干旱脅迫對(duì)植物生理生化指標(biāo)的影響

1、2014-2015學(xué)年上學(xué)期植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)科技論文題目干旱脅迫對(duì)小麥生理生活指標(biāo)的影響姓名張蓉娜學(xué)號(hào) 124120249院、 系生命科學(xué)學(xué)院應(yīng)用生物教育專業(yè)12應(yīng)用生物教育A班任課教師 李忠光（教授）二0一四年十二月干旱脅迫對(duì)小麥生理生化指標(biāo)的影響12 應(yīng)用生物教育 A 班 張蓉娜 124120249摘要：干旱脅迫是影響小麥產(chǎn)量的重要脅迫因素，而干旱脅迫對(duì)小麥生理 生化指標(biāo)有顯著影響。 通過對(duì)干旱脅迫下的小麥幼苗與正常小麥幼苗中的脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）、過氧化氫（H2O2）、多酚氧化酶（PPO）、過氧化物酶（POD）、 還原型谷胱甘肽（GSH）的提取與含量測(cè)定分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：干

2、旱脅迫下的小 麥幼苗的脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）、過氧化氫（H2O2）、多酚氧化酶（PPO）、過 氧化物酶（POD）、還原型谷胱甘肽（GSH）的含量均比正常小麥幼苗的含量高，證 明干旱脅迫對(duì)小麥生理生化指標(biāo)有影響。關(guān)鍵詞： 干旱脅迫、小麥、生理指標(biāo)引言： 目前全球干旱、半干旱地區(qū)約占土地總面積的36,占耕地面積的43，大多數(shù)國(guó)家都面臨水資源危機(jī)，我國(guó)也不例外 1。干旱在我國(guó)分布廣泛， 一年四季均有可能發(fā)生， 對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響十分嚴(yán)重。 小麥?zhǔn)鞘澜缟蟽H次于玉米的 第二大糧食作物，世界上約有 70的小麥播種面積分布在干旱、 半干旱農(nóng)業(yè)區(qū) 2。 如果干旱發(fā)生在小麥開花期或者灌漿期， 就會(huì)導(dǎo)致其

3、灌漿期減短、 產(chǎn)量嚴(yán)重減少 3。其在生長(zhǎng)過程中，經(jīng)常會(huì)受到干旱的影響，在世界范圍內(nèi)，由于水分所造成 的減產(chǎn)，可能要超過其他因素所導(dǎo)致的產(chǎn)量損失總和 4。由于環(huán)境污染導(dǎo)致可利 用水資源大大減少， 干旱現(xiàn)象日益嚴(yán)重。 因此，研究干旱脅迫對(duì)小麥的生理生化 指標(biāo)的影響，提高小麥的抗旱性能、提高小麥產(chǎn)量具有重要意義。1 材料與方法：1.1 實(shí)驗(yàn)材料： 小麥種子和玉米種子 材料處理：小麥和玉米種子吸脹 12h 后即可用于測(cè)定種子發(fā)芽率的實(shí)驗(yàn)。 選取長(zhǎng)勢(shì)一致的小麥幼苗做干旱 5 天處理。干旱脅迫下處理的小麥幼苗為實(shí)驗(yàn)組，正常培養(yǎng)的小麥幼苗為對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)試劑：TTC、曙紅染液、0.1% HgCI、蒸餾水、3%

4、磺基水楊酸（SSA）、石英砂、 冰乙酸、茚三酮、0.1% TCA、0.5% TBA、20% 三氯乙酸（TCA）、0.3% TCA 用 20% TC 配制、0.1 %Ti（SO4）2用 20% （v/v）H2SO4配制、50 mmol/L PBS（PH=6.0, 內(nèi)含 0.1 mmol/L EDTA, 1%PVP）、POD 反應(yīng)混合液（10 mmol/L 愈創(chuàng)木酚，5 mmol/L H2O2,用PBS溶解）、PPO反應(yīng)混合液（20 mmol/L鄰苯二酚，用PBS 溶解）、3% 三氯乙酸（TCA）、1M NaOH、2 mM DTNB、5%三氯乙酸（TCA）、 0.15 M NaH2PO4 （pH=

5、7.4）、44%磷酸和 4%聯(lián)吡啶、3%FeCb、實(shí)驗(yàn)儀器：研缽、試管、電子天平、移液管、洗耳球、722型分光光度計(jì)、離心機(jī)、微量加樣器、恒溫水浴鍋。1 .2實(shí)驗(yàn)方法：1 .2. 1種子發(fā)芽率的測(cè)定：各取 50 粒吸脹的玉米種子或小麥種子,沿胚的中心線切成兩半（嚴(yán)格區(qū)分 兩個(gè)半粒），進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：其中50個(gè)半粒進(jìn)行TTC染色（30E水浴20min）; 另50個(gè)半粒進(jìn)行曙紅染色（室溫染色 10 min） ,洗凈后觀察。根據(jù)兩種方法的染 色情況，分別計(jì)算發(fā)芽率。脯氨酸（Pro）含量的測(cè)定：提?。悍謩e取0.1 g實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的幼苗一加入3 mL 3%磺基水楊酸（SSA） 和少許石英砂充分研磨用2

6、mL 3% SSA洗研缽5000rpm離心10 min 量上清液體積。測(cè)定：上清液各 2 mL 分別加入 2 mL 冰乙酸和 2 mL 茚三酮試劑煮沸 15 min 冷卻后5000 rpm離心10 min （若沒沉淀可略此步驟）分別測(cè)定 A520。計(jì)算：Pro content =A520L WV (umol.g -1FW)V用丙二醛（MDA ）含量的測(cè)定：提?。悍謩e取0.1 g實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組一加入3 mL 0.1% TCA和少許石英砂- 充分研磨用2 mL 0.1%TCA洗研缽5000 rpm離心10 min -量上 清液體積。測(cè)定：分別取上清液各1 mL 一加入0.5%TBA （用20%TC

7、A配制）3 mL 煮沸15 min冷卻后5000 rpm離心5 min （視沉淀有無）分別 測(cè)定 OD450 和 OD532。計(jì)算：OD450=C1 >85.4OD532= C1 >7.4+155000 C2求解方程得：C1/ (mmol/L) =11.71 OD450C2/ （ mol/L） =6.45 OD532- 0.56OD450式中，C1為可溶性糖的濃度，C2為MDA的濃度。過氧化氫（H2O2）含量測(cè)定：提?。悍謩e取0.1 g實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組加入3 mL 0.3%三氯乙酸（TCA ）和 少許石英砂充分研磨用2 mL TCA洗研缽5000 rpm離心10 min 量上清液體積

8、。測(cè)定：分別取上清液各4 mL 加入0.1%Ti（SO4）2 用20%（v/v） H2SO4配制0. 2 mL搖勻OD410。計(jì)算:H?Q content =A410V顯 也 (umol.g -1 FW)L WV用抗氧化酶活性的測(cè)定:提?。悍謩e取0.1 g實(shí)驗(yàn)材料加入少許石英砂和3 ml提取液（50mmol/L PBS,pH6.0,內(nèi)含0. 1 mmol/ LEDTA, 1%PVP ） 充分研磨 轉(zhuǎn)入離心管 中用2 ml提取液洗研缽5000 rpm離心10 min -量上清液體積 用于測(cè)定POD和PPO酶活性或分裝后轉(zhuǎn)至-20或-80C保存。POD測(cè)定：取POD反應(yīng)混合液（10 mmol/L愈

9、創(chuàng)木酚，5 mmol/L H2O2, 用PBS溶解）2.95 ml,加入酶液50 ml（空白調(diào)零用提取液取代）, 立即記時(shí)，搖勻，讀出反應(yīng) 2 min時(shí)的A470。PPO測(cè)定：取PPO反應(yīng)混合液（20 mmol/L鄰苯二酚，用PBS溶解）2.9 ml, 加入酶液0.1 ml （空白調(diào)零用提取液取代），立即記時(shí)，搖勻，讀 出反應(yīng)2 min時(shí)的A410。計(jì)算：以每分鐘A值變化0.01所需要的酶液的量為一個(gè)活力單位（U），則:POD activities =A470W t也(umol.gFWmin1)A410PPO activities =0.01 W t V用(U.g-1FW)谷胱甘肽（GSH）的

10、含量測(cè)定:提取:分別取0.1 g實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的幼苗加入3 mL 3%三氯乙酸（TCA） 和少許石英砂充分研磨用2 mL 3% TCA洗研缽5000 rpm離心 10 min 量上清液體積。測(cè)定:上清液各2 mL （空白用3%三氯乙酸代替）分別加入0.4 mL1MNaOH 1 mL 2 mM DTNB 25 C 5 min 測(cè)定 A412計(jì)算:GSH content =A412 V顯 V (umol.g -1FW)2結(jié)果分析:表一曙紅染色、TTC法測(cè)定小麥種子發(fā)芽率曙紅染色TTC染色成活粒數(shù)（個(gè)）4746總數(shù)（個(gè)）5050成活率94 %92 %表二曙紅染色、TTC法測(cè)定玉米種子發(fā)芽率曙紅染色T

11、TC染色成活粒數(shù)（個(gè)）4845總數(shù)（個(gè)）5050成活率96 %90 %表三干旱脅迫和正常條件下小麥的各項(xiàng)生理指標(biāo)條件Pro含量MDA 含量H2O2含量POD含量PPO含量GSH含量(mol.g-1FW)(mol/L)(mol.g-1 FW)(mol.g-1FWmin-1)(U.g-1FW)(mol.g-1 FW)干旱0.100.590.4884.67175415.34正常0.010.210.0935.7313045.722.1種子發(fā)芽率的測(cè)定：由表一、表二可知玉米和小麥的發(fā)芽率都達(dá)到了90%以上，發(fā)芽率比較高2.2脯氨酸（Pro）含量的測(cè)定:0.120.10.080.060.040.02Pro

12、含量0.10.01圖一 Pro含量由表三和圖一中可得出，在干旱脅迫下小麥的脯氨酸含量顯著增加。2.3丙二醛（MDA ）含量的測(cè)定:加。圖二MDA含量2.4過氧化氫（H2O2）含量測(cè)定:0.6H2O含 量0.50.40.30.20.1I干旱_）正常圖三H2O2含量由表三和圖三中可得出，在干旱脅迫下，小麥細(xì)胞中H2O2的含量顯著增加,2.5抗氧化酶活性的測(cè)定:的測(cè)定:PO活性圖四POD含量-I干旱廠正常2.5.2 PPO的測(cè)定:PPO活性I干旱両正常圖五PPO含量由表三和圖五中可得出，在干旱脅迫下，小麥細(xì)胞中 PPO的含量有所增加。2.6谷胱甘肽（GSH）的含量測(cè)定:15.34-5.72-GS含量

13、18161412108642二干旱正常圖六GSH含量3 討論：脯氨酸是植物細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)， 在逆境條件下， 脯氨酸會(huì)主動(dòng)積 累，引起細(xì)胞滲透勢(shì)下降， 從而提高細(xì)胞的吸水能力或阻止水分外滲， 有助于細(xì) 胞和組織的持水，避免細(xì)胞過度失水 5 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在干旱脅迫下小麥細(xì) 胞通過增加脯氨酸的含量， 使細(xì)胞的滲透勢(shì)降低， 阻止水分喪失， 使自身新陳代 謝能夠正常進(jìn)行。是小麥抗干旱脅迫的一種機(jī)制。在逆境脅迫條件下，植物往往發(fā)生膜脂過氧化作用， MDA 是膜脂過氧化產(chǎn) 物之一，其含量的高低可反應(yīng)逆境脅迫下植物傷害程度的大小， 是膜脂過氧化程 度的重要標(biāo)志 6 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，干旱脅迫下的小

14、麥 MDA 含量升高，證明干 旱脅迫下小麥細(xì)胞的膜脂過氧化程度還是較高的。植物在干旱時(shí)，由于體內(nèi)活性氧代謝加強(qiáng)而使 H2O2發(fā)生累積。H2O2可以直 接或間接地氧化細(xì)胞內(nèi)核酸， 蛋白質(zhì)等生物大分子， 并使細(xì)胞膜遭受損害， 從而 加速細(xì)胞的衰老和解體7。實(shí)驗(yàn)中干旱脅迫下的小麥 H2O2含量升高，證明干旱 脅迫對(duì)小麥細(xì)胞的還是有所傷害的。在 POD 生理功能中 ,多數(shù)是與某種或多種脅迫作用導(dǎo)致細(xì)胞膜的損傷和破 壞、細(xì)胞的空間結(jié)構(gòu)被打破以及損傷信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)等一系列生理生化變化有關(guān) 8。 已知在干旱脅迫下，小麥細(xì)胞中H2O2的含量顯著增加，而H2O2的增加對(duì)小麥細(xì) 胞是有害的。POD是植物體內(nèi)擔(dān)負(fù)清除H

15、2O2的主要酶類之一，POD能催化H2O2 氧化其他底物后產(chǎn)生H2O9。在干旱脅迫下，POD的含量的增加也是小麥抗逆境 的一種機(jī)制。多酚氧化酶（PPO）是植物組織內(nèi)廣泛存在的一種含銅氧化酶10。在植物的呼 吸作用中 ,呼吸鏈的末端氧化酶是直接把呼吸底物的中間產(chǎn)物氧化時(shí)脫出的電子 傳遞給O2的氧化酶,PPO是其中之一 11。PPO和POD同屬抗氧化酶，二者在逆 境中共同起到抗氧化的功能。谷胱甘肽（GSH）是植物體內(nèi)一種重要的抗氧化劑， 可以清除細(xì)胞代謝過程 中產(chǎn)生的多余活性氧自由基， 減少由于膜脂過氧化作用而對(duì)細(xì)胞造成的傷害， 在 植物抵抗逆境脅迫中起著非常重要的作用 12。生物體內(nèi)不同的脅迫響

16、應(yīng)途徑中， 利用 GSH 的親核活性來消除活性氧和重金屬等對(duì)細(xì)胞的傷害。 因此，在生物的 氧代謝及抗逆生理中 GSH 發(fā)揮著重要的作用 13。干旱作為一種生物逆境脅迫， 一定會(huì)對(duì)小麥造成影響。 干旱會(huì)改變小麥生理 生化指標(biāo)，從而影響植物的生長(zhǎng)。經(jīng)過本次實(shí)驗(yàn)可得知，在干旱脅迫下，小麥的 脯氨酸、丙二醛、H2O2、抗氧化酶、谷胱甘肽的含量均比正常條件下高。當(dāng)小 麥?zhǔn)艿礁珊得{迫時(shí)， 小麥為了對(duì)抗干旱作用， 產(chǎn)生了一套應(yīng)對(duì)干旱脅迫的抗逆機(jī) 制。以降低干旱脅迫對(duì)植物正常生命活動(dòng)的影響。4 參考文獻(xiàn)：1 葛培, 郭廣芳, 晏月明. 小麥抗旱機(jī)理研究進(jìn)展 J. 生物技術(shù)通報(bào) , 2010, (4): 22-

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