染色體加倍增加了四倍體西瓜幼苗根系的耐鹽能力

朱紅菊 趙勝杰 路緒強(qiáng) 何楠 高磊 豆峻嶺 別之龍 劉文革

目的與意義：土壤鹽堿化和次生鹽漬化是影響西瓜生產(chǎn)的一個重要因素，嚴(yán)重制約著我國西瓜優(yōu)質(zhì)高效可持續(xù)發(fā)展。筆者前期研究發(fā)現(xiàn)多倍體西瓜耐鹽能力強(qiáng)于其同源二倍體西瓜，但是具體的耐鹽機(jī)理尚不明確，本研究通過分析NaCl脅迫后二倍體和四倍體西瓜幼苗生理生化變化、Na+和K+離子吸收轉(zhuǎn)運(yùn)變化及離子轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因的差異表達(dá)，多角度揭示西瓜多倍體的耐鹽優(yōu)勢機(jī)理，為培育抗逆性強(qiáng)的西瓜品種提供科學(xué)依據(jù)。

材料與方法：以‘ZY-9二倍體和其人工誘導(dǎo)的同源四倍體為材料，將二倍體和四倍體互做砧木進(jìn)行嫁接。在嫁接苗3葉1心時期用0和300 mmol·L-1 NaCl進(jìn)行處理，比較NaCl脅迫后不同嫁接苗之間光合作用、抗氧化酶活性差異，從生理生化指標(biāo)上證明四倍體西瓜的高耐鹽能力;研究NaCl脅迫后不同西瓜嫁接苗植株各組織Na+、K+含量及離子吸收的變化，確定不同倍性西瓜鹽脅迫離子吸收類型差異;比較NaCl脅迫后離子轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因SOS，PMA1，HKT1和NHX1的差異表達(dá)，分析二倍體和四倍體西瓜幼苗根系相關(guān)基因表達(dá)與耐鹽差異的關(guān)系。

結(jié)果與分析：300 mmol·L-1 NaCl鹽脅迫處理以后，以四倍體為砧木的西瓜幼苗受傷害程度小于以二倍體為砧木的西瓜幼苗，相同倍性砧木嫁接苗之間受NaCl脅迫傷害程度幾乎沒有差異。NaCl脅迫后，以四倍體為砧木的西瓜幼苗干物質(zhì)量、光合作用參數(shù)、抗氧化保護(hù)酶活性、保護(hù)性滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量等均顯著高于以二倍體為砧木的幼苗，丙二醛和活性氧含量則呈現(xiàn)出相反的趨勢，以四倍體做砧木的幼苗根部激素含量均高于以二倍體做砧木的幼苗。這些結(jié)果從生理生化層面解釋了四倍體西瓜的耐鹽優(yōu)勢是與其莖和根系有關(guān)的，與葉片關(guān)系不大。NaCl脅迫處理后，Na+含量在西瓜幼苗中顯著升高，在以二倍體為砧木的西瓜幼苗中Na+含量比以四倍體為砧木的幼苗高;K+含量在NaCl脅迫后顯著降低，在以二倍體為砧木的西瓜幼苗中K+含量比四倍體為砧木的幼苗低;西瓜幼苗地上部分優(yōu)先積累Na+和K+，莖部積累了最多的Na+和K+，其次是葉片，最少的是根系;300 mmol·L-1 NaCl脅迫處理后，西瓜幼苗根尖Na+流速顯著升高，K+流速均顯著降低，四倍體西瓜為砧木的幼苗根尖Na+和K+流速顯著高于二倍體為砧木的幼苗。該部分結(jié)果表明，根系在響應(yīng)四倍體西瓜NaCl脅迫過程中起了主要作用。NaCl脅迫處理后，以四倍體為砧木的嫁接苗中SOS，PMA1，HKT1和NHX1的表達(dá)量顯著高于以二倍體為砧木的西瓜幼苗，該結(jié)果從基因表達(dá)層面解釋了四倍體西瓜的耐鹽機(jī)制。

結(jié)? ? 論：染色體加倍增強(qiáng)了四倍體西瓜幼苗的耐鹽能力，以四倍體為砧木的西瓜幼苗比二倍體為砧木的西瓜幼苗更耐鹽脅迫。鹽脅迫后，與二倍體植株相比，四倍體西瓜幼苗光合作用能力、抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)化合物含量以及鹽脅迫相關(guān)基因表達(dá)水平較高，這可能與四倍體根系能保持低Na+和高K+能力有關(guān)。