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Mechanisms of Osmotic Adjustment of Themopsis lanceolata Test-tuble Plantlets in Adapting to Salt Stress

披针叶黄华试管苗适应盐胁迫的渗透调节机制



全 文 :书西北植物学报!
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文章编号$
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收稿日期$
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&修改稿收到日期$
!"#$*"$*#"
基金项目$河西学院科研创新与应用校长基金项目"
122
3
24
-
*!"#""%
#
作者简介$张超强"
#+5)
#!男!讲师!硕士!主要从事植物生理与分子生物学研究
6*78.9
$
4180
:
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:
!""+
!
#(%,;<7
"
通信作者$郑秀芳!副教授!硕士!主要从事植物生理生化与生物技术研究
6*78.9
$
*2>4!#55
!
#(%,;<7
披针叶黄华试管苗适应盐胁迫的渗透调节机制
张超强!郑秀芳"
"河西学院 农业与生物技术学院!甘肃张掖
+%$"""
#

!
要$以披针叶黄华"
!"#$%&

()(*+,-#&*+.+
#试管苗为材料!通过组培方法研究其在
"
(
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(
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(
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(
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#,"? @8A9

@8
!
BC
$
胁迫
%"D
后的生长(有机渗透调节物质和无机渗透调节物质"
@8
E
(
F
E和
A8
!E
#含
量的变化!以探讨其耐盐性机制结果显示$"
#
#随
@8A9

@8
!
BC
$
胁迫浓度的增加!披针叶黄华试管苗叶片脯氨
酸和可溶性糖含量均显著持续增加!且
@8A9
胁迫下脯氨酸上升的幅度均大于相同浓度
@8
!
BC
$
胁迫下的增幅!而
可溶性糖上升的幅度却小于相同浓度
@8
!
BC
$
胁迫下的幅度&可溶性蛋白含量随
@8A9
浓度的增大呈先升高后降低
的趋势!但随
@8
!
BC
$
浓度的增加呈持续上升的趋势"
!
#随
@8A9

@8
!
BC
$
浓度的增加!披针叶黄华试管苗
@8
E
含量呈增加趋势且各处理均显著高于对照!
A8
!E含量和叶片
F
E含量却呈逐渐减少趋势且各处理均显著低于对照!
而根系
F
E含量呈先降后升的趋势&
@8
!
BC
$
胁迫下披针叶黄华试管苗叶片
@8
E含量上升幅度以及
F
E和
A8
!E含量
下降幅度均明显低于相同浓度
@8A9
胁迫组&而
@8
E
%
F
E和
@8
E
%
A8
!E比值随
@8A9

@8
!
BC
$
浓度增加而升高&
@8A9
胁迫下!叶片
@8
E
%
F
E和
@8
E
%
A8
!E高于相同浓度
@8
!
BC
$
胁迫下的比值!而根系
@8
E
%
F
E和
@8
E
%
A8
!E却低
于相同浓度
@8
!
BC
$
胁迫下的比值研究表明!盐胁迫下!披针叶黄华试管苗通过抑制叶片中
@8
E积累并增加可
溶性糖和可溶性蛋白含量!在根系中维持较高
F
E和
A8
!E含量以及较低水平
@8
E
%
F
E和
@8
E
%
A8
!E比!以降低披针
叶黄华细胞渗透势来适应盐渍环境&披针叶黄华对
@8A9
胁迫的调节能力弱于
@8
!
BC
$

关键词$盐胁迫&披针叶黄华&渗透调节&离子含量与比例
中图分类号$
G$&,+5
文献标志码$
H
$%&()#*+*",-*+".#&/!
0
1*.+%).",12)3&
4
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BC
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P180P18PP<@8
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-
M/P7N0P
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!!
披针叶黄华"
!"#$%&

()(*+,-#&*+.+
#属豆科
"
[N
:
M7.0#黄华属多年生草本植物!广泛分布
于内蒙古(甘肃(宁夏(青海等省区多生于滩地(戈
壁(石质山坡(流动沙丘等干旱荒漠环境下!其适应
范围极广!抗寒性强!在碱化(盐渍化土壤中能生长
良好)#*!是防风固沙的优良植物除了重要的生态
价值外!披针叶黄华还具有抗癌(抗心律失调(抗微
生物(抗溃疡和升高白细胞等多方面的药理作
用)!*%*!对植物病虫害的防治也显示出明显的效
果)$*!具有重要的药用价值及开发成新型环保农药
的潜力多年来!许多学者就其药理(临床和化学成
分!特别是生物碱及其活性)#!&*(种子萌发和幼苗生
长)%!(*等方面开展了大量研究!但迄今尚未见从生
理生化角度揭示披针叶黄华适应盐环境的相关报
道河西走廊是典型的干旱半干旱区和盐碱区!盐
碱地面积大"
#,+5\#"
(
17
!
#!其盐渍土盐分组成
以硫酸盐为主!其次是氯化物
*
硫酸盐!碳酸盐较
少)+*本试验以披针叶黄华试管苗为材料!研究不
同盐度梯度的
@8A9

@8
!
BC
$
胁迫下试管苗的生
长(脯氨酸(可溶性糖(可溶性蛋白含量和
@8
E
(
F
E
(
A8
!E变化规律!比较披针叶黄华对不同盐胁迫
的响应差异!从离子平衡和有机溶质的积累等方面
初步探讨披针叶黄华适应盐胁迫的渗透调节机制!
为进一步高效开发利用披针叶黄华以及在盐碱地的
人工栽培提供参考依据
#
!
材料和方法
>,>
!
材料的培养
将初代培养的披针叶黄华试管苗按单节茎段转
移到
]BE!,"7
:
%
[FUE",&7
:
%
[ZHHE%?


E",?
卡拉胶的培养基中进行培养培养条件
为$
W
J&,&
"
(,"
!培养温度"
!&^!
#
_
!光照度
%"""92
!每天光照
#$1

>,?
!
材料处理
实验选用
@8A9

@8
!
BC
$
两种中性盐!将继代
培养的披针叶黄华试管苗切割成双节茎段转移到
"
(
",!?
(
",$?
(
",(?
(
",5?

#,"? @8A9

@8
!
BC
$
的胁迫培养基中进行培养!以不加盐的培
养基为对照每个处理
$"
株!培养方法同上!胁迫
培养
%"D
后!取各处理试管苗用于生长指标(渗透
调节物质含量和阳离子含量测定
>,@
!
生理指标测定
脯氨酸含量的测定采用茚三酮显色法)5*&可溶
性糖含量采用蒽酮比色法)5*&可溶性蛋白质含量的
检测采用考马斯亮蓝
K*!&"
染色法)5*&
@8
E
(
F
E
(
A8
!E含量测定采用
BUC` 6a
)

*的方法!略有改动!
按标准溶液配制方法配成待测金属含量为
#,"""
7
:
%
7[
的储备液!测定时稀释至所需浓度!制成标
准曲线!求出回归方程取各胁迫浓度处理的试管

!"
株!将根和叶分开!烘干至恒重!分别取
",#
:
材料用硝酸
b
高氯酸"
$b#
#进行消化处理后!用火
焰原子吸收分光光度计测定
@8
E
(
F
E
(
A8
!E含量!
以去离子水做空白对照
>,A
!
数据统计
所有测定均做
%
次重复!使用
62;N9!""%

BcBB#,"
进行数据处理和分析!
CO.
:
.05,"
软件
作图
!
!
结果与分析
?,>
!
不同盐胁迫对披针叶黄华试管苗生长的影响
观察发现!随盐胁迫浓度升高!披针叶黄华试管
苗叶片变小变黄!新叶长出的时间逐渐延长!生长明
显被抑制&在
#,"? @8A9
胁迫下!试管苗叶片发黄
或部分老叶首先萎蔫干枯脱落!但刚萌发出的新叶
$(
西
!

!

!

!

!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
%$


#
!
不同质量浓度"
"
#,"?
#
@8A9

@8
!
BC
$
胁迫下披针叶黄华试管苗的生长状况
d.
:
,#
!
KOW
<0/N/<>!/*+,-#&*+.+PN/P*PMXN
W
980P9NPM0DNOD.>>NON0P@8A980D@8
!
BC
$
;<0;N0PO8P.<0/
较少表现出盐害症状!而相同浓度的
@8
!
BC
$
胁迫
下并未出现叶片干枯脱落现象"图
#
#经测定"图
!
#!披针叶黄华试管苗平均株高随着两种盐胁迫浓
度的增加而逐渐降低!且
@8
!
BC
$
胁迫下降低的幅
度较小当盐浓度增为
#,"?
时!
@8A9
胁迫组试管
苗平均株高仅为对照的
#,"?
!而
@8
!
BC
$
胁迫组
试管苗平均株高仍为对照的
%%,$+?
这表明
@8A9
胁迫对披针叶黄华试管苗生长的抑制作用大

@8
!
BC
$
!且此效应具有浓度依赖性
?B?
!
C(D5

C(
?
9-
A
胁迫对披针叶黄华试管苗叶
片有机渗透调节物质含量的影响
如图
%
!
H
所示!披针叶黄华试管苗叶片中脯氨
酸含量随盐浓度的增加而逐渐增加其中!
",!?
@8A9

",!?
(
",$? @8
!
BC
$
胁迫下!试管苗叶片
脯氨酸含量与对照没有显著差异"
0
#
","&
#&而随
着盐浓度继续升高!两种盐胁迫试管苗叶片脯氨酸
含量迅速升高!
",$?
"
#,"?

@8A9
胁迫下分别
为对照的
(,5
(
5,
(
#(,(

#%,&
倍!
",(?
"
#,"? @8
!
BC
$
胁迫下分别为对照的
(,+&
(
##,"%

#!,((
倍!且差异均达到极显著水平"
0
$
","#
#
同时!不同浓度盐胁迫下披针叶黄华试管苗可
溶性糖含量均比对照显著增加"
0
$
","&
#!并随胁
迫浓度表现出持续升高的趋势"图
%
!
R
#其中!在
",!?
"
#,"?

@8
!
BC
$
胁迫下!试管苗叶片可溶
性糖含量分别为对照
#,++
(
!,%(
(
%,"(
(
%,++

$,#"
倍&相同浓度的
@8A9
胁迫下!试管苗叶片可溶性糖
含量分别为对照的
#,+#
(
#,(
(
!,#$
(
!,+5

%,$(
倍比较而言!
@8
!
BC
$
胁迫下试管苗叶片中可溶

!
!
盐胁迫对披针叶黄华试管苗平均株高的影响
d.
:
,!
!
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PN/P*PMXN
W
980P9NP8TNO8
:
N
W
980P1N.
:
1P
性糖含量的增幅大于相同浓度
@8A9
胁迫处理
另外!披针叶黄华试管苗叶片的可溶性蛋白质
含量随着
@8A9
浓度增加表现出先升高后降低的趋
势!而
@8
!
BC
$
胁迫下则表现出持续升高的趋势"图
%
!
A
#其中!与对照相比!试管苗叶片可溶性蛋白
质含量在
",!?

",$? @8
!
BC
$
胁迫下没有显著
差异"
0
#
","&
#!在
",(?
(
",5?

#,"? @8
!
BC
$
胁迫下分别显著增加
%5,+&?
(
$5,$"?

((,+!?
&

@8A9
浓度为
",(?
时!试管苗可溶性蛋白含量最
高!比对照显著增加
%$,5%?
!而当
@8A9
浓度增加

#,"?
时!可溶性蛋白含量比对照降低
!,5?
!但
未达到显著水平以上结果说明可溶性糖和可溶性
蛋白含量增加有利于试管苗的渗透调节!且总体表
现出对
@8
!
BC
$
胁迫的调节能力强于同浓度
@8A9
胁迫
&(
&

!!!!!!!!!!!!
张超强!等$披针叶黄华试管苗适应盐胁迫的渗透调节机制
?B@
!
C(D5

C(
?
9-
A
胁迫对披针叶黄华试管苗叶
片离子含量及比值的影响
?B@B>
!
C(
E
(
;
E和
D(
?E含量
!
披针叶黄华试管苗
叶片与根系中
@8
E的含量随
@8A9

@8
!
BC
$
胁迫
浓度的增加逐渐上升且均显著高于对照"
0
$
","&
#!但叶片中
@8
E含量明显高于根系!两器官间
的差异却随盐胁迫浓度的增加逐渐缩小"图
$
!
H
#
其中!叶片
@8
E 含量的增幅在
",!?
时最大!在
",$?
"
#,"?
间随盐浓度增加逐渐变缓&根系
@8
E
含量在低盐浓度下"
%
",$?
#增加比较平缓!但在
",(?
"
#,"?
间却随盐浓度的增加而显著上升比
较两种盐胁迫下试管苗叶片和根系
@8
E含量的变
化发现!
@8A9
胁迫试管苗叶片
@8
E含量均比相同
浓度
@8
!
BC
$
胁迫处理高!而其根系
@8
E含量均比
相同浓度
@8
!
BC
$
胁迫处理低
由图
$
!
R
可知!随
@8A9

@8
!
BC
$
胁迫浓度的
增加!披针叶黄华试管苗叶片中
F
E含量逐渐降低!

%
!
盐胁迫对披针叶黄华试管苗有机渗透
调节物质含量的影响
d.
:
,%
!
6>>N;P/<>/89P/PON//<0!/*+,-#&*+.+
PN/P*PMXN
W
980P9NP:
80.;并显著低于对照"
0
$
","&
#!且
@8
!
BC
$
处理始终高
于同浓度的
@8A9
处理&当盐浓度为
#,"?
时!
@8A9

@8
!
BC
$
胁迫叶片中
F
E含量分别比对照显著降

&,(?

$$,+?
同时!
@8A9

@8
!
BC
$
胁迫
试管苗根系中
F
E含量随盐浓度增加呈先下降后上
升的趋势!且
@8A9
处理始终略高于
@8
!
BC
$
处理&
当盐浓度大于
",(?
时!根系
F
E含量显著高于对照
"
0
$
","&
#!而盐浓度为
#,"?
时!根系中
F
E含量
达到最大!
@8A9

@8
!
BC
$
处理较对照分别显著增
加了
(!,&?

&(,%?
相同浓度的两种盐胁迫下!
试管苗叶片中
F
E含量明显高于根系!
@8
!
BC
$
胁迫
下试管苗叶片中
F
E含量明显高于
@8A9
胁迫组"
0
$
","&
#!而其根系中
F
E含量与
@8A9
胁迫组差异
不显著"
0
#
","&
#

$
!
盐胁迫下披针叶黄华试管苗叶片和根系
@8
E
(
F
E和
A8
!E含量的变化
d.
:
,$
!
A180
:
N/<>@8
E
!
F
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!E
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9N8TN/80DO<

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980P9NPM0DNO/89P/PON//
((
西
!

!

!

!

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!
盐胁迫下披针叶黄华试管苗叶片与根系
C(
E
%
;
E和
C(
E
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U8X9N#
!
U1N@8
E
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F
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E
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!/*+,-#&*+.+PN/P*PMXN
W
980P9NPM0DNO/89P/PON//
盐浓度
B89.0.P
3
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E
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F
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叶片
[N8TN/
根系
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BC
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叶片
[N8TN/
根系
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@8
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叶片
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根系
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叶片
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根系
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!!
另外!
@8A9

@8
!
BC
$
胁迫下披针叶黄华试管
苗叶片和根系中
A8
!E含量的变化趋势相似!即随着
盐浓度的增加逐渐降低"图
$
!
A
#其中!随盐浓度
增加!披针叶黄华试管苗叶片
A8
!E的含量呈现持续
降低的趋势且显著低于对照"
0
$
","&
#&而根系
A8
!E的含量在盐胁迫浓度为
",$?
及以下时变化不
显著!在盐胁迫浓度为
",(?
及以上时显著比对照
下降"
0
$
","&
#比较
@8A9

@8
!
BC
$
胁迫下试
管苗叶片和根系
A8
!E含量发现!
@8
!
BC
$
胁迫试管
苗叶片和根系
A8
!E含量均高于相同浓度
@8A9
胁迫
处理!叶片含量明显高于同浓度下根系含量可见!
披针叶黄华试管苗叶片和根系的离子含量及其对盐
胁迫的响应不尽相同
?B@B?
!
C(
E
%
;
E和
C(
E
%
D(
?E比值
!
由表
#
可知!
随着盐胁迫浓度的增加!披针叶黄华试管苗叶片与
根系中
@8
E
%
F
E和
@8
E
%
A8
!E均呈逐渐升高趋势!
且均显著高于对照"
0
$
","&
#
@8
E
%
F
E和
@8
E
%
A8
!E比值的提高既与试管苗叶片和根系中
@8
E含
量的净增加有关!也与叶片和根系中
F
E和
A8
!E含
量的降低有关
@8A9
胁迫下披针叶黄华试管苗叶

@8
E
%
F
E 和
@8
E
%
A8
!E 明 显 高 于 相 同 浓 度
@8
!
BC
$
胁迫组!而根系
@8
E
%
F
E和
@8
E
%
A8
!E则低

@8
!
BC
$
胁迫组以上结果说明
@8
!
BC
$
胁迫对
试管苗离子平衡的破坏作用明显弱于
@8A9
胁迫!
即披针叶黄华试管苗对
@8
!
BC
$
胁迫的适应性明显
强于
@8A9
胁迫
%
!

!

@B>
!
C(D5

C(
?
9-
A
胁迫与试管苗有机渗透调节
物质含量的关系
大多数研究者认为!脯氨酸的积累可作为一种
耐盐生理指标)#"*!但也有研究认为脯氨酸的积累与
耐盐性呈负相关!是胁迫对植物伤害的结果!其积累
可反映渗透胁迫对植物伤害的程度)##*本研究中!
低浓度盐胁迫下试管苗叶片脯氨酸含量变化不明显
"
0
#
","&
#!随盐胁迫浓度的升高其含量显著升高
"
0
$
","#
#!结合中浓度盐胁迫严重抑制了试管苗
生长的事实!可推断脯氨酸的积累是一种伤害反应!
可反映盐胁迫对试管苗的伤害程度同时!由于
@8A9
胁迫下试管苗叶片脯氨酸增幅大于相同浓度
@8
!
BC
$
胁迫处理!说明
@8A9
对披针叶黄华试管苗
的伤害程度比
@8
!
BC
$
大!这与不同浓度盐胁迫下
沼泽小叶桦 "
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3
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#
)
#!
*和凤毛菊
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#
)
#%
*幼苗脯氨酸含量变化结果
一致而
#,"? @8A9
胁迫处理叶片中游离脯氨酸
含量略低于
",5? @8A9
胁迫处理!可能与高盐胁迫
下试管苗植株枯萎!造成细胞死亡(使线粒体的膜透
性失控!游离脯氨酸进入线粒体被相关酶类分解
有关)#$*
研究表明!盐胁迫诱导植物细胞内可溶性糖含
量增加!以降低细胞的渗透势!提高植物组织的持水
力)#&*!可溶性蛋白含量升高也有利于提高植物对盐
环境的耐受性)#(*本试验中!随盐胁迫浓度的升
高!试管苗叶片中可溶性糖含量持续升高!且
@8
!
BC
$
胁迫下的增幅明显大于相同浓度
@8A9

迫下的增幅&而同期 可溶 性蛋 白含 量 增 幅 在
@8
!
BC
$
浓度为
",$?
及以下时并不显著!这可能与
本试验材料的原生境+++河西走廊的盐渍土中盐分
以硫酸盐为主)#+*有关!当
@8
!
BC
$
浓度为
",(?

以上时!可溶性蛋白含量显著高于对照!可能是高浓

@8
!
BC
$
胁迫诱导细胞中合成了盐适应性蛋白!
对其进行渗透调节!维持了细胞的正常代谢活性
可见!在
@8
!
BC
$
浓度低于
",(?
时!可溶性糖是披
针叶黄华试管苗主要的渗透调节物质!而在浓度为
",(?
及以上时!可溶性糖和可溶性蛋白共同作用!
调节试管苗的渗透势在
@8A9
胁迫浓度低于
+(
&

!!!!!!!!!!!!
张超强!等$披针叶黄华试管苗适应盐胁迫的渗透调节机制
",5?
时!试管苗受到可溶性糖和可溶性蛋白的共同
渗透调节!而当
@8A9
浓度高于
",5?
时!盐胁迫抑
制了可溶性蛋白的合成!可溶性糖成为主要的渗透
调节物质
@8
!
BC
$
胁迫下可溶性糖和可溶性蛋白
的调节能力和适应盐胁迫的调节范围均大于
@8A9
!
而作为本试验中伤害指标的脯氨酸的积累却小于同
浓度
@8A9
胁迫的值
@B?
!
C(D5

C(
?
9-
A
胁迫与披针叶黄华试管苗离
子含量的关系
盐胁迫促进
@8
E等有害离子大量进入植株体
内!并造成积累!破坏植物体内的离子和水分平衡!
对植株生长造成伤害)#5*研究认为!
F
E在植物抗
盐中起作用!
@8
E诱导组织内
F
E含量降低是造成
盐害的原因之一)#*本研究中!盐胁迫使试管苗叶
片和根系的
@8
E
(
F
E和
A8
!E含量发生了深刻变化
@8
E含量在叶片和根系中均随盐浓度增加而上升!
但根系
@8
E增幅明显大于叶片!说明披针叶黄华利
用积累在根系的
@8
E来维持细胞的渗透势!满足水
分代谢的需要!从而减轻盐胁迫对试管苗的伤害
比较而言!
@8
!
BC
$
胁迫下试管苗叶片中
@8
E增幅
低于同浓度
@8A9
胁迫下的增幅!而根系中贮存的
@8
E却高于同浓度
@8A9
胁迫下的量!这可能与
A9
)
毒害)#"*和
BC
$
!)保护)!"*有关
两种盐胁迫下的
F
E含量在叶片中均下降!但
仍维持在较高水平!这有利于正在生长的幼嫩组织
中保持较高
F
E含量!避免营养亏缺使之耐盐同
时!
@8A9
胁迫下叶片
F
E 含量降幅大于相同浓度
@8
!
BC
$
胁迫下的降幅!而根系
F
E含量维持较高水
平!尤其在高盐"
&
",(?
#胁迫下增幅明显试管苗
根系通过维持高
F
E含量!进而保证
@8
E
%
F
E比仍
维持在较低水平!由于
@8
E和
F
E间的拮抗作用!根
系高
F
E含量抑制了
@8
E过多进入!使运到叶片的
@8
E大为减少!维持了地上部离子平衡!缓解了盐胁
迫对试管苗的伤害!这与陈贵林等)!#*对白刺试管苗
的研究结果相似!这可能是试管苗在高盐环境下存
活的原因之一
A8
!E有助于提高植物对
F
E选择性吸收的能力
以及维持
F
E
%
@8
E
)
!!
*
本实验低盐"
%
",$?
#胁迫
下!试管苗叶片
A8
!E含量随盐浓度增加迅速降低!
而根系
A8
!E 含量变化不大"
0
#
","&
#&高盐"
&
",(?
#胁迫下根系
A8
!E 含量迅速降低!抑制了
A8
!E向叶片的运输!导致叶片
A8
!E含量进一步下
降由此可见!低浓度盐胁迫下试管苗根系维持了
较高的
A8
!E浓度及低的
@8
E
%
A8
!E比!使离子平衡
得以维持&高浓度盐胁迫下!这种平衡被打破!导致
大量有害离子进入植物体内!造成盐害同时!
@8A9
胁迫下叶片
@8
E
%
F
E和
@8
E
%
A8
!E增幅均大
于相同浓度
@8
!
BC
$
胁迫下的增幅!表明
@8A9
胁迫
下试管苗的
@8
E
(
F
E和
A8
!E运输选择机制受到破
坏程度较大!导致更多的
@8
E运输到叶片!使光合
细胞的膜结构和其它代谢过程受到伤害比
@8
!
BC
$
胁迫下大!这可能是披针叶黄华试管苗在
@8
!
BC
$
胁迫下生长状态好于同浓度
@8A9
胁迫的原因
之一
综上所述!披针叶黄华试管苗在受到盐胁迫时
通过增加有机渗透调节物质!如可溶性糖和可溶性
蛋白量来降低细胞的渗透势!以及维持根系中较高

F
E
(
A8
!E 含量(抑制叶片中
@8
E 的积累!调节
@8
E
%
F
E和
@8
E
%
A8
!E 处于较低水平!以此来适应
盐渍生境
@8
!
BC
$
胁迫下试管苗叶片
@8
E含量和
@8
E
%
F
E和
@8
E
%
A8
!E比低于同浓度
@8A9
胁迫!而
可溶性糖和可溶性蛋白的含量以及根系
F
E
(
A8
!E
含量却大于同浓度
@8A9
胁迫!从而使披针叶黄华

@8
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胁迫具有更强的适应性
参考文献!
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