大豆多肽对高温胁迫下巴西蕉幼苗生理特性的影响

1、中国农学通报2010,26(19:387-391Chinese Agricultural Science Bulletin 0引言香蕉原产于亚洲东南部,生长最适温在2432之间。研究表明当环境温度高于35时,易引起香蕉生育期缩短、品质下降1。由于“温室效应”的作用,全球气温不断升高,研究表明高温对作物产量有不良影响2,而目前对香蕉高温生理的研究较少。大豆多肽是大豆蛋白水解后,由36个氨基酸组成的低聚肽混合物,分子量分布主要在1000Da 左右3-4。多肽可提高作物产量和品质5-6,李效超等7在大豆多肽提高香蕉幼苗抗寒性上也有研究。该试验以海南主栽品种巴基金项目:海南省自然科学基金项目(3070

2、8;海南省重点学科建设项目(xkxm0813;海南大学基金项目(Rnd0712;农业部公益性行业科研经费项目(cnyhyzx07-29;国家自然科学基金项目(30860170。第一作者简介:安佳佳,女,1984年出生,硕士研究生,研究方向:果树逆境生理。通信地址:571737海南大学儋州校区07级研究生4班,E-mail :anjiajia84816 。通讯作者:李绍鹏。Tel :0898-*,E-mail :lisp555 。收稿日期:2010-05-07,修回日期:2010-06-02。大豆多肽对高温胁迫下巴西蕉幼苗生理特性的影响安佳佳,李新国,李茂富,黄绵佳,李绍鹏(海南大学热带作物种质

3、资源保护与开发利用教育部重点实验室,海南大学园艺园林学院,海南儋州571737摘要:为了明确大豆多肽对香蕉耐高温特性的调控作用,以巴西蕉幼苗为试材,用不同浓度的大豆多肽溶液进行叶面喷施,研究经42高温处理后其叶片相关生理指标的变化。结果表明,在高温胁迫下,大豆多肽预处理能有效降低巴西蕉幼苗叶片的相对电导率和丙二醛(MDA 含量,提高叶片SOD 、POD 活性及脯氨酸和可溶性蛋白含量,降低超氧阴离子(O 2·-产生速率,说明大豆多肽可减轻高温胁迫引起的伤害,提高巴西蕉幼苗的抗高温能力。在所设4个浓度中以0.6%的大豆多肽预处理效果最佳。关键词:巴西蕉;大豆多肽;高温胁迫;生理指标中图分

4、类号:S668.1文献标志码:A论文编号:2010-1416Effects of Soybean Peptide on Physiological Indices in the Leaves ofBrazil Banana Seedlings under High Temperature StressAn Jiajia,Li Xinguo,Li Maofu,Huang Mianjia,Li Shaopeng(Key Laboratory of Protection and Development Utilization of Tropical Crop Germplasm Resources

5、,Ministry of Education College of Horticulture and Landscape Architecture ,Hainan University ,Danzhou Hainan 571737Abstract:In order to investigate the regulation effect of soybean peptide on the high temperature resistance of banana plants,after foliar spraying with different concentrations soybean

6、 petide,some relative physiological indices were measured in seedlings of banana cultivar Brazil at 42.The results showed that thepretreatment with soybean peptide reduced the relative conductivity and the content of malondialdehyde(MDAin leaves,and increased the activities of superoxide dismutase(S

7、ODand peroxidase(POD,as well as the contents of soluble proteins and proline in leaves,and inhibited the production of O 2·-.The results had provedthe soybean peptide had constructive effects in decreasing the injury caused by high temperature stress and increasing the heat resistance of the le

8、aves of Brazil banana seedlings.The optimum soybean peptide concentration was found to be 0.6%.Key words:Musa AAA Giant Cavendish cv Brazil;soybean peptide;high temperature stress;physiologicalindices西蕉(Musa AAA Giant Cavendish cv Brazil 为试材,用不同浓度的大豆多肽喷施巴西蕉叶片后,经高温胁迫后研究其生理变化,为阐明香蕉幼苗抗高温机制及提升香蕉品质、促进香蕉产

9、业的高效发展提供理论依据。1材料与方法1.1试验设计巴西蕉幼苗购于中国热带农业科学院种苗组培中心,苗高2535cm ,五叶一心。试验于2009年6月在海南大学园艺园林学院重点实验室进行。大豆多肽是将大豆蛋白质水解作用后,再经过分离、精制等过程得到的低聚肽混合物,通常由36个氨基酸组成,购于武汉天天好生物制品有限公司。选取生长状况一致的巴西蕉幼苗,分别将0(蒸馏水,作为CK 、0.3%、0.6%、0.9%4个浓度的大豆多肽溶液(分别含0.4%Tween-20均匀喷施于巴西蕉叶片。将各处理幼苗置于人工气候箱中,设置温度28、光照5060mol/(m 2·s、相对湿度75%,培养1天后分别

10、经42高温胁迫处理0、6、12、18、24h 。处理后,迅速剪取香蕉幼苗第二位叶(由上至下,去除中脉及叶缘部分用于测定各项指标,重复3次。1.2生理指标的测定 电导率测定采用电导仪法测定8,丙二醛(MDA 含量测定采用硫代巴比妥酸法9,可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝G-250法8,脯氨酸含量测定采用磺基水杨酸法8,超氧化物歧化酶(SOD 活性测定采用氮蓝四唑还原法10,过氧化物酶(POD 活性测定采用愈创木酚法10,超氧阴离子产生速率的测定采用羟胺氧化反应法11。1.3数据分析用2结果与分析2.1大豆多肽对高温胁迫下巴西蕉幼苗叶片相对电导率和MDA 含量的影响从图1可以看出,随着胁迫时间的

11、延长,巴西蕉幼苗叶片的相对电导率呈现先降后升的趋势。胁迫时间达12h 时,经0.6%的大豆多肽溶液预处理叶片的相对电导率比清水对照下降30.9%,差异达极显著水平;经0.3%的大豆多肽溶液预处理叶片的相对电导率比清水对照下降18.1%,差异达显著水平,0.9%大豆多肽预处理相比对照降低了11.4%,但与对照差异不显著。处理时间18h ,后各浓度大豆多肽水溶液相比对照分别达到极显著水平,说明大豆多肽处理能有效降低巴西蕉叶片的相对电导率。从图2可以看出,高温胁迫导致巴西蕉幼苗叶片MDA 含量呈上升趋势。处理时间达12h 时,经0.3%与0.6%的大豆多肽预处理叶片,MDA 含量分别比清水对照降低了

12、14.3%和18.9%,达极显著水平;0.9%的大豆多肽处理叶片MDA 含量也显著高于对照,说明大豆多肽能减少高温胁迫下巴西蕉幼苗叶片MDA 含量的积累。2.2大豆多肽对高温胁迫下巴西蕉幼苗叶片渗透调节物质的影响从图3可以看出,高温胁迫下,大豆多肽预处理的巴西蕉幼苗叶片可溶性蛋白含量相比清水对照明显提高。0.9%的大豆多肽处理在胁迫初期迅速提高叶片可溶性蛋白含量,在12h 时相比对照提高了40.8%,达到了极显著水平;0.3%与0.6%的大豆多肽处理相比对照分别显著提高了14.3%和20.1%,随后0.9%的大豆多肽处理可溶性蛋白含量开始下降,而0.6%的大豆多肽可溶性蛋白含量仍持续上升,18

13、h 时含量相比对照提高了22.1%,达到极显著水平。 图1外源大豆多肽对高温下巴西蕉幼苗叶片电导率的影响图2外源大豆多肽对高温胁迫下巴西蕉幼苗叶片MDA 含量的影响··388 从图4可以看出,叶片中游离脯氨酸含量在高温胁迫后呈现先升后降的变化趋势,0.6%大豆多肽预处理幼苗的脯氨酸含量在18h达到最高值,比清水对照提高了1倍,0.9%大豆多肽处理脯氨酸含量比清水对照降低13.9%。可见,0.9%大豆多肽预处理在胁迫初期能较好地促进巴西蕉叶片中渗透调节物质的积累,而0.3%和0.6%大豆多肽在促进渗透物质积累上则表现出良好的稳定性,其中0.6%大豆多肽处理效果最好。2.3大豆

14、多肽对高温胁迫下巴西蕉幼苗叶片SOD、POD活性和超氧阴离子O2·-产生速率的影响从图5可以看出,大豆多肽预处理能够较大程度的提高巴西蕉叶片SOD活性,处理时间达12h时,0.3%、0.6%与0.9%的大豆多肽处理SOD活性分别比对照提高了54.4%、70.8%和67.4%,与对照相比均达到极显著水平,SOD活性的提高,对于抑制活性氧的大量积累,减轻膜伤害具有重要作用。从图6可以看出,大豆多肽预处理巴西蕉叶片POD活性均高于对照,高温处理18h时,0.6%大豆多肽处理POD活性达最高值,相比对照提高了88.8%,达到极显著水平;0.3%和0.9%大豆多肽处理的POD 活 图3外源大豆

15、多肽对高温胁迫下巴西蕉幼苗叶片可溶性蛋白含量的影响图4外源大豆多肽对高温胁迫下巴西蕉幼苗叶片 脯氨酸的影响图5外源大豆多肽对高温胁迫下巴西蕉幼苗叶片SOD 活性的影响图6外源大豆多肽对高温胁迫下巴西蕉幼苗叶片POD活性的影响图7外源大豆多肽对高温胁迫下巴西蕉幼苗叶片O2.-产生速率的影响1234567时间/h O2·-产生速率/(nmol/(g·min性相比对照显著提高了35.9%和28.1%。从图7可以看出,大豆多肽各处理O2·-产生速率随胁迫时间的延长逐渐升高,其中0.3%、0.6%的大豆多肽处理O2·-增长速度较慢,胁迫时间在18h时, 0.3%、

16、0.6%大豆多肽处理与对照相比差异达到极显著水平,两处理O2·-产生速率分别为对照的65.1%和56.3%;0.9%大豆多肽处理O2·-产生速率为对照的91.8%,与对照差异不显著。3讨论植物在不良环境影响下会积累大量的自由基(如H2O2,O2·-,进而打破活性氧清除自由基的动态平衡,引发膜质过氧化而破坏膜系统,使电解质大量渗透,从而导致膜功能的紊乱,造成植株的伤害12。SOD和POD是植物体内重要的抗氧化酶,SOD可歧化O2·-,产生H2O2,而POD可催化H2O2产生H2O,从而维持植物体内活性氧的平衡,减轻膜脂过氧化程度13-14。研究表明,高温胁

17、迫能促进植物细胞自由基等活性氧的形成,钝化SOD等抗氧化酶活性,影响植物正常的新陈代谢15。该试验研究表明,高温胁迫后,叶片的SOD、POD活性呈现“先升后降”的变化趋势,说明植株通过自身某些调节机制,在胁迫初期提高SOD和POD活性以适应胁迫;随着胁迫时间延长,SOD、POD活性逐渐下降,超氧阴离子产生速率急剧升高。适宜浓度的大豆多肽有效提高了巴西蕉叶片的SOD、POD活性,维持较低的超氧阴离子产生速率,提高了巴西蕉幼苗的抗高温能力,这与李效超7应用大豆多肽对香蕉低温逆境的研究一致。MDA是膜脂过氧化分解的主要产物之一,其含量与植物受伤害程度呈正相关16。李效超的研究7表明,大豆多肽可以削弱

18、低温下巴西蕉幼苗MDA含量的积累,该试验结果证明这一点。高温胁迫导致巴西蕉幼苗叶片的相对电导率和MDA含量显著上升,说明细胞膜已受到伤害,而用大豆多肽处理则明显降低巴西蕉幼苗叶片中MDA含量。使相对电导率维持在较低水平,说明大豆多肽缓解了高温胁迫对细胞膜的伤害。研究表明,逆境会诱导渗透调节基因的表达,提高细胞内溶质浓度,以适应逆境胁迫,其中可溶性蛋白和脯氨酸是植物体内重要的渗透调节物质,其含量与植物抗逆性呈正相关17。该试验中,高温胁迫初期,热激蛋白含量急剧增加,对膜起到保护作用;随胁迫时间延长,可溶性蛋白量增长缓慢或开始下降,可能是植株体内合成代谢受阻及蛋白质降解等原因。脯氨酸被认为是逆境胁

19、迫的产物,其大量积累是植物遭受逆境的表现,该试验中,脯氨酸含量在胁迫初期缓慢上升,大豆多肽各处理均高于对照,以0.9%大豆多肽处理含量最高,而在6h后,0.9%的大豆多肽处理开始急剧下降,可能是高浓度的大豆多肽处理使植株受到了一定程度的渗透胁迫,超过了植株所能忍受的阈值,而0.3%、0.6%的大豆多肽处理仍有缓慢上升趋势,且始终高于对照。证明一定浓度的大豆多肽处理能有效促进高温胁迫下巴西蕉幼苗叶片可溶性蛋白与脯氨酸的积累,从而提高了幼苗的抗高温能力。4结论综上所述,高温胁迫下喷施适当浓度的大豆多肽,能够有效提高巴西蕉幼苗的SOD、POD酶活性、减少超氧阴离子的积累,降低膜透性和膜脂过氧化水平,

20、促进渗透物质的合成,从而提高巴西蕉幼苗的抗高温能力。这与水杨酸、Ca2+18、甜菜碱19等化学物质在植物抗高温上表现的效果相似,也与荣建华20在大豆多肽抗氧化能力及清除·OH作用效果的研究相似。说明大豆多肽与逆境生理生化反应密切相关,且通过上述反应缓解高温胁迫伤害。在所设4个浓度中,中低浓度处理效果较好,以浓度0.6%大豆多肽处理效果最好。参考文献1周东辉,郭长福,傅炽栋.异常气候对香蕉的影响及其应对措施J.中国热带农业,2008,(5:58-59.2Keeling P L,Banisadr R,Barone L,et al.Effect of Temperature onEnzym

21、es in the Pathway of Starch Biosynthesis in DevelopingWheat and Maize GrainJ.Plant Physiol,1994,21,807-27.3李志忠,袁惠君,赵萍.大豆多肽产品的主要成分分析J.兰州理工大学学报,2005,31(1:82-83.4邓成萍,薛文通,孙晓琳,等.不同分子量段大豆多肽功能特性的研究J.食品科学,2006,27(5:109-112.5汤永玲.多肽尿素在花生上的肥效试验J.安徽农学通报,2007,13(6:105.6杜中军,王康林,王炳,等.多肽在甘蔗上的应用效应研究J.甘蔗糖业,2008,(5:19

22、-22.7李效超,王蕊,李新国,等.大豆多肽对巴西蕉幼苗抗冷性的影响J.热带作物学报,2009,30(5:570-574.8王学奎.植物生理生化实验原理和技术M.2版.北京:高等教育出版社,2006.9赵世杰,许长成,邹琦,等.植物组织中丙二醛测定方法的改进J.植物生理学通讯,1994,30(3:207-210.10张志良,翟伟菁.植物生理学实验指导M.北京:高等教育出版社,2003.11罗广华,王爱国.植物的超氧物自由基与羟胺反应的定量关系J.·· 390安佳佳等:大豆多肽对高温胁迫下巴西蕉幼苗生理特性的影响植物生理学通讯,1990,(6:55-57.12MA F W,CHENG L L.The sun-exposed peel of apple fruit hashigher xanthophyll cycle-dependent thermal dissipation and antioxidants of the ascorbate-gluthathione pathway than the sha