若碱能抑制中枢神经 系统和解除支气管痉挛症状，麻醉中使患者的呼吸与血压都保持平稳，肝肾功能无明显 影响，并且操作简单；曼陀罗中毒者症状与阿托品中毒症状相似【3 卜5 0 】。 能源植物曼陀罗耐盐性的初步研究 目前，国内外关于曼陀罗耐盐性的研究尚未见报道。 1 3 植物耐盐性的研究进展 耐盐性( s a l tt o l e r a n c e ) 指植物能耐受高浓度盐类环境而生长发育的性质。植物有 盐生植物与非盐生植物之分，盐生植物又称淡土植物，非盐生植物称为甜土植物。 盐生植物与非盐生植物在耐盐性上有差别。前者中也并不完全相同，有耐盐性强的 可在2 0 - 5 0d sm 以下良好生长的植物，也有生长不良的耐盐性较低的植物。而后者 还可区分为在1 0 2 0d sm 1 n a c l 下能生长发育的及不能生长发育的。盐生植物生长 的最适盐浓度因植物物种的不同而异。盐生植物在生长发育中并非绝对要求高浓度 盐，它和非盐生植物一样可以在低盐环境下良好地生长发育。耐盐性是植物通过从 外界吸收离子造成比外界低的水势，从而能维持较高的膨压而形成，但细胞质中高 浓度的离子会引起各种障碍，为了避免这一损害而将大部分离子蓄于液泡中，而使 其与液泡的渗透压维持平衡，植物合成甜菜碱、脯氨酸及蔗糖等有机化合物蓄于细 胞质中，作为对高盐环境的适应，有的植物为降低离子浓度而生有盐腺以排出盐类， 有的叶子肉质化1 5 。 1 3 1 国内外植物耐盐性研究进展 土壤盐渍化是一个全球性的环境生态和土地资源问题，盐碱地广泛的分布在世界上 1 0 0 多个国家和地区，由于土壤的盐渍化、次生盐渍化等原因，全球盐渍地面积仍在不 断增加，实例表明，土壤盐渍化已经成为危及人类生存所面临的主要环境生态和土地资 源问题。为此，对植物品种进行耐盐性选育，以利于更大力度的开发具有耐盐性的植物 资源，是改良利用盐碱地，并又能有效的控制盐碱地扩大化的重要生态措施，同时也是 一项经济有效的措施，具有广阔的可持续发展前景，为选育耐盐植物的种植资源和盐生 植物种质资源的基础研究工作提供了重要的前提，在盐生植物和耐盐植物的盐碱地改 造、生物多样性研究、抗盐基因的保存等方面均具有大的经济效益和生态效应【5 2 1 。 目前，世界上对于盐渍化土壤开发利用主要有两条途径：一种途径是把盐碱地环境 改良成为适应作物生长的环境，即利用传统的水土工程使盐渍化土壤得到改良；另一种 途径是培育适应在盐碱地生长的植物品种。经过多年来的实践证明，改良盐碱地环境条 件这条途径消耗巨大、成本昂贵，并耗费大量淡水资源，一旦淡水资源匮乏，将会受到 很大的限制。相比较，培育耐盐品种得到广泛应用，但是经过多年努力研究，目前耐盐 品种还很少，特别是可推广应用的耐盐品种十分有限，其原因之一是缺乏对植物的耐盐 生理生化机制的研究。 为了最终实现盐碱地的改良，多年来，国内外研究者始终致力于植物耐盐性生理生 化机制、遗传机制、材料选择等方面的研究。 ( 1 ) 盐胁迫对植物的伤害 6 一 二一。 。 一 一- 一 辽宁师范大学硕士学位论文 盐分对植物的伤害主要体现在抑制其生长，例如降低种子发芽率、苗木成活率与生 长量等【5 3 】。盐分可影响植物膜透性、酶活性、活性氧含量、渗透调节物质的积累等，导 致植物衰老加速，甚至死亡【5 4 】。植物根部较枝干部位对盐分敏感1 5 引。 盐胁迫对种子发芽的影响 种子阶段发育的好坏至关重要，不仅影响植株以后的生长品质，更影响子代的生长 发育。盐胁迫对种子发芽的影响主要有两方面：高浓度的盐离子对膜产生毒害，干扰膜 代谢，影响种子发芽；盐分使溶液渗透势降低，引起种子吸水降低影响种子发芽p 6 | 。 盐胁迫对植物吸收矿质元素的影响 在盐胁迫条件下，植物的生长会受到许多矿质养分离子之间和盐分离子交互作用的 影响，这种影响造成植物体内产生对养分吸收、利用和分配不平衡的情况，同时也增加 了植物对必需矿物质营养元素的需求。土壤溶液中高浓度的盐离子( 通常是指n a + 和c d 造成植物营养失调，由于离子的不均衡而对植物生长造成的伤害可以通过干扰n 、p 、 k 、c a 、m g 等矿物质元素的吸收而表现出来。在整个植株水平，盐胁迫通常导致n a + 和c 1 。含量的增加以及1 0 、c a 2 + 、n 0 3 。的降低【i 7 删】。 盐胁迫对植物自由基的影响 植物受到盐胁迫，n a + 竞争性地取代了细胞质膜上的c a 2 + ，使膜结构发生改变，细 胞通透性增强，盐分在植物体内的积累，使得细胞质内单一离子浓度过度增高，阻碍光 合产物的运输【6 1 - 6 2 。并且在盐胁迫条件下，植物体内自由基的平衡被打破，过多的自由 基会导致膜系统内的不饱和脂肪酸遭到破坏，膜脂过氧化使膜结构破坏，膜流动性减弱， 结构和功能被破坏，引起生理生化功能的改变。 盐胁迫对植物体内激素的影响 很多研究表明，在盐胁迫下，植物体内的激素如生长素、赤霉素、脱落酸、细胞分 裂素等都会发生改变，且最新研究表明经一定浓度脱落酸处理的植物耐盐性会增强 【6 3 删。植物生长在盐渍条件下，体内会合成积累氨基酸、脯氨酸和糖等亲水物质，这些 大分子亲水物质可以使植物免受盐分减轻或者免受伤害【6 5 侧。 盐胁迫对植物光合作用的影响 光合作用是植物维持生命的最重要的过程，是植物良好生长发育的基础。吴永波等 的研究表明在盐胁迫下，叶片的净光合速率减弱，蒸腾速率下降。但是有些植物的净光 合速率在盐胁迫条件下却呈现上升趋势，例如国槐，这可能是由于不同植物其渗透调节 也不同的原斟6 7 】。 ( 2 ) 植物耐盐生理生化机制 有关植物耐盐的生理生化机制的研究是一个非常复杂的工作。不同植物、同一植物 不同器官、植物的不同生长发育阶段、盐胁迫的不同程度以及盐胁迫处理时间长短不同 都能导致植物等生理生化反应产生变化。多年来的研究表明，对于不同的植物，盐分对 7 能源植物曼陀罗耐盐性的初步研究 其生长抑制机理也不同。植物的耐盐生理生化机制是一个十分复杂的问题，有些机制还 不能揭示植物耐盐性质的实质。通常情况下，植物的耐盐性机制主要有渗透调节机制、 离子区域化作用进行调节以及抗氧化防御系统酶活性的调节3 种。 渗透调节机制是指生长在渗透胁迫下的植物，其细胞内在渗透上有活性的并且没有 毒害作用的溶质的主动净增长的过程。植物在盐胁迫条件下进行渗透调节的方式常见的 有以下几种：细胞内的渗透调节机制、有机渗透调节机制以及无机渗透调节机制。 细胞内渗透调节机制是指，在盐胁迫条件下，由于外界渗透势较低，植物细胞会发 生水分缺失的现象，这种现象称为渗透胁迫。因此，植物为了避免这种渗透胁迫造成的 伤害，在这种逆境情况下必需产生一种适应其生长的机制。即在盐分胁迫下，为保证在 逆境条件下水分的正常供应使植物正常生长，植物细胞会主动积累一些可溶性物质来降 低细胞内的渗透势。盐胁迫下，植物细胞的细胞质膜透性增加【6 蹦引。通常具有较强的耐 盐性的植物其植物细胞膜稳定性也较强，在盐胁迫条件下，细胞质膜透性增加较少，伤 害率也较低；而具有较弱的耐盐性的植物则其质膜透性增加较多，伤害率也相对较高。 有机渗透调机制是指在逆境胁迫的情况下，植物可在细胞内合成可溶性的有机物质作为 渗透调节物质，这些渗透调节物质主要有有机酸、游离氨基酸、脯氨酸、甜菜碱、可溶 性碳水化合物等，经过一系列研究证明这些物质是对代谢过程无抑制作用、对细胞无毒 的物质。无机渗透调节机制主要是指植物从细胞外界溶液或者土壤中吸收并积累各种无 机离子，用以提高细胞内盐分浓度，只要这些吸收的离子不会表现出毒性或者造成极高 的浓度，就能被植物吸收利用使细胞内渗透势提高。无机渗透调节主要以吸钾排钠机制 为主，目前认为植物排钠机制主要涉及到以下几个过程：植物体不会将n a + 吸收入根 细胞内，即使n a + 进入细胞也会通过n r k + 泵再度被排出，积累在内皮层细胞内的n a + 也同样会被排出这种现象可能与植物的细胞质膜的组成有关系；植物体将吸收的 n a + 贮存于根和茎的基部，进而阻止了n a + 向叶片得运输：在植物体将吸收的n a + 向木 质部运输过程中，n a + 被韧皮部或者木质部的传递细胞所吸收，之后分泌到韧皮部中通 过再循环把n a + 再运到体外去，这一点在高粱、菜豆等植物中均得到证明；在盐分条 件胁迫下，被植物吸收的n a + 向地上部尤其是向叶片和果实的运输性会降低，而对1 0 运输选择性增加【7 0 。7 1 j 。 澳大利亚植物生理学家m u n n s 等通过采用新的研究方法，发现对于处于不同时间 ( 几天、几个月或者几年) 长短盐胁迫下的非盐生植物( 甜土植物) ，盐分对其生长产 生抑制的生长因子是不相同的。植物在短期盐胁迫下，吸收外界的n 矿和c l 。进入细胞 破坏了胞内离子平衡，导致产生次生胁迫( 渗透胁迫、氧胁迫和营养胁迫等) 。这些胁 迫使细胞失水，代谢失调，基础代谢物质被氧化，酶活性降低，细胞代谢逐渐紊乱，最 后导致植物生长降低，发育迟缓，甚至死亡。而长期生长于盐胁迫下的植物，其叶片尤 其是老叶中n a + 和c l 浓度不断增大，干扰代谢，降低膨压，进而代谢失调细胞脱水， 8 辽宁师范大学硕士学位论文 导致死亡。而植株由于叶片的不断死亡，可进行光合作用的面积减少，生长速度下降， 最后死亡。 盐生植物( 淡土植物) 的耐盐机理更为复杂，目前，对于盐生植物的抗盐机理的研 究尚未建立完整的体系。大部分的盐生植物在长期的进化适应过程中都形成了适宜其生 长的抗盐胁迫的方式，主要有耐盐性和避盐性：耐盐性是指植物通过自身代谢调节来适 应高盐环境；避盐性是指植物通过稀释盐分、主动排盐、被动拒盐等方式来逃避盐分对 其生长造成的损害。总之，不管是盐生植物还是非盐生植物，其耐盐机制都是一个十分 复杂的问题，国内外学者通过多年的努力研究表明，植物的耐盐性与盐分的吸收、运输、 分配、以及胞内耐盐物质的合成有着密切相关性，植物主要通过渗透胁迫、离子区域化 作用、体内代谢、光合途径的改变、与盐结合等方式抵抗盐分对其的伤害。 1 3 2 耐盐性鉴定方法的研究 选择适当的耐盐性测定方法是鉴定、筛选耐盐优良植物品种的依据。目前，已经对 棉花、花生、大豆、芹菜、油菜、黄瓜、番茄、水稻、高粱等作物以及草类等做了耐盐 性鉴定方法的研究。世界上对于植物耐盐性鉴定的方法有发芽筛选法、营养液筛选法、 组织培养筛选法、盆栽筛选法、田间筛选法。而耐盐鉴定的指标很多，通常分为直接鉴 定和间接鉴定两种。直接鉴定是指形态学指标的鉴定，间接鉴定是生理生化指标的鉴定， 但由于植物耐盐机制的复杂性，在进行鉴定时通常选用多个指标来对植物进行综合性评 价。 ( 1 ) 耐盐性鉴定的方法 发芽筛选法 植物发芽期的耐盐能力并不能代表其全生长期的耐盐能力，但是全生长期耐盐的植 物，其发芽期必定耐盐。因此利用对植物发芽期耐盐进行选择有希望获得大量耐盐性 强的品种。 营养液筛选法 待植株长到一定大小时( 依物种不同而异) ，选择长势相当的苗，洗去根部砂土， 移植到装有营养液的塑料盒中并使用塑料泡沫板对其进行固定，缓苗后，在营养液中加 入盐对其进行耐盐性选择。 组织培养筛选法 采用细胞培养技术和组织培养技术在不同浓度盐溶液的培养基上对材料进行耐盐 性选择。 盆栽筛选法 采用营养土( 根据试验要求) 或者无土育苗，用盆栽的形式对材料进行耐盐性选择。 田间筛选法 在自然条件下，利用一定浓度的海水、地下咸水人为造成盐害，对植物进行耐盐性 9 能源植物曼陀罗耐盐性的初步研究 选择，但是由于降水量、气温等状况的多变性，这种方法不易掌握，需要研究人员严格 控制处理条件，还需要有长期的经验积累【7 2 1 。 ( 2 ) 耐盐性鉴定的指标 形态学指标 植物不同生长发育期对于盐胁迫的外在表现也不同，因此其植株形态和产量可以直 观的判断其耐盐性的强弱。发芽期常用的指标有发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数 等。苗期常用的指标有植株的干重、鲜重。 生理生化指标 可以鉴定植物耐盐性的生理生化指标很多：光合强度、净光合速率、光补偿点、叶 绿素含量、呼吸强度等可反映植物光合作用能力和效率：萎焉系数、蒸腾系数可以反映 植物体内水分代谢状况；过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等一系列酶的活性可反映膜保护 酶系统：无机离子( 主要是n a + 1 0 ) 、脯氨酸、甜菜碱等可反映植物渗透调节能力。不 同植物耐盐机制也不相同，因此，对其进行耐盐性鉴定时必须根据研究对象的不同而有 针对性的选择适宜的指标。 1 0 辽宁师范大学硕士学位论文 2 实验方法 2 1 实验地情况 实验在辽宁省大连民族学院生物实验基地温室中进行，保证实验中盐度水平的控 制。 2 2 实验设计 在植物生长的旺盛季节( 5 1 0 月) ，在辽宁省大连市大连民族学院生物试验基地温 室中对曼陀罗的耐盐性进行了研究。研究其在不同盐度水平胁迫下的生理生化特征，包 括曼陀罗的种子萌发、植株生长及叶绿素含量、叶绿素荧光参数、气体交换参数和离子 含量等。 曼陀罗种子于2 0 0 9 年采收于大连民族学院试验地。选用直径约2 5c m 深度约2 0c m 的塑料盆。每盆中大约装入3 2 5 k g 土( 腐殖质与砂质土按质量比为3 ：l 的比例混合) 。 按照e c e ( e l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y