五种苹果砧木铝耐受性评价和镁对铝毒害的缓解效应

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中文摘要：铝毒被认为是酸性土壤中限制作物生长的主要胁迫因子之一。受土壤性质和氮肥长期过量施用的影响，我国渤海湾和云南等苹果产区土壤酸化严重。酸性土壤中，三价铝离子(Al3+)的大量存在抑制了苹果根系的生长，影响了根系对养分和水分的吸收。因此，缓解铝毒害是酸性土壤产区苹果产业绿色高质量发展的迫切需求。镁是植物生长发育所必需的大量元素之一，在多种作物的铝胁迫缓解中发挥了重要作用。因此，本研究开展了不同苹果砧木的耐铝性评价、铝耐受型砧木的耐铝机制和镁缓解苹果铝毒害的作用机制研究，主要结果如下: 1.不同苹果砧木的耐铝性评价:对五种苹果砧木幼苗(八棱海棠、新疆野苹果、山定子、平邑甜茶和富平楸子)设置了四个铝水平(0、0.5、1.0、1.5mmol/L),结果表明，铝显著抑制了苹果砧木，特别是根系的生长，铝浓度越高抑制作用越明显。当铝浓度为1.5mmol/L时，各砧木生物量、根长和根尖数下降幅度最大。根据植株生物量的下降幅度，五种苹果砧木的耐铝能力表现为八棱海棠＞山定子＞富平楸子＞平邑甜茶＞新疆野苹果。 2.铝耐受型苹果砧木耐铝机制研究:铝胁迫下，铝耐受型砧木八棱海棠各器官铝含量低于铝敏感型砧木新疆野苹果，而光合参数和叶绿素荧光参数均显著高于新疆野苹果。相比于新疆野苹果，八棱海棠在铝胁迫下具有更高的超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性以及更低的H2O2和丙二醛含量。此外，铝胁迫下，八棱海棠的硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶的活性也显著高于新疆野苹果。可见，八棱海棠通过减少植株中的铝积累量、提高叶片光合及抗氧化能力以及促进叶片的氮同化，提高了耐铝能力。 3.镁对铝胁迫下苹果幼苗抗氧化能力和碳氮代谢的影响:在无铝和有铝(1.5mmol/L)的条件下设置两个镁水平(0.3和3.0mmol/L)处理。结果表明，铝胁迫诱导了叶片和根中活性氧的产生，在铝处理20d后，植株总干重降低了52.37％;而添加镁处理，铝胁迫对植株总生物量的减少仅为11.07％。铝胁迫下，镁的供应一方面抑制了植株对铝的吸收，另一方面增强了超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶的活性，以及苯丙素、黄酮类物质和谷胱甘肽的生物合成，从而降低了H2O2和丙二醛的含量，缓解了铝诱导的氧化损伤。镁的添加通过提高叶片光合速率、蔗糖合酶和蔗糖磷酸合酶活性显著增加了蔗糖含量，还促进了13C-碳水化合物从叶向根的运输。转录组分析结果显示，镁添加上调了蔗糖和淀粉代谢途径和丙酮酸代谢途径中相关基因的表达，促进了根系利用碳水化合物的能力并增加了碳骨架向TCA循环的输入。在氮代谢方面，铝胁迫下，添加镁显著提高了氮代谢途径中相关基因的表达，植物根和叶中的硝酸盐还原酶、谷氨酰胺合酶和谷氨酸合酶活性升高，并且在叶、根和茎中表现出较高水平的NO3-和可溶性蛋白质含量。镁添加还显著提高了铝胁迫下苹果幼苗氮素累积量，并增强了15N从根到叶片的运输。综上，镁通过增强苹果幼苗抗氧化防御能力和碳氮代谢缓解了铝对苹果植株生长的抑制。

作者：

吕梦雪

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关键词：

苹果砧木铝毒害耐铝机制镁抗氧化系统碳氮代谢缓解效应

授予学位：

硕士

学科专业：

园艺学

导师：

葛顺峰

学位年度：

2023

学位授予单位：

山东农业大学

语种：

中文

中图分类号：