諸葛菜對(duì)水分脅迫的生理生化反應(yīng)和調(diào)節(jié)適應(yīng)能力

1、 第25卷第1期西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版 2000年2月V ol . 25N o . 1Journal of S outhwest China Normal University (Natural Science Feb. 2000文章編號(hào):100025471(2000 0120033205諸葛菜對(duì)水分脅迫的生理生化反應(yīng)和調(diào)節(jié)適應(yīng)能力李莉( 云西南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 重慶400715摘要研究了水分脅迫對(duì)諸葛菜葉片的水分狀況、滲透調(diào)節(jié)能力以及活性氧代謝的影響. 結(jié)果表明:在水分脅迫下, 諸葛菜葉片相對(duì)含水量(RWC , 自由水含量(FWC 下降, 束縛水含量(BWC 上升; 可溶性糖,

2、脯氨酸, K +, Ca 2+含量均出現(xiàn)明顯的增加, 具有一定的滲透調(diào)節(jié)能力; 隨著水分脅迫的加劇, O 2-產(chǎn)生速率增加, 丙二醛(M DA 積累, 導(dǎo)致膜損傷, 質(zhì)膜透性上升, 超氧化物歧化酶(S OD 、過(guò)氧化物酶(POD 活性均出現(xiàn)“先上升, 后下降”的趨勢(shì), 抗壞血酸(AsA 含量則降低, 表現(xiàn)出諸葛菜一定的適應(yīng)性.關(guān)鍵詞諸葛菜; 水分脅迫; 滲透調(diào)節(jié); 膜脂過(guò)氧化; 膜保護(hù)體系; 適應(yīng)中圖分類號(hào)Q 5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A諸葛菜(Orgchophragmus violaceus 是十字花科蕓苔族諸葛菜屬的一年生或二年生的草本植物. 近年來(lái), 研究表明:諸葛菜是一種品質(zhì)優(yōu)良的油料作物新種源,

3、 是新型的蔬菜資源和飼料資源1. 諸葛菜喜好土壤深厚, 肥沃, 潮濕的環(huán)境2, 然而水分脅迫是植物最易遭受的脅迫之一, 全世界每年由于水分脅迫造成的糧食生產(chǎn)的損失幾乎等于其他所有環(huán)境因子脅迫所造成的損失的總和. 目前, 尚未有對(duì)諸葛菜進(jìn)行水分脅迫的研究. 在西南地區(qū), 春旱較易發(fā)生, 而此時(shí)正值諸葛菜的開(kāi)花期, 勢(shì)必對(duì)其產(chǎn)量產(chǎn)生重大影響. 故通過(guò)人工控制水分模擬春旱來(lái)研究開(kāi)花期的諸葛菜對(duì)水分脅迫的生理生化反應(yīng)及調(diào)節(jié)適應(yīng)能力, 以期為諸葛菜的栽培及推廣提供理論依據(jù).1材料與方法用1998年夏收獲的重慶本地的諸葛菜種在自然條件下盆栽. 盆缽直徑為25cm , 高為23cm , 盆土為西南師范大學(xué)生

4、態(tài)實(shí)驗(yàn)園地的紫色壤土. 10月2日播種, 于次年2月27日開(kāi)花期時(shí), 選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的植株共120盆, 移入遮雨棚內(nèi)分為對(duì)照、輕度脅迫、中度脅迫、重度脅迫4個(gè)組, 每組均為30盆, 進(jìn)行水分脅迫處理, 處理過(guò)程如下表所示:收稿日期:1999210227李莉, 女, 29歲, 碩士研究生.3國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目子課題(編號(hào):39330050 34西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版 第25卷2月27日3月5日3月12日+-3月19日+-對(duì)照+輕度脅迫+中度脅迫+重度脅迫+-注:“+”表示澆水, “-”表示不澆水. 每次澆水都澆透.于最后一次澆水后的第三天進(jìn)行取樣, 取自第一片完全展開(kāi)葉下數(shù)的第38

5、片功能葉進(jìn)行分析測(cè)定.土壤含水量取土表下35cm 的土壤來(lái)測(cè)定, 葉片相對(duì)含水量(RWC 用飽和含水量法測(cè)定, 自由水含量和束縛水含量用阿貝氏折射儀法測(cè)定3; 可溶性糖含量用蒽酮硫酸水合熱法測(cè)定4; 游離脯氨酸含量用磺基水楊酸法測(cè)定5; K +含量用美國(guó)M odelS A720鉀電極測(cè)定, 樣品前處理采用濕法灰化法6; 質(zhì)膜相對(duì)透性用電導(dǎo)儀法測(cè)定6; 超氧離子自由基O 2-7測(cè)定; 丙二醛測(cè)定采用硫代巴比妥酸(T BA 比色法8; (S OD 8測(cè)定; 過(guò)氧化物酶活性用愈創(chuàng)木酚法3測(cè)定; 抗壞血酸(AsA 含量用6. 3次, 取平均值.2211對(duì)照, 輕度, 中度及重度脅迫4組的土壤含水量分別

6、為:23133%, 16192%, 10182%, 7173%.其相對(duì)應(yīng)的葉片的相對(duì)含水量為:94107%, 87101%, 76135%, 64103%(圖1 . 符合按Hsiao 10的標(biāo)準(zhǔn)劃分的水分脅迫程度. 表明:隨著土壤干旱脅迫的增加, 葉的相對(duì)含水量降低. 圖1還表明:隨著脅迫程度的加劇, 自由水含量降低, 而束縛水的含量則相對(duì)增加, 自由水含量與束縛水含量的比值也隨之減小. 諸葛菜葉的上述指標(biāo)的變化表現(xiàn)了諸葛菜植株對(duì)干旱脅迫的一種適應(yīng)性反應(yīng).212水分脅迫對(duì)諸葛菜葉片滲透調(diào)節(jié)能力的影響21211水分脅迫對(duì)諸葛菜葉片有機(jī)溶質(zhì)的影響試驗(yàn)結(jié)果表明(圖2 , 在水分脅迫下, 諸葛菜葉片的

7、可溶性糖以及脯氨酸的含量都明顯增多, 且脅迫愈重, 可溶性糖和脯氨酸積累愈多. 相關(guān)分析表明, 它們二者的含量的增加均與葉的相對(duì)含水量的降低呈顯著的負(fù)相關(guān)(r 值分別是:-01988213, -01967783 , 反映出諸葛菜對(duì)水分脅迫的適應(yīng)性變化.21212水分脅迫對(duì)諸葛菜葉片無(wú)機(jī)離子含量的影響圖3顯示:隨著水分脅迫的加劇, RWC 的下降, K +, Ca 2+都明顯的增加, K +在輕度, 中度, 重度脅迫下的含量分別為對(duì)照的1131, 1159, 2164倍; Ca 2+在輕度, 中度, 重度脅迫下的含量分別為對(duì)照的3192, 7116, 10161倍, Ca 2+在不同的水分脅迫下

8、增加幅度遠(yuǎn)大于K +的增加幅度.213水分脅迫對(duì)諸葛菜葉膜脂過(guò)氧化和膜保護(hù)體系的影響21311水分脅迫對(duì)諸葛菜葉片膜脂過(guò)氧化水平的影響O 21-由圖4所示, 諸葛菜葉片的質(zhì)膜相對(duì)透性隨RWC 的下降顯著的增加; 膜脂過(guò)氧化的中間產(chǎn)物的產(chǎn)生速率及最終產(chǎn)物丙二醛(MDA 含量也隨之顯著地上升. 統(tǒng)計(jì)分析表明:RWC 的下降與膜透性、O 21-產(chǎn)生速率及丙二醛含量的上升呈顯著的負(fù)相關(guān)(r 值分別為01961033, 019741053, 019740913 ; 膜透性的上升和O 21-產(chǎn)生速率、MDA 含量的增加呈顯著的正相關(guān)(r 值分別是019810273,019941683 . 說(shuō)明在水分脅迫下

9、膜的選擇透性的喪失, 電解質(zhì)滲漏增加和由O 21-產(chǎn)生速率增加, MDA 的積累所誘導(dǎo)的膜脂過(guò)氧化作用加強(qiáng)密切相關(guān).21312水分脅迫對(duì)諸葛菜葉的膜保護(hù)體系的影響超氧化物歧化酶(S OD , 過(guò)氧化物酶(POD 是植物防御活性氧傷害的重要酶. 試驗(yàn)結(jié)果(圖5 表 第1期李莉等:諸葛菜對(duì)水分脅迫的生理生化反應(yīng)和調(diào)節(jié)適應(yīng)能力35明, 隨著葉的RWC 的降低, S OD , POD 活性表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì), 這說(shuō)明一定強(qiáng)度的脅迫可能使諸葛菜葉片的保護(hù)酶S OD , POD 產(chǎn)生一定的適應(yīng)性變化, 活性上升, 但嚴(yán)重的脅迫則可能抑制了S OD , POD 活性, 而使之降低.抗壞血酸(AsA 是

10、非酶促防御系統(tǒng)中的重要抗氧化劑, 圖6表明, 在不同的水分脅迫下, 諸葛菜葉片的AsA 含量明顯下降, 這與Price 等在11種非旱生植物中觀察到的結(jié)果一致11. AS A 含量的降低與的RWC 降低呈顯著的正相關(guān), 說(shuō)明諸葛菜葉片的AsA 對(duì)水分脅迫比較敏感 .圖1Fig 11E ffects of water stress on water statusin Orgchorphragmus violaceus leaves 圖2水分脅迫對(duì)諸葛菜葉片有機(jī)溶質(zhì)的影響Fig 12E ffects of water stress on organic solutes in Orgchorphra

11、gmus violaceus leaves圖3水分脅迫對(duì)諸葛菜葉片K +,Ca 2+含量的影響Fig 13E ffects of water stress on contents of K +Ca 2+in Orgchorphragmus violaceus leaves 圖4水分脅迫對(duì)諸葛菜葉片質(zhì)膜相對(duì)透性, 超氧離子自由基產(chǎn)生速率, MDA 含量的影響Fig 14E ffects of water stress on relative membrane permcability , the rate of O 2-production and MDAcontent in Orgchorph

12、ragmus violaceus leaves3討論在土壤水分脅迫下, 諸葛菜葉片的RWC 降低, 自由水含量減少, 束縛水含量相對(duì)增加. 在植物體內(nèi)自由水的含量制約著代謝強(qiáng)度, 而束縛水的含量則與植物的抗性大小有密切關(guān)系12, 由諸葛菜葉的水分狀況的變化趨勢(shì)可反映出:諸葛菜通過(guò)減少自由水含量, 降低其代謝強(qiáng)度; 增加束縛水含 36西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版 第25卷量, 增強(qiáng)抗逆性以適應(yīng)水分脅迫 .圖5水分脅迫對(duì)諸葛菜葉片SOD , POD 活性的影響Fig 15E ffects of water stress on activity of SOD ,POD in Orgchorphrag

13、mus violaceus leaves 圖6含量的影響E content in leaves. , 降低滲透勢(shì), 維持膨壓13, 參與滲透調(diào)節(jié)的溶質(zhì)主要是可溶性糖、K +, Ca 2+等無(wú)機(jī)離子14. 諸葛菜在干旱條件下均出現(xiàn)了可溶性糖, , K +, Ca 2+的積累, 表現(xiàn)出了一定的滲透調(diào)節(jié)能力, 具有一定的適應(yīng)性, 但可能其滲透調(diào)節(jié)能力有限, 故隨著水分脅迫的加劇, 諸葛菜葉片RWC 仍迅速降低.質(zhì)膜相對(duì)透性的大小是膜傷害的重要標(biāo)志, MDA 是脂質(zhì)過(guò)氧化的主要產(chǎn)物之一, 其積累是活性氧毒害作用的表現(xiàn), 它的含量常被作為判斷膜脂過(guò)氧化作用的一種主要指標(biāo)15. 諸葛菜葉片在水分脅迫下,

14、膜透性上升, 丙二醛含量, 自由基產(chǎn)生速率都明顯增加, 并且膜透性增大與O 21-產(chǎn)生速率、MDA 含量的上升呈顯著的正相關(guān), 表明水分脅迫造成諸葛菜葉片的膜損傷, 這種損傷是由于膜脂過(guò)氧化作用的結(jié)果. 植物細(xì)胞中活性氧的清除主要是通過(guò)抗氧化酶和抗氧化物質(zhì)擔(dān)負(fù). 在保護(hù)酶系中S OD 能將O 21-清除為H 2O 2, 而POD , C AT 可把H 2O 2變?yōu)镠 2O , 由于它們協(xié)調(diào)一致的作用, 可使活性氧維持于一個(gè)較低水平15. 試驗(yàn)表明, 諸葛菜葉片在水分脅迫下, S OD 活性先隨水分脅迫強(qiáng)度的增加而上升, 在達(dá)到重度脅迫時(shí)活性則下降, 這與張木清等16在甘蔗葉, 蔣明義等15在水

15、稻中觀察到的結(jié)果相似. 這可能是在一定強(qiáng)度脅迫下, 一定量的O 2-積累誘導(dǎo)諸葛菜葉片S OD 酶活性提高, 以適應(yīng)脅迫的影響, 但過(guò)度干旱則可能抑制S OD 酶的活性, 使其降低. 諸葛菜葉片的POD 活性變化有與S OD 相似的趨勢(shì), 這可能與S OD 是POD 的協(xié)同保護(hù)酶有關(guān). AsA 是植物體內(nèi)重要的抗氧化劑之一, 它可還原O 21-, 清除1OH , 猝滅1O 2及歧化H 2O 2, 還可再生V E 17. 在水分脅迫下, 植物體內(nèi)AsA 的降低是一種普遍現(xiàn)象17, 諸葛菜葉片的AsA 同樣也出現(xiàn)了降低. 盡管諸葛菜葉片S OD , POD 活性在輕度脅迫、中度脅迫時(shí)上升, 表現(xiàn)出

16、一定適應(yīng)能力, 但葉片的膜透性、MDA 含量和O 21-產(chǎn)生速率并未有所降低, 這可能是由于諸葛菜的清除活性氧的能力有限, 使活性氧仍保持較高水平; 另外單一的抗氧化酶或抗氧化物不足以抵御水分虧缺誘導(dǎo)的氧化傷害, 需要整個(gè)防御體系的協(xié)調(diào)配合. 由于AsA 具有多種氧化功能, AsA 水平的降低可作為植物抗氧化能力總體衰退的指標(biāo)18, 在水分脅迫下, 諸葛菜葉片的AsA 含量的急劇降低也可能代表諸葛菜葉片的整個(gè)抗氧化能力的降低, 因而導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化加劇, 膜系統(tǒng)受傷.Ca 2+在生理學(xué)上有防止膜損傷和滲漏, 穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)和維持膜的完整性等方面的作用19, 干旱脅迫下維持細(xì)胞的完整性需要更高的Ca

17、2+濃度20. 在試驗(yàn)中, 水分脅迫下諸葛菜葉片Ca 2+含量迅速的增加除了對(duì)維持細(xì)胞膨壓起著滲透調(diào)節(jié)作用外, 可能對(duì)減輕膜脂過(guò)氧化所造成的膜損傷和滲漏, 維持膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性還具有重要的適應(yīng)性意義.總之, 諸葛菜盡管在滲透調(diào)節(jié)能力以及膜保護(hù)體系方面對(duì)水分脅迫具有一定的適應(yīng)性, 但這種適 第1期李莉等:諸葛菜對(duì)水分脅迫的生理生化反應(yīng)和調(diào)節(jié)適應(yīng)能力應(yīng)能力有限, 正說(shuō)明它是一種中生性植物, 故諸葛菜應(yīng)栽培于較濕潤(rùn)的環(huán)境中.參考文獻(xiàn)1肖龍, 羅鵬. 諸葛菜的研究現(xiàn)狀與開(kāi)發(fā)前景. 西北植物學(xué)報(bào), 1994, 14(3 :2372412李新華. 諸葛菜的營(yíng)養(yǎng)成分及作為新型蔬菜的評(píng)價(jià). 植物資源與環(huán)境, 1

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