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西伯利亚白刺(Nitraria sibrica Pall.)为蒺藜科白刺属落叶小灌木,有极强的耐盐碱能力,具有良好的生态价值、药用价值和高附加的经济价值,开发利用前景广阔。本论文以吉林省白城地区荒漠盐生植物N.sibirica为研究材料,探索了西伯利亚白刺种子低萌发率的可能原因,筛选出破除种子休眠和获得种子高萌发率的处理方法;利用组织和细胞培养技术建立了西伯利亚白刺悬浮细胞培养体系和原生质体制备技术,为西伯利亚白刺的开发应用和深入研究提供了丰富的植株材料和细胞材料;利用微电极离子流测定技术MIFE和膜片钳技术,通过与盐敏感植物绿豆的比较,揭示了西伯利亚白刺在盐、碱和渗透胁迫下细胞质膜上Na、K、H离子流和膜电位的原初响应特征及其与抗逆机制的相关性,从离子平衡角度和膜电位水平上解释了西伯利亚白刺的耐盐机制。得到以下主要研究结果:1.西伯利亚白刺种子休眠和萌发特性研究 采用温水催芽、低温沙藏、浓硫酸、赤霉素GA等方法对种子进行处理后的发芽试验。结果表明,N.sibirica种子休眠属种壳休眠。98%浓硫酸处理2 h后接种于MS+0.5 g/mL BA+0.5 g/mLGA培养基上暗培养,能打破硬实种子休眠,发芽率最高和发芽势均为98.1%。2.西伯利亚白刺细胞悬浮系的生长特性及其原生质体的游离 对处理过的N.sibirica种子进行愈伤组织的诱导和增殖、悬浮细胞系的建立和原生质体的游离。结果表明,Nsibirica种子愈伤组织诱导和增殖的最适培养基分别为MS+0.5 mg/L BA+0.5 mg/L 2,4-D和MS+0.5 mg/L BA+ 1.0 mg/L 2,4-D;1.5g的颗粒状愈伤组织接种入40ml培养液(MS+0.5 mg/L BA+1.0 mg/L 2,4-D)进行细胞悬浮培养时,细胞生长曲线呈S型,细胞继代周期14d,第12d细胞增长量达到高峰,第6d细胞活力最高;取第6d的悬浮细胞用CPW-13M液预处理1h后进行原生质体的游离,筛选出CPW-8M+2%纤维素酶+0.2%半纤维素酶+0.1%离析酶+0.5%果胶酶+5.0 mmol/L MES+0.1%BSA中酶解12 h时,其原生质体产量高达9.79×106个/g,活力79.97%。3.西伯利亚白刺在盐碱和渗透胁迫下离子流响应特征的研究 分别以100 mM NaCl、50 mM Na2C03和175mM甘露醇瞬时胁迫N.sibirica和绿豆幼苗根1h,利用MIFE检测技术测定幼苗根12个微区的Na+、K+和H+离子流,探讨耐盐碱植物N.sibirica响应盐、碱和渗透胁迫时离子流的原初响应特征及其与植物抗逆的相关性。结果表明,N.sibirica响应盐胁迫和碱胁迫的早期阶段均通过限制Na+内流、降低K+外排、增加H+外排以及降低Na+/K+值来增强自身的抗盐碱能力,Na+内流主要在200～800μm根冠区,K+外排主要在1400μm伸长区,H+外排主要在1400～2000μm伸长区。与盐胁迫相比较,N.sibirica遭受碱胁迫时Na+内流更多、K+外排更多、H+外排较少。与绿豆植物相比较,N.sibirica盐和碱胁迫时的Na+/K+比值显著低于绿豆,维持细胞内低Na+/K+比值是植物耐盐碱的重要机制。MIFE技术结合药理学实验发现N.sibirica遭受瞬时盐胁迫时PM H+-ATPase活性和H+外排关系密切,PM H+-ATPase活性增强时H+外排增强,PM H+-ATPase活性减弱时H+外排降低,说明盐碱胁迫早期PM H+-ATPase活性大小能正调控H+外排。N.sibirica响应瞬时渗透胁迫时的离子流特征不同于盐碱胁迫,主要表现为Na+外排、K+内流和H+外排,Na+外排主要在1700μm伸长区,K+内流主要在800μm根冠区,H+外排主要在1700μm伸长区。与盐碱胁迫相比较,N.sibirica渗透胁迫时主要通过Na+外排和K+内流措施来维持细胞内较低的Na+/K+比值,从而调节体内离子平衡。绿豆响应渗透胁迫时的离子流特征主要表现为Na+外排、K+外排和H+外排。与绿豆植物相比较,N.sibirica渗透胁迫时通过K+内流维持了细胞内较低的Na+/K+比值和离子平衡,避免高渗透胁迫对植物根系的损害。4.西伯利亚白刺在盐碱胁迫下膜电位响应特征及其与质膜H+-ATPase相关性的研究 N.sibirica幼苗根经质膜H+-ATPase的专性抑制剂原钒酸钠和专性激活剂壳梭胞菌素预处理后分别用100 mM NaCl和50 mM Na2C03瞬时胁迫,利用膜片钳技术和MIFE技术结合药理学实验检测并分析根冠细胞的膜电位Em和H+离子流特征,发现Nsibirica幼苗根经不同浓度NaCl和Na2CO3瞬时胁迫时Em均发生变化,根据快速反应阶段变化幅度和时间确定了 100 mM NaCl和50 mM Na2CO3为瞬时盐碱胁迫的刺激阈值,且Em变化均包括快速反应和慢速反应两个阶段,快速反应阶段是膜电位响应的关键时期,说明膜电位变化是耐盐碱植物西伯利亚白刺响应盐碱胁迫刺激的早期信号事件。膜片钳技术结合药理学实验,发现PM H+-ATPase活性减弱时能缓解膜电位Em的变化变化,PM H+-ATPase活性增强时膜电位Em出现超极化;同时发现盐碱胁迫早期N.sibirica的PM H+-ATPase参与了膜电位Em的快速原初响应过程,并分别在30s和5s内发挥作用,说明瞬时盐碱胁迫处理N.sibirica时膜电位原初响应与H+-ATPase活性存在密切相关。总之,通过探讨耐盐碱植物西伯利亚白刺响应盐和碱胁迫时Em的原初响应特征及其与质膜PM H+-ATPase和H+离子流的相关性。说明西伯利亚白刺在早期盐胁迫和碱胁迫时质膜H+-ATP酶活性确实存在显著差异并发挥着作用。证实了N.sibirica在盐胁迫和碱胁迫时质膜H+-ATP酶活性有所差异,瞬时盐胁迫时幼苗根的质膜H+-ATP酶活性提高,导致H+大量外排,质膜质子梯度重建,使盐胁迫造成的膜电位变化现象尽可能得到极化恢复,缓解了盐胁迫的危害。