盐胁迫对油菜光合作用、碳酸酐酶活性和叶绿素含量的影响

盐胁迫对油菜光合作用、碳酸酐酶活性和叶绿素含量的影响

0植物细胞的光催化作用自然界中，碱土的增加和土壤盐分的稀释已成为制约农业生产的重要因素。因此,植物盐害及耐盐机理的研究也成为当前农业科学的重要课题。盐胁迫对植物造成的伤害是多方面的,它可以打破植物的养分平衡,抑制对其它元素的吸收和转运,改变植物细胞内离子的浓度和种类,导致膜完整性的破坏和某些酶功能的降低。在盐胁迫下,植物的光合作用会受到明显的影响,活性氧的产生与清除的平衡受到破坏,使活性氧含量增加,从而导致对细胞的伤害。碳酸酐酶(CA,CarbonicanhydraseEC4.2.1.1)是一个重要的光合作用酶,它通过催化CO2和HCO3-之间的相互转化反应来降低CO2在叶肉细胞中的扩散阻力,为羧化反应提供底物。本试验在盐胁迫条件下,研究了不同浓度NaCl处理下油菜幼苗碳酸酐酶活性与油菜抗盐性的关系,并对油菜叶片叶绿素相对含量的变化进行了研究,以期为系统地了解甘蓝型油菜的耐盐性以及揭示其抗盐生理,并为选育耐盐品种和设施栽培中防止盐害提供理论依据。1材料和方法1.1盐胁迫处理处理将生长到5～6叶期的甘蓝型油菜(中油821)植株移栽到盆钵中,盆钵直径为25cm,高为22cm,土质为砂壤土,供给充分的N、P、K肥,每盆移入大小一致的植株5～6株,放到培养室内(温度为22°～28℃,光照强度为800～1000μmol/m2ˇs),分别用不同浓度(0%,0.5%,1.5%,0.3%,0.6%,0.9%,1.2%)的NaCl处理油菜幼苗,每种浓度重复处理3次。各处理除盐量不同外,加水量及其他管理措施均保持一致。在处理4天后,取植株中部叶片进行测定分析,测定时间是上午10:00,温度为25℃,相对湿度为62%。1.2光谱速度测量采用美国LI-COR公司生产的LI-6400便携式光合作用气体分析系统,来测定光合速率。1.3测定了总养分含量采用日本MINOLTA公司生产的SPAD-502型叶绿素仪,来测定叶片总含量(SPAD变化值)。1.4酶液的提取方法参照WilburandAnderson(1948)的方法并做适当的改进,具体方法为:测定介质采用20mmol/L的巴比妥钠(Barbital-Na2,pH=8.3,0°～4℃)缓冲液;提取介质为10mmol/L的BarbitalNa2缓冲液(pH=8.3,含50mmol/L巯基乙醇);酶液的提取采用0.5g叶片放到预冷的研钵中,迅速加入3mL液氮,提取介质进行研磨;研磨后,在13000r/min转速下离心5min后,取上清液,冷藏备测。碳酸酐酶活性的测定采用pH计法。保持反应系统在0°～2℃范围内,取待测上清液0.05m～1mL,加入到含15mL测定介质的反应容器中,然后迅速加入10mL预冷的饱和CO2蒸馏水(0°～2℃),用pH电极监测反应体系的pH值变化,记下pH值下降1个单位(例如,pH值从8.2下降到7.2)所需要的时间(以s为单位),记为在未加酶提取液条件下pH值下降一个单位所需要的时间0T,酶的活力用WAunits(Wilbur-Andersonunits)表示,计算公式为每次数据重复测定3次。2nacl处理对从根本上的碳酸酐酶活性和叶绿素总含量的影响盐处理后,光合速率的变化如图1所示,结果表明,油菜光合速率降低了。用NaCl处理油菜幼苗后测定的碳酸酐酶活性的变化如图2所示,结果表明,受盐分逆境条件的影响,碳酸酐酶的活性降低了。叶绿素总含量的变化如图3所示。结果表明,叶绿素总含量随着NaCl浓度的不断升高先有增加而后又减少。3盐胁迫对叶绿素释放和光合速率的影响许多研究证实,环境因子的改变可以引起叶绿体色素含量的变化,进而引起光合功能的改变。随着胁迫程度的加大,其降低幅度也加大。一般研究表明,盐胁迫下植物叶片中叶绿素含量下降,其主要原因是由于NaCl能促进叶绿素酶活性,使叶绿素分解;另外,由于类胡萝卜素含量的降低,减少了对活性氧的淬灭,导致细胞内积累较多的氧自由基,破坏叶绿体膜结构,加速叶绿素的分解。盐胁迫可以加速叶绿素的降解,降低类囊体膜的稳定性,降低叶绿体对光能的吸收,影响光能在两个光系统之间的合理分配,从而降低光合速率。盐胁迫使光合作用受抑制,具体表现为:盐分过多时,PEP羧化酶和RuBP羧化酶活性降低,叶绿体趋于分解,叶绿素和类胡萝卜素的生物合成受阻,气孔关闭,使光合速率下降,影响作物产量。在土壤含盐量超过0.35%时,土壤中大量的可溶性盐分可导致土壤水势及水分有效性显著降低,使作物立苗困难。高盐造成植物叶片气孔失水关闭,以保持叶片内相对较高的水势,进而严重阻碍了CO2进入叶肉细胞,降低了植物的光合作用。土壤盐分过多使植物根系土壤溶液渗透率降低,根据水从高水势向低水势流动的原理,这就给植物造成一种逆境,导致植物吸水困难。此时植物要吸收水分,必须形成一个比土壤溶液更低的水势;否则,植物将受到与水分胁迫相类似的危害,处于生理干旱状态。盐分胁迫导致营养亏缺,主要是由于在吸收一些矿质元素的过程中盐与各种营养元素相互竞争,从而阻止植物对一些矿质元素的吸收而造成的。最常见的就是由NaCl所引起的缺K。盐胁迫下造成养分不平衡的另一种结果是Cl-抑制了植物对NO3-及H2PO4-的吸收,其原因可能是这些阴离子之间存在着吸收竞争性抑制作用。4对光催化作用的点中,对盐胁迫对光合速率Na影响碳酸酐酶的活力。植株缺Na,叶片中的碳酸酐酶的活力是对照的两倍。作物吸收过量的Cl-,而Cl-是碳酸酐酶的阻化剂,可干扰光合作用机能。本试验结果显示,不同浓度NaCl处理油菜后,碳酸酐酶活性具有不同程度的下降。这说明盐胁迫不同程度地破坏了植物的光合机构。由于碳酸酐酶对光合作用有调控作用,因此在碳酸酐酶活性降低的同时,光合速率也下降。试验结果表明,本次所用甘蓝型油菜抗盐性不是很强。盐害是影响植物光合作用的主要外界不利因素之一,但是对其影响机理的研究目前还仅仅处于初步阶段,对于许多关键性问题都没有达成共识。由于光合作用为植物生长发育提供物质和能量,是植物生长发