FTIR光谱与叶绿素荧光共同探究甘蔗耐铝特性的方法技术

本发明专利技术公开了FTIR光谱与叶绿素荧光共同探究甘蔗耐铝特性的方法，包括以下步骤：s1.培育若干优良甘蔗品系作为参试材料，并设置多个不同铝浓度处理；s2.对不同基因型甘蔗对耐铝性进行筛选；s3.测定铝胁迫甘蔗根系的生理特征；s4.测定铝胁迫下甘蔗叶片的光合特性及叶绿素荧光参数；s5.测定不同铝浓度胁迫下参试材料的根、茎、叶的FTIR光谱，并对FTIR光谱征峰归属与生理特征中相关物质的变化进行比较分析；本发明专利技术为筛选甘蔗耐铝品种提供理论基础和实验依据，为甘蔗育种工作提供重要的种质资源。

Study on Aluminum Tolerance of Sugarcane by FTIR Spectrum and Chlorophyll Fluorescence

【技术实现步骤摘要】
FTIR光谱与叶绿素荧光共同探究甘蔗耐铝特性的方法
本专利技术属于甘蔗品种研究领域，具体涉及FTIR光谱与叶绿素荧光共同探究甘蔗耐铝特性的方法。
技术介绍
1.铝胁迫对作物的影响a.广西蔗区的土壤PH值及铝含量的调查酸性土壤是低PH值土壤的简称，包括红壤、黄壤、砖红壤、赤红壤和灰化土等，我国南方广泛分布着以红壤为主的酸性富铝化土壤。据估计，全世40％的耕地为酸性土壤，总面积达203万平方公里，约占我国国土面积的21％，遍及14个省区，而又以广西、广东等华南地区面积最大。图1是对广西蔗区的土壤PH值调查情况。铝是地壳和土壤中含量最丰富的金属元素之一，其含量仅次于氧、硅，占整个地壳中总矿质元素的7％左右。表2是对广西蔗区土壤活性铁、锰、铝含量的调查；土壤中的铝一般以对植物生长和发育毒性较小的不溶性磷酸盐、硫酸盐、硅酸盐和氧化物的形式存在，当土壤PH值小于5.5时，铝则被释放出来变成可溶性的铝离子状态，Al3+对作物生长所产生的毒害是最大。同时酸性土壤中的铝离子还与磷酸根离子形成低溶解性的磷酸铝化合物，导致土壤中有效磷含量大大降低，从而给作物的生长带来更大的毒害。表2土壤活性铁、锰、铝含量Table2TheavailableMn，FeandAlandexchangeableMnandAlcontentindifferentsoilsamplescausingchlorosisinsugarcaneseedlings酸性土壤中的铝毒是作物生产的主要限制因子,长期来影响着作物的生长和产量。铝能抑制植物根系的生长，使根内细胞不能正常分裂，根的伸长受到阻碍，植物的地上部分的生长和发育受到阻碍，植物的吸收作用受阻，导致植物的抗逆性减弱。铝对植物地上部分的影响主要包括碳水化合物含量、光合作用、水分的利用率、光保护系统、矿质营养和氮代谢。造成整株植物生物量降低，叶片数目减少并且变小，叶片卷曲发黄。随着人口的增加和可耕种土地的减少,开发并改良酸性土壤受到高度关注。农业上通过施用生石灰或碱性肥料来降低土壤酸度,但是该方法成本高并且不能从根本上解决问题。不同植物或同一植物的不同基因型对铝胁迫的耐性不同。因此,充分挖掘优良基因型的遗传潜力,利用和选育耐铝基因型植物,就成为提高酸性土壤作物生产力、促进农业持续发展的一条花费少、效果好的途径。而要选育出优良的耐铝基因型品种,植物品种间的耐性筛选工作往往是关健的一步。据我们所知,对甘蔗品种耐铝性的筛选工作前人很少涉及,这方面的研究未见有文献资料。b.铝对作物的毒害及铝胁迫与抗氧化系统的关系在酸性土壤中,铝对植物的毒害首先是对其根系产生危害,主要表现为根尖和侧根变得粗短,根尖呈褐色,出现不规则的弯曲,根毛减少等症状,过多的游离铝和交换性铝离子通过抑制根尖生长发育,造成植株对其他离子及水分吸收障碍,从而影响植物的生长发育同时铝毒还抑制植物地上部分正常生长,对茎和叶片的影响也较为明显,不仅抑制茎的生长使干物质含量减少,还使叶片不正常脱落,叶片变小,出现萎黄现象,使植物的总生物量减少。植物在逆境条件下,膜脂的过氧化作用和保护酶系统如超氧物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性的变化被广泛用于植物对逆境反应机理的研究。逆境胁迫(高光照、干早、盐渍、高温等)常常导致植物体内活性氧的增加。植物体为了避免遭到活性氧的毒害也相应地形成一些防御系统,如活性氧的酶促反应与非酶促反应两大系统。其中的SOD广泛存在于C3、C4植物的叶绿体、线粒体和细胞质中,它是抗氧化系统中一种极为主要和在体内普遍存在的金属酶,与酶相连的金属交换地氧化或还原催化歧化反应,可将O2-歧化成H2O2和02,在保护酶系统中处于核心地位。许多报道认为,植物体内的SOD活性与植物抗氧化能力呈正相关。Peixoto等研究发现，铝胁迫下高粱APX，POD活性上升，CAT活性下降，而SOD活性变化则因品种不同而各异。刘晓辉等也发现，草高粱与甜高粱在铝胁迫下SOD和POD呈现出不同的响应模式。据万美亮等报道,甘蔗缺磷培养19天后,除粤糖57-423(耐低磷能力差)的SOD、POD、CAT活性比对照低外,其它几个品种如新台糖10号(耐低磷能力中等)、粤糖71-210、台糖F-134(耐低磷能力强)的SOD、POD、CAT活性均比正常供磷水平高。朱雪竹等研究也发现,铝胁迫导致小麦根系SOD活性的上升。除此之外,Cakmak等还报道,铝胁迫能造成大豆根POD、SOD活性的升高,加强膜质过氧化作用。他们认为,由氧自由基增多而引起的膜质过氧化是质膜结构遭到破坏的原因。c.铝胁迫与根系有机酸的分泌大量的研究己经证实,植物耐铝性与根系有机酸的分泌有直接的关系。过量表达有机酸通道蛋白基因是提高植物抗铝能力的有效手段。如抗铝小麦ET8主要的抗铝基因TaALMT1在水稻和烟草细胞中异源表达后引起铝诱导的苹果酸外流，因而提高烟草细胞的耐铝能力。将TaALMT1基因转入大麦中过量表达，转基因大麦具有与ET8相似的苹果酸分泌和抗铝毒能力。植物体内有机酸含量也可以通过在植物中过量表达和有机酸代谢相关酶的基因(如苹果酸脱氢酶MDH，柠檬酸合酶cs、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶PEPC和丙酮酸磷酸激酶PPDK)，通过在植物中过量表达有机酸代谢相关酶的基因可以提高植物对铝的耐受性。当植物生长在含有铝的酸性培养液中时，转MDH植株积累的生物量比未转基因的苜蓿高，在含有铝的水培液或土壤中栽培时，非转基因植物的生长困难，转基因植物生长情况良好，磷素吸收能力增强。植物根部和叶中其它有机酸的浓度增加，从根部分泌的有机酸浓度增加，同时铝耐受性增强。d.甘蔗中铝毒的研究进展陆国盈等研究指出甘蔗植株吸收过量的锰和铝后，降低了甘蔗叶片的硝酸还原酶活性，抑制了甘蔗正常的氮代谢,最终宿根甘蔗幼苗出现黄化,严重影响了宿根甘蔗的生长和产量。王月平等在对植物抗铝毒的机制中提到，植物铝胁迫能引起叶绿素含量下降，叶片黄化坏死；陈超君等指出影响作物生长的土壤因素有铝毒、锰毒、H+毒(高H+浓度)及矿质营养元素的缺乏,其中铝的毒害是限制作物生长的主要因素之一。广西蔗作土多为富铝化的酸性红壤土,铝毒是甘蔗单产水平难以突破的重要制约因素之一。酸性土壤中铝对植物的毒害是普遍的,但是不同的植物或同一植物的不同基因型耐铝性可能存在差异。Polle在对小麦品种的筛选中发现,小麦品种间的耐铝性不同,它们的耐铝性由强到弱依次为:Atlas66、Chinesespring、Druehamp、Brevor。后来在大豆、水稻、小麦、大麦、首楷、马铃薯、番茄等作物上都发现到耐铝性的基因型差异。在国内,金华斌等以水培、土培的方法从40个花生品种的耐铝性比较试验中发现了几批高耐铝、中等耐铝及敏感型的品种。最近,林咸永等也从所供试的24个小麦品种中筛选出一些较耐铝的品种(86-4、西矮麦1号)和对铝敏感的品种(扬麦5号、辐84系和91品8)。Peixoto等研究也表明，不同高粱品种对铝胁迫的响应存在差异，其中耐铝品种比敏感品种具有更高的Chla/b比值、ФPSII的光化学效率和净光合速率。但遗憾的是,至今仍未有甘蔗品种间耐铝性比较研究的报道。虽然基于甘蔗良种的推广及一些合理栽培配套技术的发展,甘蔗的产量有了一定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FTIR光谱与叶绿素荧光共同探究甘蔗耐铝特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.培育若干优良甘蔗品系作为参试材料，并设置多个不同铝浓度处理；s2.对不同基因型甘蔗对耐铝性进行筛选；s3.测定铝胁迫甘蔗根系的生理特征；s4.测定铝胁迫下甘蔗叶片的光合特性及叶绿素荧光参数；s5.测定不同铝浓度胁迫下参试材料的根、茎、叶的FTIR光谱，并对FTIR光谱征峰归属与生理特征中相关物质的变化进行比较分析。

【技术特征摘要】
1.一种FTIR光谱与叶绿素荧光共同探究甘蔗耐铝特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.培育若干优良甘蔗品系作为参试材料，并设置多个不同铝浓度处理；s2.对不同基因型甘蔗对耐铝性进行筛选；s3.测定铝胁迫甘蔗根系的生理特征；s4.测定铝胁迫下甘蔗叶片的光合特性及叶绿素荧光参数；s5.测定不同铝浓度胁迫下参试材料的根、茎、叶的FTIR光谱，并对FTIR光谱征峰归属与生理特征中相关物质的变化进行比较分析。2.根据权利要求1所述的FTIR光谱与叶绿素荧光共同探究甘蔗耐铝特性的方法，其特征在于：步骤s1中，选取10个优良甘蔗品系进行水培试验，并设置3个不同铝浓度处理。3.根据权利要求1所述的FTIR光谱与叶绿素荧光共同探究甘蔗耐铝特性的方法，其特征在于：步骤s2中，将参试材料根据其耐铝基因型鉴定指标进行初次筛选，确定出耐铝毒的甘蔗基因型和对铝胁迫敏感的甘蔗基因型。4.根据权利要求3所述的FTIR光谱与叶绿素荧光共同探究甘蔗耐铝特性的方法，其特征在于：所述鉴定指标至少包括根系伸长量、相对地上干物质、相对地下干物质、根系活力和有机酸含量。5.根据权利要求1所述的FTIR光谱与叶绿素荧光共同探究甘蔗耐铝特性的方法，其特征在于：步骤s3中，分别选取两个差异明显的耐铝甘蔗品系和对铝敏感甘蔗品系进行根系渗透调节物质、抗氧化酶和有机酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：程琴，吕平，庞新华，周全光，卢业飞，谭秦亮，彭欣怡，王丽萍，朱鹏锦，欧克纬，李佳慧，
申请(专利权)人：广西壮族自治区亚热带作物研究所广西亚热带农产品加工研究所，
类型：发明
国别省市：广西,45