干旱胁迫对植物逆境生理生化指标的影响

1、干旱胁迫对植物生理生化指标的影响摘要：本文以实验室提供的小麦种子作为材料，在实验室种植，评估小麦种子发芽率，并利用PEG 模拟小麦干旱胁迫，通过紫外分光光度计法测定小麦幼苗各生理生化指标综合评价干旱胁迫对小麦生理生化的影响，实验发现，干旱胁迫下，小麦幼苗抗氧化酶系统、脯氨酸、过氧化氢、丙二醛等含量均明显增加，表现出有效的抗旱效应，说明在干旱胁迫下，植物能够通过合成自身所需的以上物质来达到抗旱的作用，而且这些物质可以作为植物抗旱指标来对植株进行抗旱性评价。关键词：玉米种子小麦幼苗发芽率抗氧化酶(POD 脯氨酸（pro ）丙二醛（MDA ）H 2O 2引言：虽然地球上的有70%的水分覆盖，但是能够

2、真正的被人类利用的水资源却很少。近年来，由于环境的恶化以及温室效应的加剧，越来越多的地方出现干旱现象，由于缺水而导致粮食产量的减少，我们需要提高农作物的抗旱性，从而减少生产用水。小麦是世界上总产量排名第二的粮食作物，因此研究小麦抗旱性，对于实现小麦水资源高效利用和农业可持续发展具有重要意义；通过测定作物抗旱指标可以确定植物的抗旱能力，前人有关小麦抗旱性的研究，围绕抗旱性评价指标、抗旱生理指标等已有较多报道，本实验通过利用前人的研究方法测定小麦多个生理指标进而对这批小麦种子抗旱性综合评价。一、材料：玉米种子 小麦种子 小麦幼苗二、 方法：（1）、取50粒吸胀的玉米种子或小麦种子沿胚的中心线切成两

3、半（严格区分两个半粒），进行下列实验： 其中50个半粒进行TTC 染色（30水浴 20 min ） 另50个半粒进行曙红染色（室温染色10 min）洗净后观察。（2）、Pro 的提取：分别取0.1 g实验组和对照组的幼苗加入3 mL 3%磺基水杨酸（SSA ）和少许石英砂充分研磨用2 mL 3% SSA洗研钵5000 rpm离心10 min 上清液定容至5 mL。测定：上清液各2 mL 分别加入( 2 mL冰乙酸和2 mL茚三酮试剂 煮沸15 min冷却后5000 rpm离心10 min（若没沉淀可略此步骤） 分别测定A520计算：（3）MDA 提取：分别取0.1 g实验组和对照组加入3 mL

4、 0.1% TCA 和少许石英砂充分研磨用2 mL 0.1%TCA洗研钵5000 rpm离心10 min 量上清液体积。测定：分别取上清液各1 mL 加入0.6%TBA（用10%TCA配制） 3 mL 煮沸15 min冷却后5000 rpm离心5 min （视沉淀有无）分别测定OD450和OD532（4）、H2O2提取：分别取0.1 g实验组和对照组加入3 mL 50 mM PBS (提取液，pH=6.8，内含1mM HA 和少许石英砂用总显V V V W L A 520Pro content = (mol.g -1FW充分研磨用2 mL PBS洗研钵5000 rpm离心10 min 上清液定

5、容至5 mL 。测定：分别取上清液各3 mL 加入0.1%Ti(SO42 用20%(v/v H2SO4配制 1 mL摇匀 5000 rpm 离心10 min OD410计算：（5）抗氧化酶的提取：分别取0.1 g 实验材料加入少许石英砂和3 ml 提取液（50mmol/L PBS, pH6.0, 内含0. mmol/ LEDTA, 1%PVP） 充分研磨 转入离心管中用2 ml提取液洗研钵 5000 rpm 离心10 min 上清液定容至5 ml 用于测定POD 和PPO 酶活性或分装后转至-20或-80保存。2、POD 测定：取POD 反应混合液（10 mmol/L愈创木酚，5 mmol/L

6、 H2O2,用PBS 溶解）2.95 ml，加入酶液50 ml（空白调零用PBS 取代），立即记时，摇匀，读出反应2 min时的A470。3、PPO 测定：取PPO 反应混合液（ 20 mmol/L邻苯二酚，用PBS 溶解）2.9 ml，加入酶液0.1 ml（空白调零用PBS 取代），立即记时，摇匀，读出反应 2 min时的A410。以每分钟A 值变化0.01所需要的酶液的量为一个活力单位（U ），则：4、计算： 用总显V V V W L A 410H 2O 2 content = (mol.g -1FW三、 结果与分析1、 种子发芽率的测定实验结果： 项目 玉米 发芽率 小麦 发芽率曙红染色

7、 29 21 42% 27 23 46%结果分析：从上表可以看出小麦种子和玉米种子的发芽率均不高，种子要萌发必须要自身结构的完整性，必须有完整的的生活力的胚。小麦种子和玉米种子的发芽率较低可能是干旱环境影响小麦，玉米种子胚的发育；并且小米玉米种子营养物质储存的不充足，即胚乳发育不全也影响种子的萌发。综上所述，干旱可能影响种子胚或胚乳的发育进而影响种子萌发。2、 干旱对小麦幼苗脯氨酸含量的影响实验结果：用总V V t W A 01. 0410PPO activities = (U.g-1FW 用总显V V V t W A 470POD activities = (mol.g -1FWmin -1

8、OD 520Pro content（mol.g -1FW ）结果分析：从上述实验表格中可以看出，由于干旱胁迫而使小麦麦芽鞘内脯氨酸的额含量升高，这一结果与山东农业科学洪法水，李樊和在研究自然干旱胁迫下小麦品种游离脯氨酸与抗旱性所得到的实验结果一致。3、干旱对小麦中MDA 含量的影响实验结果： OD 450 OD 532 MDA实验组 0.608 0.174 0.78 结果分析：干旱胁迫下植物的自由基伤害学说已被支持，自由基进行细胞膜脂过氧化伤害的最终产物之一是丙二醛（MDA ）。至今，MDA 的含量仍作为反应细胞膜脂过氧化伤害水平的指标。由表格可以看出干旱胁迫下生长的小麦胚芽鞘所含的MDA 量

9、比正常生长的小麦所含量高。这一结果与山东农业大学研究生吴耀领在做抗旱性与丰产型对干旱胁迫的响应所得到的结果一致。4、干旱对小麦中H 2O 2含量的影响实验结果： 由实验数据和图表可以看出，在干旱胁迫下H 2O 2 的含量明显增加加。H 2O 2 是一种化学性质很活泼的氧代谢产物. 在干旱环境下，叶绿体，线粒体、过氧化物酶体、细胞壁等会产生大量的H 2O 2，过量的过氧化氢会导致膜脂的过氧化和膜结构的破坏。H 2O 2 可以作为植物受干旱胁迫的指标。5、干旱对小麦中抗氧化酶含量的影响 从图、表可以看出， 经过干旱处理的小麦幼苗， 在抗胁迫中表现出抗氧化酶POD 活性、 PPO 活性保持较高的水平

10、， 而未经干旱处理的对照组小麦幼苗中抗氧化酶活性和抗氧化剂水平则明显较低。四、 讨论本实验我们的结果是，干旱胁迫小麦胚芽鞘中的脯氨酸（Pro ）含量比正常的小麦多几倍，即干旱下小麦积累了脯氨酸（Pro ）。已有很多实验证明，干旱胁迫会使脯氨酸含量增加。脯氨酸（Pro ）是水溶性最大的氨基酸，具有很强的水和能力。其水溶液具有很高的水势。脯氨酸的熟睡端可与蛋白质结合，亲水端可与水分子结合，蛋白质可以借助脯氨酸束缚更多的水。从而防止渗透胁迫下蛋白质的脱水变性。因此，脯氨酸在渗透调节中具有重要作用。两种抗氧化酶，多酚抗氧化酶和过氧化物酶在干旱胁迫中表现出不同的变化情况，多酚氧化酶的含量较正常组呈上升趋

11、势，而过氧化物酶则成下降趋势。过氧化物酶体的标志酶是过氧化氢酶，它的主要作用是将过氧化氢水解。抗氧化系统是保护植物细胞免受自由基伤害的防线,POD 、 PPO是植物体中非常重要的末端氧化酶， POD可以清除植物体内多余H2O2， PPO可以把酚类物质转变为醌； 在植物活体组织中， 酚类化合物几乎全部以糖苷和酯类形式存在， 糖苷和水解酶共同存在于同一细胞的不同细胞器中， 二者难以接触， 但当它们与糖结合形成糖苷后， 就不再具有生物活性或生物活性显著降低。 在植物活体组织中的酚类化合物处在氧化还原平衡状态， 这种平衡是在其体内酶系统的催化下维持的。前人利用不同浓度的外源H 202处小麦实验结果表明

12、， 外源H 202理导致小麦中脯氨酸质量分数增加， 即便是较低浓度的H 202胁迫下也能诱导小麦脯氨酸的积累， 从而缓解活性氧胁迫对植株造成的伤害， 提高小麦对氧化胁迫的适应能力14可溶性糖不仅是植物合成其他有机物的起始物质， 还是植物体内重要的渗透性调节物， 前人通过研究干旱胁迫下植株抗旱指标的变化发现， 随着随着胁迫时间的延长， 植株内可溶性糖含量和MDA 含量增加， 表现为极显著正相关。五、 参考文献1李玲，李娘辉 植物生理学实验指导 科学出版社，20092洪法水，李樊和 自然干旱胁迫小麦品种游离脯氨酸与抗旱性的关系 安徽农业技术师范学院4 戴高兴， 彭克勤， 萧浪涛等 聚乙二醇模拟干旱对耐低钾水稻幼苗丙二醛、 脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性的影响 中国水稻科学 2006， 20（5）： 557-5595 陈雁君， 王艳， 程晓平等 噻虫胺胁迫对小白菜中谷胱甘肽和蛋白质含量的影响 济宁医学院学报2011， 34（6）6 杜