（果树学专业论文）水杨酸对干旱胁迫下柑橘生理生化特性的影响.pdf

一一”+ j ? l l u ll li il l i ite ii i iilll ：y 1812 6 01 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 是否保密 是如需保密，解密时间2 0 0 8 年1 2 月3 0 日 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究5 - 作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。 研究生签名：珐云枸 时间：2 。p 7 年6 月夕日 溯张跏、杨撇名：易v 乡 蛳妣砷引卵日 锑魄彦7 加7 自 目录 摘要1 a b s t r a c t 2 缩略词表4 1 。 前言一5 一日u 舀一 1 1 问题的提出5 1 2 前人研究进展6 1 2 1干旱对植物的生理影响。6 1 2 1 1 干旱对植物光合作用的影响6 1 2 1 2 干旱对植物渗透调节的影响7 1 2 1 3 干旱对植物氧代谢与抗氧化防御系统的影响8 1 2 1 4 干旱对蛋白质的影响9 1 2 2 提高植物抗性的途径1 0 1 2 2 1 选育抗旱品种1 0 1 2 2 2 基因工程1 0 1 2 2 3 利用外源物质的调节1 1 1 2 3s a 对植物抗逆性影响的研究进展l2 1 2 3 1s a 对光合作用的影响1 2 1 2 3 2s a 对细胞渗透调节作用的影响1 2 1 2 3 3s a 对细胞膜透性和保护酶系统的影响1 2 1 2 3 4s a 的信号传递1 2 1 2 - 3 5s a 调节基因表达1 3 1 3 研究内容、目的与意义。1 4 2 材料与方法2 2 1 5 2 1 试验材料15 2 2 材料的准备1 5 2 3 材料的处理1 5 2 4 测定项目及方法16 2 4 1叶片相对含水量1 6 2 4 2 细胞质膜透性16 2 4 3脯氨酸含量l6 2 4 4 丙二醛含量。16 2 4 5 叶绿素含量1 7 2 4 6 过氧化氢含量17 2 4 7 粗酶液的制备及酶活性17 2 4 8蛋白质的提取及蛋白质聚丙烯酰胺凝胶电泳( s d s p a g e ) 1 8 2 5 数据分析。18 3 结果与分析1 9 3 1 s a 对干旱胁迫下柑橘叶片相对含水量的影响1 9 3 2 s a 对干旱胁迫下柑橘叶片细胞质膜透性的影响2 0 3 3s a 对干旱胁迫下柑橘丙二醛含量的影响2 2 3 。4s a 对干旱胁迫下柑橘过氧化氢含量的影响2 4 3 5s a 对干旱胁迫下柑橘脯氨酸含量的影响2 6 3 6s a 对干旱胁迫下柑橘叶片叶绿素含量的影响2 9 3 7 s a 对干旱胁迫下柑橘s o d 活性的影响3 0 3 7 1 s a 对干旱胁迫下柑橘s o d 活性的影响3 0 3 7 2s a 对干旱胁迫下柑橘p o d 活性的影响3 2 3 7 3s a 对干旱胁迫下柑橘c a t 活性的影响3 4 3 8s a 对干旱胁迫下柑橘干旱诱导蛋白的影响3 6 4 讨论：；8 4 1 s a 对干旱胁迫下脂质过氧化作用的影响3 8 4 2s a 对干旱胁迫下柑橘过氧化氢含量的影响3 9 4 3s a 对干旱胁迫下柑橘脯氨酸含量的影响3 9 4 4s a 对干旱胁迫下柑橘叶片叶绿素含量的影响4 0 4 5s a 对干旱胁迫下柑橘保护酶活性的影响4 0 4 6s a 对干旱胁迫下柑橘干旱诱导蛋白的影响4 1 参考文献4 2 致谢4 9 附录i ：课题资助项目5 0 附录i ：硕士期间已发表的文章。5 0 n 水杨酸对干旱胁迫下柑橘生理生化特性的影响 摘要 水杨酸( s a l i c y l i ca c i d ，s a ) 是广泛分布于植物体内的一种小分子酚类化合物， 被认为是一种新的植物激素，参与调节植物的许多生理过程。近年来s a 被认为是 一种信号传递分子。目前的研究主要集中在s a 对植株抗病性方面，即诱导植物体 内病程相关蛋白基因表达以及产生系统获得抗病性。s a 对植物抗逆境方面的影响虽 有不少研究，但有关s a 对柑橘的抗旱性的系统研究在国内外尚未见报道。 本试验以红肉脐橙( c i t r u ss i n e n s i sc v c a r ac a r a ) 、国庆4 号温州蜜柑( cu n s h i u c v g u o q i n gn o 4 ) 和枳( p o n c i r u st r i f o t i a t a ) 盆栽幼树为试材，采用3 个s a 水平( 0 1 、 0 5 和2 5 m m o l l ) 叶面喷施并结合根部灌溉后进行干旱处理，探讨外源s a 对干旱 胁迫下柑橘生理生化特性的影响，以为s a 在柑橘抗旱性方面的应用提供参考。其 主要研究结果如下： 1 干旱胁迫下，柑橘叶片和根系的细胞膜透性增大，m d a 含量增多，p r o 和 h 2 0 2 的积累增加，叶片相对含水量和叶绿素含量减少，s o d ，p o d ，c a t 保护酶活 性变化显著，有少量干旱蛋白被诱导表达。 2 s a 处理对柑橘根系细胞膜透性的影响不显著，但在一定程度上降低了叶片 细胞膜透性，且降低的程度与s a 浓度、试验材料以及处理时间有关。其中o 1m m o l l s a 处理使红肉脐橙叶片细胞膜透性在处理9d 时降低了2 3 6 3 ，0 5m m o l ls a 处 理使国庆4 号温州蜜柑叶片细胞膜透性在处理7d 降低了1 5 8 1 ，2 5m m o l ls a 处理使枳叶片细胞膜透性在处理7d 降低了2 0 0 6 。同时，s a 处理增强了柑橘叶 片和根系渗透调节物质p r o 的积累。不同材料根系中p r o 含量均以0 5 m m o l ls a 处 理最高，而在红肉脐橙和国庆4 号温州蜜柑叶片中p r o 含量在干旱胁迫9d 时也 以0 5 m m o l ls a 处理最高。 3 在干旱胁迫期间，不同浓度s a 处理均降低了柑橘叶片和根系m d a 含量。 其中红肉脐橙与国庆4 号温州蜜柑的叶片和根系m d a 含量在不同浓度之间无 显著差异，而枳叶片和根系中m d a 含量在不同处理问存在显著差异；另一方面， s a 处理在一定程度上减少柑橘叶片h 2 0 2 含量，但在根系上得到了相反的结果；此 外，s a 处理能缓解干旱胁迫下柑橘叶片相对含水量和叶绿素下降速率。 4 s a 处理增加了干旱胁迫下柑橘叶片和根系s o d ，p o d 活性，同时也能增加 柑橘叶片c a t 活性，但降低根系c a t 活性；经s d s p a g e 电泳图蛋白质组分分析， 发现s a 处理后，有新蛋白带出现和原有蛋白带加深，而这些特异蛋白的产生，可 能增强了柑橘抗旱能力及适应性。 关键词：水杨酸；干旱胁迫；干旱诱导蛋白；膜透性，保护酶：生理生化 华中农业人学二二o o 七届硕l 研究生学位论文 a b s t r a c t s a l i c y l i ca c i d ( s a ) b e l o n g st oag r o u po fp h e n o l i c sw i d e l yd i s t r i b u t e di np l a n t sa n d i sn o wc o n s i d e r e dah o r m o n e - l i k es u b s t a n c e ，w h i c h p l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei nt h e r e g u l a t i o no fp l a n tg r o w t ha n dd e v e l o p m e n t i nt h er e c e n ty e a r s ，i th a sr e c e i v e dp a r t i c u l a r a t t e n t i o nt ob eas i g n a lm o l e c u l ei na c q u i r e dr e s i s t a n c et op a t h o g e n si ns e v e r a ls p e c i e s ，i t s i sc a nb eu s e dt o i n d u c e db o t ht h es y n t h e s i so fc e r t a i np a t h o g e n e s i sr e l a t e dp r o t e i n sa n d s y s t e m i ca c q u i r e dr e s i s t a n c e s e v e r a ls t u d i e sa l s os u p p o r t e dam a j o rr o l eo fs ai n m o d u l a t i n gt h ep l a n t sr e s p o n s et os e v e r a la b i o t i cs t r e s s e s t h e r eh a sn os y s t e m i cs t u d yo n d r o u g h tr e s i s t a n c eo fc i t r u st r e a t e dw i t hs ai na n da b r o a d p o t t e de x p e r i m e n tm a t e r i a l si ng r e e n h o u s ew e r ec a r ac a r an a v e la n dg u o q i n gn o 4 s a t s u m am a n d a r i ng r a f t e da st r i f o l i a t es t o c k sa n d t r i f o l i a t e t h e yw e r et r e a t e dw i t ht h r e e l e v e l sc o n c e n t r a t i o n ( o 1 ，0 5a n d2 5m m o l l ) s ah y d r o p o n i cs o l u t i o nb y s p r a y i n go n t o l e a v e sa n di r r i g a t i n gt or o o t s ，a n dt h e nw e r et r e a t e dd r o u g h ts t r e s s t h i sr e s e a r c hs t u d i e d t h ee f f e c t so fp h y s i o l o g ya n db i o c h e m i s t r yo fc i t r u ss t r e a t m e n t 、 ，i t he x o g e n o u ss au n d e r d r o u g h ts t r e s s ，a n dp r o v i d ear e f e r e n c et os aa p p l i c a t i o ni nr e s i s t a n c eo fc t r u st o d r o u g h t t h em a i nr e s u l t si nt h ep r e s e n ts t u d ya r ea sf o l l o w s ： 1 u n d e rd r o u g h ts t r e s s ，c e l lm e m b r a n ep e r m e a b i l i t ya n dt h ec o n t e n to fm d a ，p r o a n dh 2 0 2i nc i t r u sl e a fa n dr o o ti n c r e a s e d h o w e v e r , t h er e l a t i v ew a t e ra n dc h l o r o p h y l l c o n t e n ti nl e a fd e c r e a s t 、 ，i n ld r o u g hs t r e s s a tt h es a m et i m e ，t h ec h a n g e so fs o d ，p o d a n dc a ta c t i v i t yw e r es i g n i f i c a n ta n ds o m ed r o u g h tp r o t e i ne x p r e s s i o nw a si n d u c e d u n d e rd r o u g h ts t r e s s 2 s at r e a t m e n th a dn os i g n i f i c a n ti n f l u e n c eo nc e l lm e m b r a n ep e r m e a b i l i t yi nc i t r u s r o o t , w h e r e a si tc o u l dd e c r e a s ec e l lm e m b r a n ep e r m e a b i l i t yi nc i t r u sl e a f f u r t h e r m o r e ， t h ed e g r e eo fd e c r e a s ei nl e a fw a sr e l a t i v et os a c o n c e n t r a t i o n , t e s tm a t e r i a la n dt r e a t m e n t t i m e f o re x a m p l e ，t h ec e l lm e m b r a n ep e r m e a b i l i t yi nc a r ac a r dn a v e lo r a n g el e a fw h i c h t r e a t e dw i t h0 1m m o l ls ad e c r e a s e db v2 3 6 3 、析t hd r o u g h ts t r e s so n9 - d a y w i t h d r o u g h ts t r e s so n7 - d a y ，t h ec e l lm e m b r a n ep e r m e a b i l i t yi nl e a fo fg u o q i n gn o 4s a t s u m a m a n d a r i nw i t h0 5m m o l ls at r e a t e da n dt r i f o l i a t ew i t h2 5m m o l ls at r e a t e d d e c r e a s e db y1 5 8 1 a n d2 0 0 6 ，r e s p e c t i v e l y a tt h es a m et i m e ，s at r e a t m e n tp r o m o t e d a c c u m u l a t i n gi np r ow h i c hh a so s m o t i ca n da d j u s t i v ea b i l i t y p r oi nt h ea l lc i t r u sr o o tw a s t h eh i g h e s tw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fs aw a s0 5m m o l l i na d d i t i o n ，t h ec o n t e n to fp r o i nc a mc a r an a v e lo r a n g ea n dg u o q i n gn o 4s a t s u m am a n d a r i nl e a fw i t h0 5m m o l ls a t r e a t e dw a sa l s oh i g h e rt h a no t h e rt r e a t m e n tw i t hd r o u g hs t r e s so n9 - d a y 2 水杨酸对干旱胁迫下柑橘生理生化特性的影响 3 d u r i n gt h ed r o u g hs t r e s s ，s at r e a t m e n td e c r e a s e dt h ec o n t e n to fm d ai nt h e c i t r u sl e a fa n dr o o t b u tt h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e nv a r i o u ss a c o n c e n t r a t i o n si nc a r ac a r an a v e lo r a n g el e a fo rr o o t r e s p e c t i v e l y t h es a m es t a t u sw a s f o u n di ng u o q i n gn o 4s a t s u m am a n d a r i n h o w e v e r , v a r i o u ss ac o n c e n t r a t i o n sh a da s i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nt r i f o l i a t el e a fo rr o o t ，r e s p e c t i v e l y o nt h eo t h e rh a n d ，s a t r e a t m e n td e c r e a s e dt h ec o n t e n to fh 2 0 2i nc i t r u sl e a fb ys aa p p l i c a t i o n ，a n dt h e o p p o s i t i o nw a sp r e s e n ti nc i t r u sr o o t i na d d i t i o n ，s at r e a t m e n tc o u l ds o l w e rt h er a t eo f t h i sd e c l i n eo fr e l a t i v ew a t e rc o n t e n to fl e a v e sa n d c h l o r o p h y l lc o n t e n t 4 s at r e a t m e n ti n c r e a s e dt 1 1 ea c t i v i t yo fs o da n dp o di nc i t r u sl e a fa n dr o o t o n t h eo t h e rh a n d ，t h o u g ht h ea c t i v i t yo fc a rw a si n c r e a s e di nc i t r u sl e a fb ys a a p p l i c a t i o n , b u td e c r e a s e di nc i t r u sr o o t b ys d s - p a g ee l e c t r o p h o r e s i sa n a l y s i s ，t h er e s u l t ss h o w e d t h a ts o m en e wp r o t e i nb a n dw a sf o u n da n dt h ei n t r i n s i cp r o t e i nb a n dw a se n h a n c e d w h i c hc o u l di m p r o v ec i t r u st h er e s i s t a n c ea g a i n s td r o u g h ts t r e s s k e yw o r d s ：s a l i c y l i ca c i d ；d r o u g h ts t r e s s ；d r o u g h ti n d u c e dp r o t e i n ；m e m b r a n e p e r m e a b i l i t y ；p r o t e c t i o ne n z y m e ；p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a l 3 华中农业大学_ 二o o 七届硕十研究生学位论文 缩略词表 4 水杨酸对干旱胁迫下柑橘生理生化特性的影响 1 前言 1 1 问题的提出 植物生长在自然环境中，常会受到各种环境胁迫因子的限制或影响。在这些环 境因子中，干旱和盐渍是世界范围内减少作物产量的两大主要胁迫因子( s a k a m o t o a n dm u r a t a ，2 0 0 2 ) 。其中干旱对农业生产的威胁最大，造成的农业损失相当于其他 自然灾害所造成的损失的总和( 唐先兵等，2 0 0 2 ) ，成为一个全球性的农业生产经常 存在的严重问题，具有发生频率高、分布地域广、持续时间长和危害程度大等特点 ( 刘学师，2 0 0 3 ) 。世界干旱和半干旱地区占全球土地面积的3 6 ，占耕地面积的 4 3 9 ，我国的干旱和半干旱地区约占国土面积的5 0 ，主要分布在西部地区( 刘 学师，2 0 0 3 ) 。随着我国经济的快速发展，工农业用水量急剧增加，以及人口、水资 源污染等增加，干旱变得更加频繁发生，面积更加广泛。即使在非干旱地区，也会 受到突发性干旱。因此，如何提高植物的抗旱性，减少干旱对农业生产造成的损失， 已经成为人们密切关注的一个重大问题。 柑橘是世界第一大果树，在世界百果中面积和产量均居世界首位。中国是柑橘 的主要原产国家之一，面积和产量仅次于苹果居第二位。2 0 0 4 年，中国柑橘的生产 面积为1 6 3 万公顷，居世界第一位；产量为1 4 9 5 8 万吨，仅次于巴西( 2 0 5 9 4 万吨) ， 首次超过美国( 1 4 9 0 8 万吨) 成为世界第二大柑橘生产国( 王川，2 0 0 6 ) 。柑橘业 是我国农业经济的主要组成部分，在一些山区或库区，已经成为农民脱贫致富、农 村经济发展的重要支柱产业。但是，在我国水分条件已成为制约柑橘业生产的主要 因素之一，在山区多数柑橘产区基本无灌溉条件，土壤保水力不强，雨水分布不均， 柑橘受害频率较高，危害极其严重。针对柑橘受害严重的这一情况，不少研究者从 遗传育种、栽培及田间管理等方面做了大量的研究工作。近年来，许多研究者发现 除了可以通过改善栽培条件及遗传育种改良作物以提高抗旱性外，运用一些外源物 质的调节，如脱落酸、多胺、甜菜碱、s a 等也能提高植物的抗旱性。 s a 是植物体内普遍存在的一种小分子酚类物质。s a 类化合物虽然早在一个世纪 以前人们就作为解热消炎药而广泛应用，但它在植物体本身的生理功能，仅只是近 些年才越来越受到重视。r a s k i n ( 1 9 9 2 ) 提出，s a 可作为一种新的植物内源激素。 现已发现s a 能改变某些植物的光周期诱导开花、增强抗氰呼吸途径、抑制乙烯的生 物合成，尤其是能诱导多种植物对病毒、真菌及细菌病害产生抗性( 原永兵和曹宗 巽，1 9 9 4 ) 。目前，s a 被认为是一种化学诱抗剂，对其多年来的研究多限于植物抗 病性方面。针对s a 与植物抗旱性方面的研究较少，且多数集中在农作物方面。因此， 很有必要就s a 对柑橘等果树抗旱性的影响及作用机理等问题展开研究。 华中农业大学二o o 七届硕士研究生学位论文 1 2 前人研究进展 1 2 1 干旱对植物的生理影响 干旱是指植物耗水大于吸水时，使组织内水分亏缺，过渡水分亏缺的现象叫干 旱。植物在水分亏缺严重时，细胞失去膨压，叶片和茎的幼嫩部分下垂，即萎蔫现 象。农业干旱是由外界环境因素造成作物体内水分失去平衡，发生水分亏缺，影响作 物正常生长发育，进而导致减产或失收的现象。它涉及到土壤、作物、大气和人类 对资源利用等多方面因素，它不仅是一种物理过程，而且也与生物过程和社会经济 有关，对植物的危害是非常复杂的，主要表现为以下几个方面。 1 2 1 1 干旱对植物光合作用的影响 植物干重的9 0 以上是通过光合作用合成的，光合作用是植物生长的基础。 当植物受到干旱胁迫时光合作用受到明显的影响，干旱胁迫通过各种途径影响植株 的光合能力。如在干旱胁迫下，叶绿素水平下降，光合速率降低( w a l l i ne ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 随着干旱胁迫的加重，植物叶水势下降，而水势下降达到一定数值时光合速率下降， 不同植物光合作用开始下降的叶水势阈值不同。干旱胁迫不仅使光合速率降低，还 抑制光合作用光反应中原初光能转换、电子传递、光合磷酸化和光合作用暗反应过 程( 卢从明，1 9 9 4 ) 。但不同植物，不同品种之间干旱对其光合作用的抑制作用有差 异。通常认为干旱胁迫对植物光合作用的影响是通过气孔因素和非气孔因素实现的， 且共同作用导致光合作用下降( t a na n db u t t e r y ，1 9 8 2 ) 。 气孔限制是指干旱胁迫引起叶片水势下降，造成叶片气孔开度减小，c 0 2 进入 叶片受阻，导致植物由于光合底物c 0 2 不足引起光合速率下降的现象。当水分不足 时，光合机构中首先受到影响的是气孔。气孔的部分关闭，气孔导度降低，一方面 使通过气孔蒸腾损失的水分减少，另一方面使通过气孔进入叶片c 0 2 减少，导致光 合速率的降低。由于蒸腾降低的相对幅度比光合的大，气孔的部分关闭，是对土壤 水势或空气湿度降低的响应，往往可以提高水分利用率。由于气孔的部分关闭可以 缓减叶片水势的降低，所以人们常常可以看到气孔导度降低时叶片水势并没有因为 水分不足而发生明显的变化，并且气孔的部分关闭是一个迅速而灵活的可逆过程， 是干旱条件下植物防止过度失水的一道重要防线( 许大全和沈允钢，1 9 9 7 ) 。气孔限 制一方面降低受旱植株的水分散失，另一方面影响光合作用正常进行。气孔限制实 质上是通过主动关闭，及时对环境胁迫进行响应，以躲过灾难，到水分供应得到恢 复时，再恢复其开度。这是植物对不良环境的适应性反应。关于气孔限制在苹果、 桃、腊梅等上已有报道( b a s i o u n y , 1 9 9 7 ：柯世省，2 0 0 6 ) 。 非气孔限制是指水分胁迫情况下，叶肉细胞光合器官活性下降，叶绿体结构被 破坏，导致植物光合速率下降的现象。一般轻度水分胁迫时光合作用只受气孔因素 6 水杨酸对干旱胁迫下柑橘生理生化特性的影响 影响，只有当水分亏缺严重时才受非气孔因素影响( 韦莉莉等，2 0 0 5 ) 。在重度水分 胁迫下，由于细胞和叶绿体失水，叶绿体间质离子浓度增加，问质酸化，叶绿体中 一些参与碳固定的酶活性会受到抑制。再者，当相对含水量低于2 0 ，叶绿体膜会 发生不可逆破坏，羧化效率下降，核酮糖二磷酸羧化酶( r u b i s c o ) 再生能力减弱， 或者是r u b i s c o 活性降低等，最终导致光合作用下降( s p e e r e ta 1 ，1 9 8 8 ) 。有关非气 孔限制在果树方面的研究在柑桔、苹果、杏等果树上都有过报道( 李嘉瑞等，1 9 9 6 ； t a na n db u t t e r y ，1 9 8 2 ) 。李嘉瑞等( 1 9 9 6 ) 报道果树的光合速率在同一水分胁迫条 件下同时受到气孔限制和非气孔限制的双重影响，气孔限制和非气孔限制对光合作 用影响的大小取决于水分亏缺的程度。f a r q u h a r 和s h a r k e y ( 1 9 8 2 ) 提出，光合速 率的降低很少是由于气孔导度降低引起的，认为胞间c 0 2 浓度的大小是评价气孔限 制和非气孔限制的依据，当光合速率、气孔导度和胞间c 0 2 浓度值同时下降时，光 合速率的下降为气孔限制。相反，如果叶片光合速率的降低伴随着胞间c 0 2 浓度的 提高，说明光合作用的限制因素是非气孔限制。 1 2 1 2 干旱对植物渗透调节的影响 渗透调节机制的研究一直是植物抗旱性领域的研究热点。渗透调节是植物适应， 干旱逆境的重要生理机制，它是指植物在水分胁迫或盐胁迫下通过细胞内主动积累 。 溶质，如糖、有机酸( 苹果酸、琥珀酸、柠檬酸) 、氨基酸及无机离子等，降低渗透 势，从而降低水势，以保持从外界继续吸水，维持细胞膨压等生理过程正常进行的 一种调节作用。理论上讲，渗透调节能力高有利于植物抗旱，但抗旱性强的植物其 渗透能力不一定高渗透调节主要通过3 个途径实现：( 1 ) 细胞内水分减少； ( 2 ) 细胞体积变小；( 3 ) 溶质浓度增加。这3 条途径同时共存，在一定条件下以某一种 为主( m u n n se ta 1 ，1 9 7 9 ) 。渗透调节作为植物忍耐和抵御干旱的重要生理机制，无 论在植物本身对干旱的适应性或选择抗旱品种方而都显得重要，但这方而的研究除 了渗透物质的积累外，在其它方而的研究还不够深入系统。许多植物都有主动调节 能力，但不同植物的渗透调节能力不同，参与渗透调节的物质也存在差异，同一种 植物的不同生育时期渗透调节能力也不同( 王洪春，1 9 8 7 ) 。这种能力的强弱存在 差异，正好说明了不同品种的抗性的差异，为优良品种的选育奠定基础。 参与渗透调节的物质主要有两大类：一类是有机溶质，如可溶性糖、脯氨酸 ( p r o l i n e ，p r o ) 、有机酸、甜菜碱、游离氨基酸等。可溶性糖是生物体内重要成分 之一，是生物体中的重要能源和碳源，可以降低细胞渗透势以维持膨压，防止细胞 内大量脱水，提高植物吸水和保水能力，增强抗逆性( d u r e ，1 9 9 3 ) 。植物在干旱 胁迫逆境条件下积累脯氨酸是一种较普遍的现象，但对脯氨酸积累的生理生态意义， 还未达成一致的看法。目前把脯氨酸积累的作用大致归结为以下几个方面：一是可 作为细胞的有效渗透调节物质；二是保护酶和膜的结构；三是可直接利用的无毒形 式的氮源，作为能源和呼吸底物，参与叶绿素的合成等；四是从脯氨酸在逆境条件 下积累的途径来看，它既可能有适应性的意义，又可能是细胞结构和功能受损伤的 华中农业大学二o o 七届硕士研究生学位论文 表现，是一种伤害反应( s t e w a r ta n dl e e ，1 9 7 4 ；w a t a de ta 1 ，1 9 8 3 ；汤章程，1 9 8 4 ) 。 另一类是无机离子，如k + ，n a + ，c l 。，8 0 4 2 。等。程瑞平等( 1 9 9 2 ) 研究表明苹果受水 分胁迫后，叶中矿质元素含量会发生变化，不同元素对水分胁迫的反应不一致，k + ， f e 2 十，c a 2 + ，m 9 2 + ，m n 2 + 在水分胁迫后含量上升，恢复供水后含量不变或下降：而 硼、锌受水分胁迫后含量常下降；磷含量基本不变。板栗抗旱性与可溶性糖的变化 有关( 于同泉等，1 9 9 6 ) 。李德全等( 1 9 9 3 ) 的研究表明，在土壤干旱胁迫下，抗 旱性强的小麦品种的渗透调节能力大于抗旱性弱的品种，渗透调节物质的相对贡献 率为： k + 可溶性糖 其它游离氨基酸 c a 2 + m 9 2 + p r o 。 近年来，渗透调节基因工程和渗透蛋白的研究取得了许多进展。现已搞清楚的 渗透调节基因主要有坳基因、k d p 基因、p r o u 基因、p r o b a c 基因和晚f 基因，目前已 在微生物上获得了高产脯氨酸的突变体，并正试图用共生菌作为桥梁，完成渗透调 节基因向高等植物转移，从而实现高等植物抗旱性和抗盐性的目标( 邵艳军和山仑， 2 0 0 6 ) 。另外研究最多的是渗透蛋白( o s m o t i o n ，o s m ) ，即在渗透胁迫或盐胁迫 下产生的一种2 6 k d 蛋白质，新近发现的水孔蛋白也参与细胞的渗透调节。它们的发 现对于研究植物细胞的水分关系及细胞的代谢性吸水都具有重要的意义( 王学臣， 1 9 9 2 ) 。 1 2 1 3 干旱对植物氧代谢与抗氧化防御系统的影响 活性氧是泛指那些含有氧原子，但较氧更具有活泼化学反应的某些氧代谢产物 及其衍生物，如超氧阴离子自由基( 0 2 。) 、羟基自由基( o h ) 、过氧化氢( h 2 0 2 ) 、 脂质过氧化物( r o o 。) 和单线态氧( 1 0 2 ) 。许多研究指出( 何承坤豢1 9 9 6 ；s a l i n ， 1 9 8 8 ) ，当植物处于各种逆境胁迫时，细胞内自由基产生和清除之间的平衡受到破 坏而出现自由基的累积，在细胞缺乏保护机制时，它们可能对细胞结构和功能产生 不同伤害。植物细胞的任何一部分都有可能产生活性氧，在长期的进化过程中，植 物体具备了抵抗轻、中度水分胁迫的能力( 吕庆和郑荣梁，1 9 9 6 ) 。在活性氧清除方 面，植物体内本身具有活性氧的清除系统，包括：( 1 ) 酶类，如超氧物歧化酶( s o d ) 、 过氧化氢酶( c a t ) 、过氧化物酶( p o d ) 、抗坏血酸过氧化物酶( a p ) 、脱氢抗坏 血酸还原酶( d m 恹) 和谷胱甘肽还原酶( g r ) 等：( 2 ) 抗氧化剂类，如抗坏血酸 ( a s a ) 、维生素e ( v e ) 、类胡萝b 素( c a r ) 及一些含巯基的低分子化合物( 如谷 胱甘态、半胱氨酸) 等( 汤章程和余淑文，1 9 9 8 ) 。其中s o d 是植物氧代谢的关键 酶。它能催化超氧阴离子自由基反应生成氧分子和过氧化氢，减缓自由基对膜的伤 害，其活性大小可以作为判断植物抗逆性大小的指标。c a t 和p o d 可进一步清除h 2 0 2 生成无害的0 2 ，其中p o d 还参与植物组织衰老过程中叶绿素的降解，引发不饱和脂 肪酸的过氧化，是活性氧的主要来源之一。而a s a p o d 是叶绿体中清除h 2 0 2 的主 要酶，可以催化a s a 与h 2 0 2 反应，2 a s a + h 2 0 2 _ 2 m d a s a ( 单脱氢抗坏血酸) + h 2 0 ， 而使h 2 0 2 被分解，从而保护了叶绿体，维持正常的光合作用。水分胁迫下植物体内 主要清除酶类及主要清除类物质的含量会明显下降，自由基累积量增加，积累的活 8 水杨酸对干旱胁迫下柑橘生理生化特性的影响 性氧可直接攻击膜系统中不饱和脂肪酸，导致膜脂过氧化发生，膜脂过氧化产物 m d a 增加，膜脂组分发生变化。膜脂组分的变化破坏了膜的结构，使膜的流动性下 降，生物膜的结构和功簏遭到破坏或损伤，进而引起一系列生理生化功能的改变。 这一现象己在草莓( 吕长平等，1 9 9 6 ) 、枇杷( 潘东明等，1 9 9 3 ) 、苹果( 姚允聪 等，1 9 9 4 ) 、荔枝( 陈立松和刘星辉，1 9 9 8 ) 、板栗( 于同泉等，1 9 9 6 ) 等果树上 得到证实。且抗旱性强的种类具有较强抗膜质过氧化能力，m d a 含量较低、质膜透 性较低，细胞膜伤害较轻。 1 2 1 4 干旱对蛋白质的影响 干旱逆境下，植物体内总的蛋白含量减少，游离氨基酸增多，氮代谢受到明显 干扰，缺水促进p r o 水解，同时使其合成减弱。但是能够特异地合成或积累一些蛋 白来调节植物对水分胁迫的生理反应，这些蛋白即为干旱逆境蛋白。例如在杨树中 发现一种在水分胁迫条件下表达的热稳定蛋白b s p a ，这种蛋白在水分亏缺开始lh 就大量合成，复水后又逐渐消失，并且可被外源脱落酸诱导( a h m a ne ta 1 ，1 9 9 6 ) 。 目前认为干旱诱导蛋白分为两类，一类是调节蛋白，这类蛋白在以后的信号传导和 基因表达中起重要作用；另一类为功能蛋白，这类蛋白使植物增强抗旱能力及适应魏二 性。另一方面作为对干早胁迫的反应，植物可以在液胞中积累一些无机离子如k + 、 n a + 、c a 2 + 、m 9 2 + 等。 目前，逆境蛋白中研究最多的是与种子成熟及脱水有关的胚胎发育晚期丰富蛋。 白( l a t ee m b r y o g e n e s i s a b u n d a n t ，l e a ) 和渗透蛋白。l e a 蛋白是指胚胎发生后期种 子中大量积累的一系列蛋白质，它广泛存在于高等植物中，且受发育阶段、脱落酸 和脱水信号的调节，因此成为当前在逆境研究方面的热点。一般认为，l e a 蛋白在 植物细胞中具有保护生物大分子，维持特定细胞结构，缓解干旱、盐、寒等环境胁 迫的作用。l e a 蛋白大多是高度亲水的。高度亲水性有利于l e a 蛋白在植物受到干 旱而失水时，能够部分替代水分子，蛋白质的多羟基能保持细胞液处于溶解状态， 从而避免细胞结构的塌陷，稳定细胞结构，尤其是膜结构( 卢萍等，1 9 9 9 ) 。在干旱 脱水过程中细胞液的离子浓度会迅速升高，高强度的离子浓度会造成细胞的不可逆 伤害。植物在受到干旱胁迫时，l e a 基因的高水平表达和l e a 蛋白的大量积累也表 明l e a 蛋白基因具有干旱保护功能。将h v a i c d n a 全序列导入水稻，获得了抗旱的 转基因水稻，从而直接证实了l e a 基因的干旱保护功能( 常红军和刘兰霞，2 0 0 6 ) 。 利用转基因的手段，在一些植物特别是有经济价值的作物中，通过转基因使转基因 植物积累l e a 蛋白，可提高植物的抗干旱胁迫能力。目前，l e a 蛋白的研究虽然已 经取得了一些进展，但至今对多数l e a 蛋白的功能及其表达机理仍然不是很清楚。 9 华中农业大学- 二o o 七届硕士研究生学位论文 1 2 2 提高植物抗性的途径 1 2 2 1 选育抗旱品种 根据某一地区的干旱类型和情况，积极发掘和利用我国大量的品种资源，引进 国外的抗旱植物品种，来选育抗旱品种具有非常重要的意义。植物的耐旱指标具有 遗传稳定性和可靠性，遗传稳定性是指所用指标受环境影响的程度，如指标的遗传， 需要依据一定的遗传交配设计来估计，而可靠性是指指标与耐旱能力的关联程度， 可以在基因型、种源、亚种和种间不同层次上指示耐旱能力的差异( 胡新生和王世 绩，1 9 9 8 ) 。 近些年来，科学工作者通过杂交方法选育出许多耐旱品种。如石书兵等( 2 0 0 1 ) 通过小区试验，并对产量数据进行方差分析及多重比较，初步筛选出c 1 6 0 和8 2 7 5 两 个适应旱作区抗旱性强产量高的旱作春小麦品种( 系) 。但作为抗旱育种方法，长 期以来多数应用的依然为常规育种，然而，常规育种是通过对育种材料表型性状的 选择来实现对目标基因型的选择，人们无法直接考察个体的基因型，只能从表现型 推测基因型。而作物的抗旱性和水分高效利用特性是作物本身的遗传基础与环境条 件共同作用的结果，由于抗旱节水性状是复杂的数量性状，受多基因控制，易受环 境影响，根据表现型选择基因型费时费力，选择效率低。因此，常规育种存在着极 大的盲目