生物專業(yè)植物生理實(shí)驗(yàn)論文低溫脅迫對菠菜葉片抗寒性的影響穎(可編輯)

1、生物專業(yè)植物生理實(shí)驗(yàn)論文低溫脅迫對菠菜葉片抗寒性的影響穎 低溫脅迫對菠菜葉片抗寒性的影響王新穎 王文巖(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、農(nóng)學(xué)院、哈爾濱市、150030)【摘 要】:植物細(xì)胞膜對維持細(xì)胞的微環(huán)境和正常的代謝起著重要的作用。在正常的情況下,細(xì)胞膜對物質(zhì)具有選擇性能力。植物組織受到逆境傷害時,由于膜的功能受損或結(jié)構(gòu)破壞,而使其透性增大,細(xì)胞內(nèi)的鹽類或有機(jī)物將有不同程度滲出,從而引起組織浸泡液電導(dǎo)率發(fā)生變化,通過測定外滲液電導(dǎo)率的變化,就可以反映出質(zhì)膜的受害程度和所測材料抗逆性的大小。傷害越重,外滲越多,電導(dǎo)率的增加也越大;在過氧化物酶催化下,過氧化氫將愈創(chuàng)木酚氧化成棕褐色產(chǎn)物,此產(chǎn)物在470nm處有最

2、大吸收峰值,故可通過測470nm下的吸光值變化測定過氧化物酶的活性。過氧化物酶活性以每毫克蛋白質(zhì)每分鐘內(nèi)的活性單位來表示。本次實(shí)驗(yàn)主要是通過菠菜在低溫脅迫條件下,細(xì)胞膜遭到破壞,膜透性增大,通過實(shí)驗(yàn)使我們了解低溫脅迫對菠菜葉片抗寒性的影響?！娟P(guān)鍵詞】:菠菜、低溫、抗逆性、外滲電導(dǎo)率、過氧化物酶活性0 前言菠菜Spinach是人們經(jīng)常食用的主要蔬菜。它屬于藜科菠菜屬的1、2 a生草本植物。在華北的大部分地區(qū),耐寒性較強(qiáng)的尖葉菠菜可以安全越冬,因此了解低溫脅迫對菠菜的生理影響,探索菠菜的抗寒生理機(jī)制,對于通過基因工程手段提高冷敏感植物的抗寒能力,選育抗寒性強(qiáng)的品種及其栽培管理都有重要的意義。為此,

3、研究了菠菜在秋、冬季節(jié)隨著溫度的降低,葉片與根的可溶性糖、游離脯氨酸Pro、丙二醛MDA的含量、超氧化物歧化酶SOD的活性,以期了解菠菜在自然環(huán)境低溫的冷馴化過程中,這些抗性指標(biāo)的變化及其與抗寒性之間的關(guān)系。1雖然植物本身具有一定的抗寒性, 可是不同植物種類和品種有不同的抗寒性,不同器官的抗寒性也不一樣。 植物抗寒性也能通過一些途徑提高, 這對于避免和減少寒害損失有重要意義。近年來, 許多植物的抗寒性研究取得了可喜的進(jìn)展, 主要就抗寒性的生理基礎(chǔ), 提高植物抗寒能力的研究以及抗寒育種途徑等方面進(jìn)行闡述2。近20年來,分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展,對于揭示植物抗寒機(jī)理和提高抗寒力方面起了重要的作用。但總

4、體來說, 利用分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行植物抗寒性研究還比較薄弱, 有許多急待解決的問題。3首先體現(xiàn)在植物的抗寒分子機(jī)理特別是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及調(diào)控基因的表達(dá),抗凍蛋白的結(jié)構(gòu)特征和生理功能研究得不夠深入, 還處于開始階段, 而抗寒分子機(jī)理研究影響著抗寒基因工程的應(yīng)用。4 抗寒基因工程大多是圍繞著單個基因研究, 而植物的抗寒性是多基因控制的, 應(yīng)該結(jié)合多個相關(guān)基因進(jìn)行系統(tǒng)的研究。5目前植物的抗寒性研究大多集中在作物、果樹、 蔬菜上, 對于園林觀賞植物研究得較少。 而現(xiàn)在人們對于熱帶亞熱帶觀賞植物的需求快速增長,這些植物恰恰由于地域氣候的限制并不耐低溫, 因此觀賞植物的抗寒性機(jī)理研究, 以及如何提高觀賞植物抗寒力

5、將是今后重要的研究方向6。 1 材料與方法1.1 材料 菠菜(Spinach)、市售 1.2 方法(一)外滲電導(dǎo)率的測定 1、取菠菜葉片打孔40片,分成4份,至于4個小燒杯中。 2、將兩個燒杯中的葉片放入冰箱中冷處理10min。 3、取蒸餾水10ml測定電導(dǎo)率(S0)。 4、將處理的和未處理的4份葉片分別放入注射器中,吸收10ml蒸餾水,堵住注射器口進(jìn)行抽氣至葉片全部沉入水中。 5、將注射器內(nèi)的蒸餾水和葉片倒入潔凈燒杯中,再加入10ml蒸餾水,搖勻后測定電導(dǎo)(St1)。 6、測定后,將燒杯中的液體煮沸,冷卻至室溫,測電導(dǎo)(St2)。 過氧化物酶活性的測定 取0.5g葉片、加入少量磷酸緩沖液研磨

6、至勻漿,轉(zhuǎn)入離心管中,4000r、離心10min,然后取上清液定容至10ml,備用。 測定樣品對照pH5.5、0.05molPBSml2.82.80.05M愈創(chuàng)木酚溶液(ml)1.01.02%H2O2ml1.01.0酶液(ml)0.20.22%三氯乙酸(ml)?2.0 3、470nm波長下測定吸光度,每隔30s記錄數(shù)值; 4、根據(jù)測量數(shù)據(jù)制作制作吸光度時間曲線。1.3 生理指標(biāo)的測定方法 過氧化物酶活性的測定:愈創(chuàng)木酚法7 過氧化物酶是植物體內(nèi)普遍存在的,活力較高的一種酶,它與呼吸作用、光合作用、及生長素的氧化等都有密切關(guān)系,在植物生長發(fā)育過程中,它的活力不斷發(fā)生變化,因此測量這種酶,可以反映

7、某一時期植物體內(nèi)代謝的變化。在H2O2存在的條件下,過氧化物酶能使愈創(chuàng)木酚氧化,生成茶褐色的4-鄰甲基苯酚,該物質(zhì)在470nm處有最大吸收峰,可用分光光度計(jì)測量470nm的吸光度的變化,從而測定過氧化物酶的活力。OD470越大,說明過氧化物酶活力越高,反之亦然,故可通過測470nm處的吸光度變化來測定過氧化物酶的活性5 外滲電導(dǎo)率的測定:DDS-307電導(dǎo)率儀法8 植物在遭受低溫脅迫后,細(xì)胞膜遭到破壞,膜透性增大,從而使細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲,以致植物細(xì)胞浸提液的電導(dǎo)率增大?；陔妼?dǎo)率測定得出低溫脅迫對植物抗寒性的傷害率,電導(dǎo)率越大表明植物受到的傷害程度越大?？购暂^強(qiáng)的植物在凍害較輕的情況下,不

8、僅膜的透性變小,而且滲透性的變化可以逆轉(zhuǎn)、已恢復(fù)正常;反之,抗寒性弱的細(xì)胞或者受害重者膜透性明顯增大,而且不能恢復(fù)正常以致造成傷害甚至死亡。這種明顯地出現(xiàn)在外部形態(tài)的變化之前,因此可以作為抗寒性的生理指標(biāo)。小麥故事 結(jié)果與分析表1測電導(dǎo)率的原始數(shù)據(jù)處理煮沸前(St1)(-1煮沸后(St2)(-1Sck正常第1組605200第2組584900St冷凍第1組55006400第2組51006200公式: LSt1-S0/St2-S0 S0 6-1 傷害度(%)(Lt-Lck)/(1-Lck)×100 表2 測過氧化物酶活性的原始數(shù)據(jù)時間(min00.51.01.52.02.53.03.54

9、.0正常處理0.0530.0880.1260.1520.1720.1870.1970.2040.209冷凍處理0.0460.0670.0880.1030.1170.1260.1340.1400.145根據(jù)原始數(shù)據(jù),制作吸光度時間曲線,如下圖:公式: 過氧化物酶活性(A470×Vt)/W×Vs×0.01×t u/(g?min)A470:斜率W:樣品重(g)0.5t:反映時間(min)1Vt:酶液總體積(ml)10Vs:測定時取用酶液體積(ml)0.2表3 低溫脅迫下菠菜生理指標(biāo)的測定結(jié)果品種 溫度() 過氧化物酶活性 電導(dǎo)率L傷害度%(U/g?min)菠菜

10、室溫 350 0.01 85.86 ?20 290 0.862.1 過氧化物酶過氧化物酶是植物體內(nèi)普遍存在的、活力較高的一種酶,它與呼吸作用、光合作用及生長素的氧化等都有密切關(guān)系,在植物生長發(fā)育過程中,它的活力不斷發(fā)生變化,因此測量這種酶,可以反映某一時期植物內(nèi)代謝的變化。OD470越大,說明對應(yīng)的過氧化物酶活力越高,反之亦然。 2.2 外滲電導(dǎo)率 當(dāng)植物受到逆境影響時,如高溫或低溫、干旱、鹽漬、病原菌侵染后,細(xì)胞膜遭到破壞,膜透性增大,從而使細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲,以致植物細(xì)胞浸提液的電導(dǎo)率增大。本實(shí)驗(yàn)中,40恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)萎蔫0.51h的處理葉片,等于受到了高溫及干旱逆境的影響,相對于對照來說,

11、其葉片細(xì)胞膜遭到破壞,膜透性增大,從而使細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲,以致處理葉片細(xì)胞浸提液的電導(dǎo)率增大。試驗(yàn)中所用的3種傷害率表達(dá)方式,都是基于電導(dǎo)率測定得出的,電導(dǎo)率越大,表明葉片受到傷害的程度也越大。 討論 植物對于低溫脅迫的影響是敏感的,以往對于植物組織受的判斷僅局限于外觀形態(tài)表現(xiàn),而外觀表現(xiàn)往往是滯后于體內(nèi)生理指標(biāo)的變化,導(dǎo)致不能在早期低溫脅迫下,對植株寒害進(jìn)行評估和采取預(yù)防措施。本試驗(yàn)以菠菜為材料,研究低溫脅迫對葉片的外滲液電導(dǎo)率和過氧化物酶的活性影響,對進(jìn)一步研究植物寒害發(fā)生機(jī)理而言從而進(jìn)行寒害防止,是一項(xiàng)有意義的研究。經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)低溫脅迫下,細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲增多,引起組織外滲液電導(dǎo)率增

12、大。所測得的電導(dǎo)率越大,植物葉片的抗寒性越弱,植物組織所受傷害越大;電導(dǎo)率越小,植物葉片的抗寒性越強(qiáng),傷害越小。同時,低溫脅迫下,植物葉片中的過氧化物酶的活性越大,膜的穩(wěn)定性越強(qiáng),植物的抗寒性越強(qiáng);若過氧化物酶的活性越小,則植物膜的穩(wěn)定性越弱,傷害越大。 本試驗(yàn)以菠菜為材料,研究低溫脅迫對葉片的外滲液電導(dǎo)率和過氧化物酶的活性影響,對進(jìn)一步研究植物寒害發(fā)生機(jī)理而言從而進(jìn)行寒害防止,是一項(xiàng)有意義的研究。研究表明在低溫脅迫下,植物細(xì)胞膜透性增加細(xì)胞內(nèi)的可溶性物質(zhì)大量外滲,最后引起植物代謝失調(diào)。過氧化物酶是植物體內(nèi)重要的呼吸酶類,其活性高低與酚類物質(zhì)代謝,植物抗性密切相關(guān),活性高當(dāng)然抗逆性越強(qiáng),低就越弱,也就是對于逆境的忍受能力。植物膜系統(tǒng)與其抗寒性密切相關(guān)。細(xì)胞的基本骨架是一個生物膜系統(tǒng)。質(zhì)膜首先接受外界刺激,然后通過一系列的反應(yīng)引起細(xì)胞發(fā)生一系列生理生化反應(yīng),并且質(zhì)膜的組成成分與其抗寒性有密切關(guān)系。當(dāng)植物遭受低溫傷害時,生物膜首先發(fā)生膜脂物相的變化,導(dǎo)致膜的透性增大,從而導(dǎo)致細(xì)胞生理生化代謝的變化和功能的紊亂。 參考文獻(xiàn): 1 范玉貞, 菠菜抗寒性生理機(jī)制的研究S.北方園藝,200911:63-65 2 彭筱娜,易自力,蔣建雄, 植物抗寒性研究進(jìn)展