耐盐牧草野大麦拒Na+机制研究

It would provide great guidance on salt tolerance improving of crops to clarify the salt tolerance mechanisms of wild relatives halopthyes. However, investigations carried on salt tolerance machanism of monocotyledonous halophytes were lack, especially on the cereal crops relative halophytes, owing to growth cycles,research backgrounds and other factors of materials. Hordeum Brevisubulatum, a wild forage, is one of the few relatives of wheat in Gramineae halophytes, has shown stronger salt tolerance under stress. However, the precise mechanism for the Na+ excluding mechanism of H. Brevisubulatum remains elusive. To assess the relative contribution of initial unidirectional Na+ influx, Na+ efflux from root, control of xylem loading and recirculation in the phloem to net Na+ accumulation, instantaneous unidirectional 22Na+ fluxes and dynamic accumulations in tissues were carried out by isotope tracer techniques, to define the mode of control net Na+ accumulation and reveal the precise Na+ excluding mechanism on tissues level of H. Brevisubulatum. These results will provide theoretical basis of molecular mechanism researches of salt tolerance for H. Brevisubulatum, while having great significance on salt tolerance breeding of crops, soil salinity modify and agricultural yields improving.

耐盐野生近缘种耐盐机制的阐明能为作物耐盐性改良提供重要指导。但由于生长周期和研究背景等因素，目前对禾本科盐生植物尤其是与禾谷类作物亲缘关系较近的盐生植物的耐盐机制研究较少。野大麦是禾本科盐生植物中少数与小麦亲缘关系较近的野生牧草，具有较强的耐盐能力，但其关键的拒Na+生理机制尚不清楚。本项目采用放射性22Na+示踪技术，精确测定盐胁迫下Na+进入野大麦后在各组织间的动态积累过程和Na+瞬时流动速率大小，通过综合比较Na+最初的单向内流、根系Na+单向外排、限制木质部Na+上运和韧皮部Na+回流4种最可能的拒Na+途径分别对减少整株Na+净积累的贡献，明确野大麦整株控制Na+净积累的模式，从组织水平揭示野大麦关键的拒Na+机制。研究结果将为野大麦耐盐分子机理研究提供针对性的理论依据，对农作物耐盐性育种、盐碱地生态改良和世界粮食问题均具有重要意义

由于生长周期和研究背景等因素，目前对禾谷类作物亲缘关系较近的盐生植物的耐盐机制研究较少。野大麦是盐生植物中少数与小麦亲缘关系较近的禾本科野生牧草，具有较强的耐盐能力，但其主要的耐盐生理机制一直存在争议。拒盐、泌盐、根系外排、叶片积盐都被认为是其可能的耐盐机制。本项目根据调研，选择拒盐作为其耐盐机理研究的突破口。. 根据项目任务书，首先选定了100mM NaCl和4叶期作为野大麦盐胁迫处理的适宜浓度和苗龄。生物量实验发现，50mM NaCl 对野大麦地上部生长具有一定的促进作用，但对其根系没有显著影响；且盐胁迫下野大麦比小麦具有更强的根系活力。0-7d的离子积累实验（100mM NaCl）表明，随着胁迫时间的增加，野大麦地上部积累了大量的Na+，其浓度显著高于小麦，这与预想的野大麦为拒Na吸K的耐盐机理完全相反。于是进行了低浓度（25，50mMNaCl）下的验证，结果类似；且即使增加培养系统中K+浓度对其组织的Na+、K+浓度也无显著影响。说明短时间盐胁迫下野大麦倾向于向地上部积累较多的Na+而非K+来进行盐胁迫适应。之后延长处理时间（0-60d）以寻找Na+浓度的峰值及出现的时间；发现野大麦地上部和根部的Na+浓度分别在第7天和第14天达到峰值，之后逐步下降，至第60天最低。随后，利用NMT 技术测定了活体根系表面的Na+、K+流动情况，发现增大根系Na+外排的同时减少K+的外流是Na+浓度到达峰值后随时间的下降的主要原因；同时确定了Na+外排为野大麦长时间胁迫下的关键耐盐机制。最后通过洗叶实验排除了泌盐作为野大麦耐盐的主要策略。. 以上研究结果基本确定了野大麦的耐盐生理机理 ：短时间盐胁迫下，野大麦主要通过地上部的Na+快速积累来进行盐胁迫的快速响应；之后随着胁迫的延长，主要通过根系不断增大对Na+的外排来降低植株体内Na+浓度；同时减少K+的外流，以达到对盐胁迫的适应；并构建了对应的离子运输模型。野大麦阶段性耐盐机理的阐明还有助于回答为什么前辈学者们对其耐盐机理存在拒Na+、根系外排Na+、液泡聚Na+等几种机制的解释；对今后学者们在研究植物耐盐机理的处理时间上提供了重要的参考。