镁离子在提高植物光合效率中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于植物光合作用领域，具体涉及铝胁迫下镁离子在提高植物光合效率上的新用途。
【背景技术】
[0002]研宄表明酸性土壤占据世界上可耕土壤的比例达40%，主要分布在热带、亚热带及温带，发展中国家尤为明显。中国的酸性土壤主要是酸性富铝化土壤(以红壤为主)，占全国土地总面积的21%左右，主要分布在长江以南的热带地区、亚热带地区及云贵川地区，面积高达200多万公顷。这些地方气温高、雨量大，年降雨多在1500mm以上。这种高温多雨、湿热同季的特点，使土壤的风化和成土作用均甚强烈，生物物质的循环十分迅速。盐基高度不饱和，pH—般在4.5-6ο近年来，随着全球环境的日益恶化，土地的集约化管理，化肥的大量使用，许多地方已出现了酸雨危害，加速了土壤酸化，致使我国酸性土壤面积呈现逐渐扩大的趋势，同时使土壤的酸度增强，导致土壤释放大量的铝离子，严重制约了植物的生长。铝已被认为是酸性土壤中限制植物生长的一个重要因素。因此，近年来铝胁迫受到国内外研宄者的普遍关注。
[0003]目前国内外关于铝对植物毒害方面的研宄取得了较大进展，发现铝胁迫下多种植物，如水稻、大豆等的光合作用受到抑制。在叶片光合作用过程中，CO2从空气中向叶绿体光合部位扩散受诸多因素影响，如气孔导度、保卫细胞间CO2浓度等。铝胁迫还可能使植物叶片的细胞结构发生了变化，包括对气孔的保卫细胞和叶绿素的分子结构的破坏等。逆境胁迫条件下通常会导致叶片气孔导度下降、蒸腾作用减弱，导致光合速率降低，从而影响植物的生长和作物的产量。因此找到一种高效、低廉而又易于使用的提高植物光合效率的促进剂来解决铝胁迫抑制光合作用的问题是具有重大的现实和应用意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种在铝胁迫下提高植物光合速率、蒸腾速率、气孔导度等的矿物质，即铝胁迫下镁离子在提高植物光合效率中的应用。
[0005]为了实现本发明的上述目的，本发明的技术方案如下:
(1)考虑到不同品种的大豆本身的生理特性及对铝胁迫的响应存在一定差异，选择了云南本地的铝敏感大豆SB (下称SB)、耐铝型大豆RB (下称RB)品种进行了以下试验；
(2)将SB和RB饱满种子进行种子消毒，25°C黑暗下催芽萌发，待根长出2cm转入0.5mmol/L CaCl2S液中平衡一天，再转移至1/4的Hoagland培养液一周，长出二叶后转移至Hoagland培养液培养；
(3)待SB、RB苗长到四对叶片时选择长势一致的健壮植株，分别在含0、50、100、200、400 Mmo I/L AlClj^铝胁迫处理的 Hoagland 培养液中加入 100 Mmo I/L MgCl 2，对 SB、RB 苗处理4天，并以相同浓度AlCl3胁迫的植株作为对照，每个处理设置三个重复，取SB、RB苗从上往下数的第二对叶进行光合特性参数及相关蛋白表达水平的测定。
[0006]本发明以镁离子作为提高铝胁迫下大豆光合作用速率的促进剂，成本低，容易实施，可以添加到农肥中，也可以单独使用。镁离子能显著提高大豆各项光合特性参数，将微量元素对植物生长的显著作用发掘出来，尤其是用于对铝胁迫环境中的植物生长的调节，为进一步开发相关产品提供了思路。
[0007]本发明的有益效果:本发明所述的提高植物光合特性参数能力的镁离子，具有投入低、操作简单、效率高的特点；镁离子是植物所必需的一种微量矿物质元素，存在于植物体内叶绿素分子中心，也是一些酶，如H+-ATPase等的激动剂。在铝胁迫条件下，Al3+会竞争Mg2+在植物体内的结合位点，导致植物体内有效的镁离子的量减少，因此加大镁离子的量，能有效增加镁离子的量，降低铝胁迫所产生的负面效应，间接恢复植物的光合效率及相关酶的活性，对提高大豆的产量有重要意义。
【附图说明】
[0008]图1是本发明中RB和SB大豆中镁离子对不同浓度铝胁迫下大豆净光合速率的影响；
图2是本发明中RB和SB大豆中镁离子对不同浓度铝胁迫下大豆蒸腾速率的影响；
图3是本发明中RB和SB大豆中镁离子对不同浓度铝胁迫下大豆气孔导度的影响；
图4是本发明中SB大豆叶中镁离子对不同浓度铝胁迫下大豆质膜H+-ATPase活性的影响；
图5是本发明中SB大豆根中镁离子对不同浓度铝胁迫下大豆质膜H+-ATPase活性的影响；
图6是本发明中在SB大豆叶和根中镁离子对不同浓度铝胁迫下大豆质膜H+-ATPase磷酸化水平影响的Western blotting图；
图7是本发明中在SB大豆叶和根中镁离子对不同浓度铝胁迫下大豆质膜H+-ATPase磷酸化水平影响的Western blotting结果的量化图；
图8是本发明中在SB大豆叶和根中镁离子对不同浓度铝胁迫下大豆14-3-3蛋白表达量影响的 Western blotting 图；
图9是本发明中在SB大豆叶和根中镁离子对不同浓度铝胁迫下大豆14-3-3表达量影响的Western blotting结果的量化图。
【具体实施方式】
[0009]下面通过实施例和附图对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。实施例中方法如无特殊说明，按常规操作进行，如无特殊说明使用试剂均为常规购试剂或按常规方法配制的试剂，如无特殊说明方法中百分数均为质量百分数。
[0010]实施例1:SB、RB植株的栽培和处理，具体步骤如下:
1、实验材料为SB、RB幼苗
SB、RB种子消毒催芽后，25°C黑暗下催芽萌发，待根长出2cm转入0.5mmol/L CaCl2S液中平衡一天，再转移至1/4的Hoagland培养液一周，长出二叶后转移至Hoagland培养液培养，待幼苗长至四对叶时用于本实验；
2、配置浓度0、50、100、200、400Mmol/LAlCl3处理液及添加 100 MmoI/L MgClj^AlCl3处理液；以浓度为O的AlCl3未添加MgCl 2处理的植株作为对照(CK)；
3、分别用上述不同浓度AlCl3处理液及添加100 MmoI/L MgCld^AlCl3处理液处理SB、RB幼苗，4天后，取样进行光合速率、蒸腾速率、气孔导度的测定；同时液氮速冻后，_80°C低温保存根及叶片