《盐胁迫对以漳州水仙生理生化的影响实验探究》7600字

盐胁迫对以漳州水仙生理生化的影响实验探究摘要本文以漳州水仙为研究对象，通过氯化钠胁迫、镁离子胁迫、低磷浓度胁迫处理，测定了水仙叶片POD活性；叶绿素含量；MDA含量，研究漳州水仙的耐盐性。研究结果表示，氯化钠胁迫时，水仙叶片叶绿素含量在第3天时平均上升了1.885mmol/L，过氧化物酶活性平均上升了0.66μmol/L，第5天叶绿素平均含量为14.587mmol/L，相比于第3天上升了0.749，而MDA含量在氯化钠胁迫时一直处于上升的状态，且在200mmol/L时达到了10.8的最高点；在镁不足与镁缺乏时，水仙植株体内叶绿素含量最低为14.598；MDA含量和POD活性都升高了，但是当镁离子浓度正常时，它们的含量都与对照组水仙体内含量相差无几；磷浓度极低时叶绿素下降，最低为11.345，缺乏时一定程度上升，浓度正常时与第一天测定时相差不大，水仙体内MDA的含量随低磷胁迫程度的减小表现了升高的趋势，重度低磷胁迫(0.001mmol·L-1)时POD活性呈现升高的状态，最高值达到了7.2。关键词：漳州水仙；氯化钠胁迫；镁胁迫；磷胁迫目录TOC\o"1-3"\h\u22201绪论 7166161.1水仙的介绍 7201831.2盐胁迫对水仙的伤害 776991.2.1植物对盐胁迫的抵抗机制 7118921.2.2NaCl对水仙的伤害 819181.2.3镁离子对水仙的伤害 842331.2.4磷对水仙的伤害 8247971.3研究意义和内容 9301331.3.1研究意义 933641.3.2研究内容 9201312材料与方法 1155552.1材料与设备 11299652.1.1实验材料 11296432.1.2实验设备和仪器 11127632.2材料预处理 11222032.3实验设计 11248612.3.1氯化钠处理 11216062.3.2镁离子处理 1227992.3.4低磷处理 1279562.4指标测定 12165352.4.1叶绿素含量测定 12293532.4.2丙二醛（MDA）含量的测定 12182552.4.3过氧化物酶（POD）活性的测定 12155453结果与分析 1398803.1氯化钠胁迫 13240813.2镁离子处理 1477023.3低磷处理 1565694讨论与结论 1726425参考文献 199252致谢 21

1绪论1.1水仙的介绍水仙，又名中国水仙。在我国，中国水仙已经有了几千年的培养种植历史，属于石蒜科，又叫天葱，雅蒜[1]。水仙底下有一个白色的球状物体，是它的鳞茎，外表面有一层薄薄的棕褐色的膜，球状物体下面有白色的肉质根，就是水仙吸收水里营养的地方，叶子呢是从茎的上部生长出来，细长，有平行脉，花瓣大多为6瓣，末端为鹅黄色，12月至翌年1月开花，花茎高15－25厘米，有总苞，伞形花序上着生数朵小花[2-3]。水仙顾名思义水中仙子，水中生长，叶子姿态优美，花朵香味淡雅。秋季生长，冬季开花，春季存储营养，夏季休眠，具有一定的御寒能力，所以多生长于温暖湿润的沿海地带，因此，厦门、福建漳州等沿海地区都是适合水仙种植和生长非常出名的地方。沿海地区生长所以具有一定的抗盐能力，但具体的能力尚且不清楚。而本实验会检测中国水仙在多种类盐的不同浓度下生理生化的特性。1.2盐胁迫对水仙的伤害1.2.1植物对盐胁迫的抵抗机制植物本身具有一定的耐盐能力，另外植物自身也可以对渗透调节、活性氢的清除，代谢调整离子平衡等问题有调节和解决能力。对于渗透调节，植物合成糖类醇类等大分子有机物，提高细胞渗透压，增加在高渗透压环境下的吸水能力。另外除了合成有机物质，植物成长过程中将通过转运蛋白将环境中的钾离子吸收到胞内，提高原生质体的渗透势，调节HKT减少钠离子的吸收同时升高钠离子的排出，进入原生质体的钠离子会通过NHX转运蛋白进入液泡之中，使液泡-原生质体-质体外渗透势呈现高低高的浓度，使细胞可以进行正常的代谢活动。对于水仙这种活性氢植物，体内的酶系统在细胞受到伤害时会产生多种酶来保护细胞。普通的植物面对盐胁迫会减少自身的能量，具有抗氧化能力的植物在清除活性氢时消耗能量更少。对于离子平衡耐盐植物使大部分钠离子积累在根系之中，从而减少离子在芽中的含量，保证植物可以正常生长。转运蛋白可以转运离子，对离子浓度进行调节，提高钾离子在植物体内的含量从而增加植物耐盐性。1.2.2NaCl对水仙的伤害有关盐胁迫影响植物部分生理生化特性已经有了许多的研究，盐胁迫会致使植物体多种生理代谢发生变化来顺应变化后的环境。有研究表明，氯化钠胁迫会致使植株叶片中叶绿素含量的减少，会造成高渗透压使得植株失水，此时植物的叶片的呼吸孔是关上的，光合作用受到阻碍，水仙没有办法正常生长发育。一般来说盐胁迫的原因是钠离子与氯离子过量，但由于植物的蒸腾作用导致钠离子与氯离子累计在植物体内，植株身体的渗透压被破坏，阻止了其他离子进入和释放，从而阻止植株生长。1.2.3镁离子对水仙的伤害镁元素是植物体必须的营养元素之一，当缺镁时，脂肪、蛋白质、碳水化合物的形成受到阻碍，最终致使植物不能正常生长发育。植物缺少镁还会出现叶片失去部分绿色等表象，还表现在植物枝干纤弱、鳞茎肉质根数量减少、开花时间变长、颜色不鲜亮、根茎比变小等方面[4]；当镁营养不足时，会减少植株叶片的叶绿素含量，削弱植株光合作用，蛋白质以及核酸含量变少[5]。根据叶绿素合成与荧光特性的研究表明，无论老叶或是新叶，叶片的光合能力会在严重缺镁时降低;镁元素作为叶绿素的核心组成成分，参加到了水仙的重要生理生化过程中，当植物缺少镁时就会出现叶片少绿从而影响了叶片对光能的吸收和转化、电子传递能力以及光合磷酸化[6]。不同类型的水仙对镁的需求不同，从而对镁缺乏的耐受性也不同。1.2.4磷对水仙的伤害水仙能够有效吸收土地里的磷浓度很低，与植物生长需要磷浓度存在很大的差别。因此减少磷胁迫带来的损失是十分有必要的。与光合作用相关的研究表明,低磷会造成光能转换和植物效率的利用受到阻碍。研究还表明，降低磷含量会把植物叶片在光能上的能力降低，然后改变光能的转换和效率。1.3研究意义和内容1.3.1研究意义我国的盐碱地约占全球的10%，植物在高盐度条件下无法生存。随着城市化的不断推进，农耕面积逐渐减少，而盐碱地占据我国农耕面积25%，怎样能让盐碱地种植就变得迫在眉睫。沿海区域距离海近的地区土壤平均含盐量为0.1609%，地下水盐浓度平均大概为110mmol·L-1，土壤化学元素以钠离子和氯离子为主。现如今存在的大部分观赏性植物为非耐盐生植物，怎样栽培和繁育耐盐性比较强的品种花卉来扩大花卉适合种植的区域是主要问题之一。水仙花除了可以赏玩，它的花和根都可以作为药材[7]。中医认为水仙能祛风，清热祛血，调经，治疗女性五郁热，月经不调，还能去气，但水仙的鳞和茎都有毒，如果被牲畜不小心误食的话会死。近年来，环境已对水仙花的生长造成不利影响，因此研究不同类型的胁迫对水仙花的生理和生化作用的影响非常重要。1.3.2研究内容为了探究不同盐胁迫下水仙生理生化特性的变化，本实验做了氯化钠胁迫、镁胁迫和磷胁迫处理。实验一共测量了三个测试参数，包括MDA含量；POD活性；叶绿素含量。植物进行光合作用的时候，叶绿素是主要的色素，这在水仙的光吸收中起重要作用，不利条件会影响水仙存储能量，进一步影响水仙的正常生长。衡量植物衰败跟抗性生理研究常用的一个指标是MDA含量，植株器官衰老或者是在不利环境下受到伤害时，膜脂质过氧化非常容易产生。过氧化物酶活性的强度与植物的耐受性密切相关，可以测量过氧化物酶活性以确定植物对环境的适应性潜力。盐胁迫是影响植物生长并损害植物渗透压平衡的主要环境压力之一，是造成盐碱地土壤的关键原因之一，若盐胁迫浓度较低，很大程度上还会促进水仙的生长发育，但浓度较高的话则会扼制其生长。近年来土壤盐碱化问题越来越严重，在耕地面积本身较为短缺的情况下，怎样让植株在盐碱地中生存下来就变成了许多科学家研究的问题。在此次实验中研究水仙生理生化过程与氯化钠胁迫、镁胁迫、钾胁迫的联系与互作关系，探索水仙在不同盐胁迫环境下各种指标的变化，来获知水仙能抵抗多少盐浓度以及不同盐对水仙的作用。2材料与方法2.1材料与设备2.1.1实验材料生长良好的漳州水仙(于某网站进行购买)2.1.2实验设备和仪器恒温箱；电子天平；恒温水浴锅；紫外分光光度计；微量移液枪；高速冷冻台式离心机。2.2材料预处理选取十二株种球大小以及外表相差无几的中国水仙，颜色相同，无病虫害，将根系修剪至相差不到0.5CM。实验在实验室内进行。将由某宝购买的十二株漳州水仙置于实验室培养，分为四组，每组三株，观察一星期后，若植株正常生长则开始实验。首先给每组实验植株命名，分别为对照组(A1A2A3）、水仙一号（B1B2B3）、水仙二号（C1C2C3）和水仙三号（D1D2D3）。然后将他们移栽到锥形瓶中水培，以便于观察。2.3实验设计2.3.1氯化钠处理把正常环境中生长发育的水仙作为实验对照组，剩下实验组NaCl浓度设置四个处理，从低到高为0（CK）、50、100、200mmol·L-1。在处理期间设定的氯化钠浓度每三天更换一次氯化钠溶液，每次处理三株，对照组不做处理。在第一、第三、第五、和第七天的早上十点，采集水仙的叶片测定Chl的数值，MDA值和POD活性。叶绿素在光合作用的光吸收中起着中枢作用。氯化钠胁迫可以变更植株体内的叶绿素含量，进一步会使植物光合作用发生变化。2.3.2镁离子处理在水仙种植正常生长7天后，把水仙放在有不同浓度镁的锥形瓶里。设置三个镁浓度梯度，分别为：镁缺乏0mmol·L-1，镁不足0.25mmol·L-1,镁正常1mmol·L-1，空白对照组不做镁离子处理。共做三个处理。镁离子胁迫处理同样采取为期七天的处理方式，每隔两天测定一次其生理生化指标。2.3.4低磷处理将准备好的正常生长发育的中国水仙移栽到有培养液的锥形瓶中。对水仙进行三种磷程度处理，各自是0.001、0.005、0.01mmol·L-1。用KH2PO4配置成不同水平浓度的溶液，低磷胁迫处理总共7d，在第一、三、五、七清早采集水仙上的叶片做生理生化指标检测。为了确保适当的营养，必须丢弃之前所使用的营养液，然后在每次中加入新的。2.4指标测定测定在三种盐胁迫下水仙的叶绿素含量，丙二醛（MDA）含量，过氧化物酶（POD）活性。2.4.1叶绿素含量测定采用热醇快速提取法[8]。2.4.2丙二醛（MDA）含量的测定采取TBA比色法[9]。2.4.3过氧化物酶（POD）活性的测定采用愈创木酚法[10]。3结果与分析3.1氯化钠胁迫由图1可知，水仙叶片中所含的叶绿素含量相比于第一天，在第3天时平均上升了1.885mmol/L，POD活性平均变大了0.66μmol/L，第5天叶绿素平均含量是14.587mmol/L，相比于第3天上升了0.749，可以知道50mmol/L的盐浓度对水仙光合作用有一定的帮助。在第一天检测时，A1号水仙Chl到达顶峰，伴随着盐浓度和时间的增加，B1B2B3号的Chl都是升高，但当第三天加入的NaCl浓度为100mmol/L时，实验组的三株水仙叶绿素含量均有所下降，这说明100mmol/L氯化钠溶液会抑制水仙的光合作用，影响了水仙进行光合作用的叶绿素酶的活性，从而导致了这样的结果。当第七天再继续增高氯化钠溶液浓度为200mmol/L时，我们可以看到实验组的三株水仙叶绿素含量有了急剧的下降，推测是盐胁迫的浓度太高，杀死了水仙体内部分叶绿素酶的活性，进一步造成了叶绿素含量急剧下降的结果。图1不同时间氯化钠处理下水仙叶绿素含量的测定（mmol/L)观察图2可知，在不同浓度和时间的慢慢进行中，水仙叶片中MDA的含量有一定的浮动，且浮动的趋势向上，当第五天测定时，MDA含量就有了明显的增长，这说明第三天添加的盐浓度对水仙的细胞膜就有了很强的损伤性，然后继续在第五天加入胁迫溶液，第七天测定MDA，结果显示含量又继续增加了。总的来说盐浓度升高会一定程度的促进水仙的光合作用，但依旧会损伤植物细胞膜系统。图2图3图2、3不同时间氯化钠处理下水仙MDA含量和POD活性的测定(μmol/L)据图3可知，盐胁迫对水仙的叶片过氧化物酶活性有变好的作用。盐浓度50mmol/L，POD活性增加，但盐浓度100mmol/L和200mmol/L，POD活性都有所下降，且下降的幅度非常明显，说明水仙对100mmol/L和200mmol/L的浓度抵抗能力很弱，这个盐浓度已经十分伤害植株了。3.2镁离子处理镁作为植物叶绿体正常结构不可或缺的营养结构，植物叶绿素在缺镁情况下不能形成，叶片绿色降低致使植物没有办法进行光合作用。水仙植株在镁的不利条件下，叶子都发生了肉眼可见不同程度的绿色减少，并且浓度越低，颜色变浅的现象越明显。图4不同时间镁离子处理下水仙叶绿素含量的测定（mmol/L)观察图4可知，随着镁离子浓度不断增加，但是没有正常镁水平时，水仙叶片测定出的叶绿素含量与对照组相比均有所减少，这说明缺镁时水仙进行光合作用的能力确实会减弱，而镁正常时检测水仙叶片中叶绿素含量则与对照组的水仙差不多持平，但相对来说会有一些偏低，可能因为水仙叶片在缺镁以及镁不足时会有些损伤，导致光合作用能力有所下降。图5不同镁离子浓度对水仙MDA含量的测定(μmol/L)观察图5，我们知道了POD活性在0mmol·L-1，0.25mmol·L-1与对照相比都是减少，但减少的程度不太相同，在1mmol·L-1的时候POD活性有所增加，且与对照组相比较的话是持平的，这说明镁含量1mmol·L-1水仙抗氧化性最强。图6不同镁离子浓度下水仙POD活性的测定（μmol/L)由图6可以得知C1C2C3的三株水仙MDA含量在不同浓度并伴随着时间情况的处理下，在镁缺乏和镁不足时，MDA含量都有所增长，且增幅较大，当镁浓度正常时，则下降至和对照组水仙植株差不多的含量。3.3低磷处理由图可知，当浓度含量很低时Chl也随之降低，随后随着磷浓度的增加Chl也逐渐恢复，说明缺乏磷会影响植物细胞的分裂，致使植株体内的叶绿素等光和色素减少，蛋白质的化合作用也因为这个受到了影响，酶的活性随它发生了改变。由于光和色素的减少，植物的代谢途径发生了变化，因此水仙的生长受到威胁，正常生命活动无法进行。图7图8图7、8不同时间磷离子处理下叶绿素含量、MDA含量的测定图9不同时间磷离子处理下水仙POD含量的测定(μmol/L)4讨论与结论氯化钠胁迫会使植物体发生多种生理代谢变化以适应新的生长环境。有研究证明氯化钠胁迫会致使植物叶片中叶绿素的含量减少，含量减少的主要是因为植株受到它的胁迫后叶绿素会加快速度分解而导致合成受到障碍。杨淑萍等研究表明，低盐浓度会加快海岛棉Chl的增加，高盐浓度会让叶绿素分解速度加快[11]。本实验结果显示确实如杨淑萍等实验结果相同，B1B2B3号水仙叶片叶绿素含量在第3天时平均上升了1.885mmol/L，而在第五天叶绿素平均数值为14.587mmol/L，相比较于第三天提高了0.749，这个数据更加进一步说明水仙有对逆境的抵抗能力。而观察单个数据我们发现叶绿素含量还是下降了，这是因为氯化钠限制了叶绿素的合成,氯化钠加快了叶绿素的反应速度，致使叶绿素的降解加速，最后会表现叶绿素含量的下降[12]。膜脂过氧化产生的主要物质之一是丙二醛,可以经过测定MDA含量来间接知道细胞膜系统受伤害的程度以及植株对不利环境的抵抗能力[13]。研究表明伴随着浓度的增加,MDA含量就会增大,进一步破坏了膜的结构和功能，导致代谢发生混乱，且耐盐性越好的品种，MDA含量上升开间就更小[14]。本实验中，B1B2B3号水仙植株伴随浓度变大水仙叶片中积攒了比原来多的MDA，细胞膜正常功能有了损伤是活性氧自由基造成的，说明其不是很耐盐胁迫。属于抗氧化酶类的过氧化物酶活性物质的增加可以在不利条件下去除过多的含氧活性物质，以确保植物的健康生长，这在棉花[15]、小麦[16]和高粱[17]上得到了验证。本实验中三株水仙叶片的过氧化物酶活性对氯化钠胁迫反应都相同，POD活性随着盐浓度的增大而减小，林双冀[18]等研究表明，盐胁迫下，耐盐性较好的品种，过氧化物酶活性会表现出下降的趋势，而耐盐性较差的品种则相反。曾经有人做出了一系列的研究，我们得知POD的活性用来评判水仙种类耐盐性比较有效。镁作为叶绿素结构的中心原子，酶的辅助因子，在光合作用中起了重要作用[19]。镁的过度和缺少都会干预植物的生长，测定指标的变化能反映植物受到镁威胁时的反应，所以它经常被当做衡量植物抵抗性的标准[10]。本实验中水仙在镁是0毫摩尔每升和0.25毫摩尔每升影响下Chl和MDA含量都显示下降，表明水仙在镁不足和镁缺失胁迫下影响了水仙的光合作用以及植物的抗逆性。在植物保护系统中，SOD和POD一起作用的时候可将过氧化氢变为水，把自由基维持在一个比较小的水平，从而避免细胞膜的损伤[20]，本实验中镁含量是0mmol/L和0.25mmol/L，C1C2C3号水仙POD活性与A2号水仙相比都在下降，下降程度也会因为镁离子浓度的升高而增加，表明在0mmol/L和0.25mmol/L下水仙体内的活性氧代谢失去了平衡。研究表明，磷是影响植株正常生长发育的重要元素，磷缺少会导致细胞的光合速率变小，还会减小细胞的呼吸速率。在此次低磷胁迫实验中，水仙体内丙二醛的含量随低磷胁迫程度加深而呈现升高的趋势，表明了水仙细胞膜脂质遭受了活性氧以及自由基的氧化伤害，随着磷浓度的变少而加重。说明低磷胁迫下水仙受到磷不利条件影响让叶片产生了不少的自由基，加速了细胞膜脂质过氧化，导致叶片里面MDA含量的增加。水稻、大豆和甘蔗等植物叶片在低磷胁迫下同样有类似表现[21-23]。重度低磷胁迫（0.001mmol·L-1）时过氧化物酶活性会随磷浓度的降低来显示升高的状态，说明低磷会刺激水仙植株加强对酶活性的保护，更好的减少自由基数量，致使水仙细胞膜脂质的过氧化程度得到了缓和。低磷处理会明显的降低叶片的净光合速率[24]，而且还会致使温州蜜柑叶片净光合速率有明显的减小[25]。磷的不利环境下，重新供磷可复原番茄叶片净光合速率[26]。本实验表明在磷胁迫下的水仙叶片光合作用会被降低，导致水仙叶片Chl下降。

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