一種減緩紅豆草高鹽毒害的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種減緩紅豆草高鹽毒害的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤鹽堿化是負(fù)面影響農(nóng)作物生長和產(chǎn)量的最主要非生物脅迫因子之一。隨著溫室氣體(CO2、SO2)的大量排放，全球氣溫逐年遞增，高溫又弓I起土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，使大面積可耕種土地由于干旱導(dǎo)致一些農(nóng)作物種子不能萌發(fā)或幼苗無法正常生長。即使如此，當(dāng)?shù)鼐用駷樵黾幽耆司杖?，采用灌溉技術(shù)來彌補(bǔ)棄種所帶來的損失。然而，不合理的灌溉技術(shù)和管理方法，使這些可灌溉的土地普遍積鹽，導(dǎo)致每年約有1000萬公頃的土地由于土壤的次生鹽漬化而丟棄(Hu Y and Schmidhalter U.2005.Journal of Plant Nutrit1nSoil Science.168: 541-549)。因此，隨著糧食資源和水資源短缺，合理開發(fā)利用鹽堿地顯得尤為重要。
[0003]紅豆草(Onobrychis viciaefolia Scop.)為四倍體、豆科驢豆屬多年生豆科牧草，因其各種營養(yǎng)豐富，被冠以“牧草皇后”的美稱。紅豆草蛋白含量高，抗旱耐鹽堿能力強(qiáng)于紫花苜蓿，加之其具有較強(qiáng)的固氮能力，對改善土壤理化性質(zhì)和促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成具有重要的意義。此外，紅豆草葉中能積累大量的單寧，可存在于牲畜胃中形成大量的可溶性蛋白，在反芻家畜青飼和放牧?xí)r不發(fā)生膨脹病，能克服紫花苜蓿等豆科牧草不能被反芻家畜大量食用的缺陷。紅豆草主要種植在我國西北如甘肅、寧夏、青海、新疆、內(nèi)蒙古等地，因其適口性好、營養(yǎng)豐富、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)作為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民首選的供應(yīng)牧草。然而，我國鹽堿地所占面積約2700萬hm2，紅豆草雖能在適度鹽堿化區(qū)域能適應(yīng)生存，但其耐鹽性不強(qiáng)，尤其在種子萌發(fā)和幼苗建立階段對鹽分尤為敏感。前期研究表明，土壤NaCl溶液嚴(yán)重抑制紅豆草種子萌發(fā)和幼苗的生長，主要表現(xiàn)在地上部和根中積累大量的Na+，從而降低了必需營養(yǎng)礦質(zhì)元素K+的含量，盡管紅豆草在長期進(jìn)化過程中，形成了一套適應(yīng)鹽溶液的機(jī)制，但其自身始終無法抵御土壤鹽溶液的毒害。因此，在現(xiàn)代生物科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和通過對長期處于鹽溶液植物適應(yīng)機(jī)制探索的基礎(chǔ)上，開發(fā)適用于緩解紅豆草鹽溶液毒害的方法不僅為紅豆草在鹽堿地的大面積種植提供可靠的技術(shù)支持，還能為提高紅豆草的產(chǎn)量以及可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]脯氨酸是植物體廣泛存在的游離氨基酸之一，主要積累在植物細(xì)胞質(zhì)中，能在植物葉綠體、線粒體和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)相互轉(zhuǎn)運(yùn)，在充當(dāng)滲透調(diào)節(jié)劑、活性氧清除劑、保護(hù)細(xì)胞膜和胞內(nèi)分子結(jié)構(gòu)、控制植物發(fā)育和充當(dāng)信號分子等過程中具有重要的作用(Szabados L andSavoure A, 2009.Trends in Plant Science.15: 89-97)。對于大多數(shù)植物，在遭受鹽和干旱脅迫下，植物組織都將合成大量的脯氨酸進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，使細(xì)胞維持較低的滲透勢以確保植物在逆境條件下能從鄰近組織或外界環(huán)境吸收更多的水分(Szabados L andSavoure A.2009.Cell.15: 89-97)。早在1995年，通過對脯氨酸合成調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識，將脯氨酸合成關(guān)鍵酶基因轉(zhuǎn)入到其他宿主植物中，增加了植物體內(nèi)脯氨酸含量，顯著增強(qiáng)了植物的耐鹽抗旱性(Kishor PBK et al., 1995.Plant Phys1logy.108: 1387-1394)。然而，脯氨酸等“兼性”有機(jī)溶質(zhì)的體內(nèi)合成，不僅消耗了大量的C源和N源，增加細(xì)胞內(nèi)的負(fù)荷，而且在合成過程中還需要耗費(fèi)大量的能量。因此，通過細(xì)胞體內(nèi)合成脯氨酸增強(qiáng)植物的耐鹽抗旱性并不是一種理想的方式。
[0005]研究表明，植物對Na+的吸收主要通過根系共質(zhì)體途徑進(jìn)入植物木質(zhì)部，依賴蒸騰流將Na+轉(zhuǎn)運(yùn)到植物地上部，大量Na+的積累又引發(fā)細(xì)胞滲透勢下降，導(dǎo)致細(xì)胞失水，尤其是葉細(xì)胞，主要表現(xiàn)為抑制光合作用和減少蒸騰速率(Deinlein U, Stephan AB, Horie T,Luo W, Xu GH, Schroeder J1.2014.Trends in Plant Science.19: 371-379)。最近在水稻中發(fā)現(xiàn)，NaC I溶液中額外添加脯氨酸能抑制共質(zhì)體的流動，減少了 Na+從根向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，增強(qiáng)了植物的耐鹽性(Sobahan MA et al.2009.B1science TechnologyB1chemistry.73: 2037-2042)。在擬南芥中，額外添加脯氨酸進(jìn)一步促進(jìn)了干旱脅迫下可溶糖的積累，緩解了干旱對光合作用的損傷，增強(qiáng)了擬南芥的抗旱性(Moustakas M,Sperdouli L，Kouna T，Antonopoulou CL，Ther1s L.2011.Plant GrowthReglulat1n.65: 315-325)。這些結(jié)果表明，額外添加脯氨酸的確能緩解植物的抗逆性，從而使植物在干旱鹽堿地表現(xiàn)出更好的生長。鑒于此，本發(fā)明的目的在于:采用對植物、微生物等無毒害的有機(jī)物質(zhì)脯氨酸，以在土壤中添加的方式，探索出能顯著緩解鹽溶液對紅豆草毒害的方法，為我國西北乃至全國大面積種植紅豆草以及提高紅豆草產(chǎn)量具有重要的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為緩解鹽溶液對紅豆草幼苗的毒害，提供了一種緩解紅豆草幼苗毒害的方法。
[0007]本發(fā)明是一種減緩紅豆草高鹽毒害的方法，其步驟為:
(1)挑選籽粒飽滿、均勻一致的紅豆草種子播到預(yù)先澆透水的蛭石中，置于黑暗環(huán)境中發(fā)芽，溫度為25 V，3天后種子開始萌發(fā)，待至少兩片子葉完全露出蛭石展開后，移至光照條件下培養(yǎng)，晝、夜溫度分別為26?28 °C、23?25 °C，光照強(qiáng)度為500?600 μπιο?.m—2.s一1，光照時間為16小時/天，每隔2天澆灌I次培養(yǎng)液；
(2)待步驟(I)培養(yǎng)的幼苗生長至第15天，分別將其置于含25和100mmol/L NaCl及同時添加5 mmol/L脯氨酸的培養(yǎng)液中處理，每隔2天更換I次處理液，培養(yǎng)條件與(I)相同即可；
(3)取步驟(2)處理7天的紅豆草幼苗，分別采用電導(dǎo)率法測定相對質(zhì)膜透性、硫代巴比妥酸法確定丙二醛濃度、火焰分光光度法分析Na+和K+濃度、茚三酮法測定脯氨酸含量，以評價外源脯氨酸減緩紅豆草幼苗高鹽毒害的效應(yīng)；
(4)步驟(I)和(2)所采用的培養(yǎng)液配方為:1.8?2.3mmoVLKN03、0.4?0.6 mmol/LΝΗ4Η2Ρ04、0.2?0.3 mmol/LMgS04.7H20、0.I?0.15 mmol/LCa(NO3) 2.4H20、0.4 ?0.6mmol/L Fe-citrate、85?90 pmol/L H3B〇3、15?20 ymol/LMnCl2.4Η2〇、I.5?I.7 pmol/LZnSO4.7Η20、0.4?0.6 pmoI/LCuSO4.5Η20、0.6?0.8 pmol/L (NH4) BMo7O24.4Η20ο
[0008]本發(fā)明首選一種對植物無害、植物體最常見的脯氨酸作為緩解紅豆草高鹽毒害的一種方法，其有益效果顯著，能有效緩解鹽溶液對紅豆草幼苗的毒害，此方法對野外紅豆草種植方面具有重要價值。
【附圖說明】
[0009]圖1為在25 mmol/L(低鹽)、100 mmol/L(高鹽)和分別額外添加5 mmol/L脯氨酸條件下處理7天的形態(tài)示意圖。
[00?0] 圖2為在25 mmol/L(低鹽)、100 mmol/L(高鹽)和分別額外添加5 mmol/L脯氨酸條件下處理7天對紅豆草幼苗地上部和根鮮重的影響。數(shù)值為平均值土SE(n=8)。
[ΟΟ??] 圖3為在25 mmol/L(低鹽)、100 mmol/L(高鹽)和分別額外添加5 mmol/L脯氨酸條件下處理7天對紅豆草幼苗地上部和根干重的影響。數(shù)值為平均值土SE(n=8)。
[0012]圖4為在25 mmol/L(低鹽)、100 mmol/L(高鹽)和分別額外添加5 mmol/L脯氨酸條件下處理7天對紅豆草幼苗地上部和根組織含水量的影響。數(shù)值為平均值土SE(n=8)。
[0013]圖5為在25 mmol/L(低鹽)、100 mmol/L(高鹽)和分別額外添加5 mmol/L脯氨酸條件下處理7天對紅豆草幼苗地上部和根丙二醛的影響。數(shù)值為平均值土SE(n=8)。
[00Μ] 圖6為在25 mmol/L(低鹽)、100 mmol/L(高鹽)和分別額外添加5 mmol/L脯氨酸條件下處理7天對紅豆草幼苗葉相對質(zhì)膜透性的影響。數(shù)值為平均值± SE(n=8)。
[0015] 圖7為在25 mmol/L(低鹽)、100 mmol/L(高鹽)和分別額外添加5 mmol/L脯氨酸條件下處理7天對紅豆草幼苗地上部和根Na+濃度的影響。數(shù)值為平均值土SE(n=8)。
[00??] 圖8為在25 mmol/L(低鹽)、100 mmol/L(高鹽)