芝麻逆境生理实验.docx

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芝麻逆境生理实验

河南农业大学

本科生毕业论文（设计）

题目干旱、渍水胁迫对芝麻花期脯氨酸含量的影响

学院生命科学学院

专业班级09生物技术2班

学生姓名王涛

指导教师籍越

撰写日期：

2013年05月08日

干旱、渍水胁迫对芝麻花期脯氨酸含量的影响

王涛

生命科学学院

摘要：

采用盆栽的方法，在芝麻对水分敏感的花期分别进行干旱和溃水处理，测定不同部位叶片脯氨酸含量。

结果表明：

干旱、渍水胁迫时芝麻花期脯氨酸含量均产生明显影响，渍水胁迫大于干旱胁迫，且随着处理时间的延长，影响也随着加重。

水分胁迫对芝麻不同叶位的叶片影响也有差异，总体趋势是上部叶片>中部叶片>下部叶片，在一定的时间内随着胁迫时问的延长，脯氨酸含量逐渐增加。

关键词：

干旱；渍水；芝麻；脯氨酸

Drought,WaterloggingstressEffectsonProlinecontentofSesameflowering

WANGTao

CollegeofLifeScience

Abstract:

Usingthemethodofpottedfloweringrespectivelyinsesameissensitivetomoisturedroughtandwatertreatment,determinationofdifferentpartsoftheleafprolinecontent.Resultsshowthatthedrought,waterloggedstresssesamefloweringpulpoxygenacidcontentweresignificantlyinfluence,droughtstress,waterstressanddecreasedwiththeextensionoftime,theeffectisalsoasworse.Waterstressaffectssesameseedsofdifferentleafbladesalsohavedifferences,theoveralltrendisupperleaf>middleleaf>lowerleaf,inacertainperiodoftimeastheextensionofstresswhenasked.Prolinecontentincreasedgradually.

Keywords:

thedrought;wet;sesameseeds;pulpoxygenacid

引言

植物的生长的环境并非总是适宜的，自然界中，由于不同的地理位置和气候条件以及人类活动等多方面的原因，造成了各种不良环境，超出了植物正常生长，发育所能忍受的范围，致使植物受到伤害甚至死亡。

逆境指对植物生长和生存不利的各种因素的总称，又称为胁迫，逆境的种类多种多样，包括非生物胁迫（即物理胁迫、化学胁迫，如辐射、干旱、高温、低温、盐害及农药等）和生物胁迫（如病虫害、杂草等），这些胁迫因子之间可以相互交叉、相互影响[1]。

干旱胁迫对光合作用的影响：

土壤水分不足或过多均会影响植物的光合作用。

水分胁迫主要通过两个限制因素抑制植物叶片光合作用，一是气孔因素，二是非气孔因素一叶绿体活性。

国内外研究表明，干旱对光合作用影响的部位随着水分胁迫的程度不同而发生变化[3]。

当水分亏缺时，光合机构中首先受到影响的是气孔。

气孔的部分关闭是一个迅速而灵活的过程，是干旱条件下植物避免过度失水的一种保护性机制。

当植物遭受轻度或中度干旱时，叶片的相对含水量（RWC）由100％逐渐降低至75％，气孔关闭造成的胞间C02浓度降低往往是叶片光合速率下降的主要原因；如果相对含水量继续降低，干旱引起的非气孔限制（代谢限制）则成为光合速率降低的首要原因。

这些代谢变化包括光合磷酸化[4]速率降低造成NADPH供应不足、ATP的合成和RUBP的再生受阻以及Rubisco的活性和数量降低。

只有在严重干旱胁迫下（RwC<50％），叶绿体的捕光功能和光系统的功能才会受到伤害。

干旱胁迫对作物形态的影响：

禾本科作物，一般认为根深、多不定根和侧根，叶片较小、窄而长，叶片薄，叶色淡绿，叶片与茎杆夹角小，叶片具有表皮毛及蜡质，干旱时卷叶，有效分蘖多，茎杆较细、有弹性，干旱情况下植株萎蔫较轻等是抗旱的形态学指标。

另外，水稻在干旱条件下气孔迅速关闭，叶绿体的类囊体膨胀，基质片层排列紊乱，细胞的超显微结构具有明显的变化。

干旱胁迫对叶片水势的影响：

在研究作物对缺水的反应时，组织水势已被广泛地用作衡量水分胁迫的尺度。

御旱作物能通过维持较高的组织含水量来抵抗干旱胁迫，其水势值较高；耐早作物的叶片水势值较低，能在组织内部水分亏缺的情况下耐受干旱胁迫，继续生存和繁殖。

一些结果表明，干旱过程中叶片水势及含水量随干旱时间的延长而降低[5]，以及随土壤相对含水量的降低而减小[6]。

干旱胁迫对膜系统的影响：

干旱胁迫引起膜透性增大，细胞内电解质渗漏率增加，可通过测定电导率数值，了解质膜伤害程度。

抗旱性强的品种细胞膜透性增加少，电解质外渗少。

这项指标是一种可靠的抗旱鉴定指标。

植物在干旱胁迫下的质膜损伤和膜透性的增加是干旱伤害的本质之一。

高温干旱导致叶细胞膜脂过氧化增强，膜脂中不饱和脂肪酸含量下降，饱和脂肪酸增加，膜透性增大，膜脂过氧化物丙二醛（MDA）逐渐增多，叶片相对含水量降低：

随着干旱程度增加，叶细胞伤害严重，最终导致膜脂的释放和膜结构的破坏。

干旱胁迫对渗透调节的影响：

渗透调节指作物在水分胁迫下细胞通过代谢活动增加细胞内溶质浓度，降低渗透势，使细胞维持一定膨压，从而维持一定的代谢水平。

在水分胁迫下，植物组织中浓度能主动增加的溶质都可起渗透调节作用，但其种类和所占的比重则因植物种类、植物部位和外界条件而不同。

一般把渗透调节物质分为两类：

一类是无机离子，如N矿、K+、Cl-、M92+等；另一类是有机化合物，如可溶性糖、游离氨基酸、甜菜碱等。

其中K+和可溶性糖是最主要的渗透调节物质[7]。

干旱胁迫对抗氧化系统的影响：

能清除活性氧的酶系和抗氧化物质主要有超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸（AsA）等。

植物之所以在逆境条件下具有一定的抗逆能力，这与体内的保护酶作用有密切关系[8]。

研究表明，SOD（过氧化物歧化酶）、CAT（过氧化氢酶）和POD（过氧化物酶）等保护酶，均随生育期的推进，活性由强变弱。

在轻度水分胁迫下，根系的以上3种保护酶活性均增强；重度水分胁迫使SOD和CAT酶活性下降，而POD仍增强，这时并未有效地起到缓解或降低膜脂过氧化水平的作用，造成质膜透性增加，根系物质合成受阻，生长停滞[9]。

逆境诱导的氧化胁迫是绿色植物中存在的一种普遍现象，水分亏缺引起的氧化胁迫尤其引人注意，有关研究己有大量报道。

一般说来，植物遭受严重的水分胁迫时，其保护酶系统即SOD、CAT和POD的活性下降，清除活性氧的能力减弱，膜脂过氧化产物增加，膜脂过氧化作用加强，最终导致细胞膜完整性破裂，细胞内的分室结构丧失，细胞内含物外渗，致使正常的生理生化反应发生紊乱，因而细胞受害或死亡。

干旱胁迫对信号转导的影响：

ABA能够使气孔导度下降以减少失水，抑制光合作用，使生长发育下降，增加根系水分运输，降低叶片生长，改变叶态（角质层变厚、表皮毛状体增多、气孔数减少），降低分孽，提早抽穗开花等。

研究表明，水分胁迫能诱导ABA的积累[10]。

Liallg和Zlmg（1999）表明，水分胁迫越严重，叶片和木质部中ABA含量越高。

ABA的作用一是作为一种根冠间交流的信号，使植物感知土壤水分状况的变化，并通过对气孔运动及叶片生长速率的调节有效地减少干旱胁迫下的水分消耗；更为重要的是，ABA可以作为一种细胞的逆境信号物质直接介导许多逆境应答基因的表达[11]。

芝麻对水分要求非常严格，对空气干旱抵抗能力弱。

尤其是开花结荚期，需水量大，但此时又最不耐渍，水分对芝麻花期容易构成胁迫。

本试验研究了不同胁迫程度下芝麻花期不同部位叶片中脯氨酸积累的动态变化，并用到统计学上的双因素试验的方差分析法[12]，试图寻找脯氨酸含量的动态变化与胁迫时间之间的关联，从而为脯氨酸含量和芝麻抗逆性间的关系提供理论依据。

1材料和方法

1.1.1材料

芝麻叶片

1.1.2仪器设备

722型分光光度计；研钵；100mL小烧杯；容量瓶；大试管；普通试管；移液管；注射器；水浴锅；漏斗；漏斗架；滤纸；剪刀

1.1.3试剂

（1）酸性茚三酮溶液　　将1.25g茚三酮溶于30mL冰醋酸和20mL6mol/L磷酸中，搅拌加热（70℃）溶解，贮于冰箱中

（2）3%磺基水杨酸　　3g磺基水杨酸加蒸馏水溶解后定容至100mL

（3）冰醋酸

（4）甲苯

1.2方法

1.2.1试验设计选取生长状况良好生长一致的即将开花的植株，带土整体移栽至盆内，植株几乎没有缓苗期。

稳定生长4d后，开始进行试验处理。

（1）干旱处理方法：

给移栽后的盆栽芝麻浇足量的水，然后停止浇水（并防止淋雨）。

持续干旱。

（2）渍水处理方法：

给移栽后盆栽芝麻置于好的水坑中，处理时开始淹水至盆中土表层，始终使芝麻的地下部全部淹没，形成渍水状态。

各处理前取样1次，以后每隔2d取样（上、中、下部叶片）1次烘干保存，待测脯氨酸含量，每叶重复测定3次。

1.2.2样品的测定[2]

脯氨酸的提取　　准确称取不同处理的待测芝麻叶片各0.5g，分别置大管中，然后向各管分别加入3%的磺基水杨酸溶液5mL，在沸水浴中提取10min（提取过程中经常摇动），冷却后，过滤于干净的试管中，滤液即为脯氨酸的提取液。

吸取2mL提取液于另一干净的带玻璃塞试管中，加入2mL冰醋酸及2mL酸性茚三酮试剂，在沸水浴中加热30min，溶液即呈红色。

冷却后加入4mL甲苯，振荡30s，静置片刻，取上层液至10mL离心管中，在3000r/min下离心5min。

用吸管轻轻吸取上层脯氨酸红色甲苯溶液于比色杯中，以甲苯为空白对照，在分光光度计上520nm波长处比色，求得吸光度值。

根据回归方程计算出（或从标准曲线上查出）2mL测定液中脯氨酸的含量（X，ug/2mL）

然后计算样品中脯氨酸含量的百分数。

计算公式如下：

单位鲜质量样品的脯氨酸含量（%）=（X×VT）/（W×Vs×106）×100%

式中：

X为从标准曲线查出的2mL测定液中脯氨酸的含量（ug/2mL）；VT为提取液体积（mL）；Vs为测定时取用的样品体积（mL）；W为样品质量。

2结果与分析

2.1.1干旱胁迫对芝麻叶片脯氨酸含量的影响

在干旱胁迫作用下，不同部位叶片中脯氨酸的积累存在差异。

主要表现在上部叶片、中部叶片积累的脯氨酸高于下部叶片。

芝麻的上、中部叶片对逆境更为敏感。

由表1可以看：

在干旱处理下，不同叶位间脯氨酸含量的差异极显著，不同的处理时问脯氨酸的含量差异也达极显著水平。

表1干旱处理下脯氨酸含量的方差分析（SSR法）

差异来源SSDFMSF值F0.05F0.01

叶位间43.19221.5912.05.。

4.468.65

处理时间298.90474.7341.74.。

3.847.01

误差14.3481.79

总计356.4314

表2方差分析可知：

干旱条件下不同叶位的脯氨酸含量上部叶片与中部叶片、下部叶片的脯氨酸含量差异极显著，中部叶片与下部叶片脯氨酸含量无显著差异。

表2干旱处理下不同叶位的脯氨酸含量差异显著性比较（SSR法）

叶位均值差异显著性

0.050.01

上14.99aA

中11.24bB

下9.88bB

采用SSR法对持续干旱时间下的脯氨酸含量差异显著性进行比较，表3结果表明：

干旱处理10d的芝麻叶片脯氨酸含量与干旱处理8d、6d、4d、2d的芝麻脯氨酸含量存在极显著差异；处理8d与6d，4d与2d的脯氨酸含量均无显著差异，但干旱处理8d与干旱处理4d和2d的芝麻叶片脯氨酸含量差异达极显著水平，干旱处理6d与干旱处理4d和2d的芝麻叶片脯氨酸含量差异达显著水平。

表3不同干旱处理时间下脯氨酸含量差异性比较I（SSR法）

处理时间均值差异显著性

0.050.01

1016.42aA

814.32bB

612.15bBC

48.19cC

25.77cC

2.1.2渍水胁迫对芝麻叶片脯氨酸含量的影响

芝麻叶片在渍水胁迫条件下脯氨酸积累量达最大，不同部位的叶片中脯氨酸含量均出现大量增加的趋势，随着处理时间的延长，脯氨酸含量增加的幅度较大，其中上部的叶片脯氨酸含量增加明显高于中、下部叶片。

表4渍水处理下脯氨酸含量的方差分析

差异来源SSDFMSF值F0.05F0.01

叶位间99.48249.245.964.468.65

处理时间458.544114.6413.873.847.01

误差66.1088.26

总计623.1214

由表4的方差分析可以看出：

在渍水处理下，不同叶位间的脯氨酸含量差异显著，不同的处理时间脯氨酸的含量差异极显著。

从表5可知：

在a=0.05显著水平下，上部叶片与中部叶片差异不显著，但上部叶片、中部叶片分别与下部叶片差异显著。

在a=0.01显著水平下。

上部叶片、中部叶片、下部叶片脯氨酸含量差异不显著。

表5渍水处理下不同叶位的脯氨酸含量差异性比较I（SSR法）

叶位均值差异显著性

0.050.01

上16.7AA

中14.83AA

下10.57bA

表6显示：

渍水持续10d的芝麻叶片脯氨酸含量在a=0.05显著水平下与持续处理6d、4d、2d的叶片脯氨酸含量有显著差异，而在a=0.0l显著水平下，处理10d、8d与处理4d、2d的脯氨酸含量存在极显著差异。

表6不同渍水处理时间下脯氨酸含量差异性比较（SSR法）

处理时间均值差异显著性

0.050.01

1021.49aA

818.13abA

614.93bAB

48.87cB

26.75cB

3小结

试验对芝麻花期进行干旱、渍水胁迫处理，结果显示：

干旱、渍水胁迫对芝麻花期脯氨酸含量均产生明显影响，随着处理时间的延长，影响也随着加重。

水分胁迫对芝麻不同叶位的叶片影响也有差异，并在一定的时间内随着胁迫时间的延长脯氨酸含量逐渐增加，且脯氨酸增加的幅度也不相同。

总体而言，脯氨酸含量变化趋势为：

渍水>干旱。

上部叶片>中部叶片>下部叶片。

随着时间的延长其差异会更为显著。

由于开花期是芝麻的关键生育期，施加不同类型的胁迫压力，其叶片中脯氨酸积累的动态变化可以为提高芝麻关键生育期的抗逆性提供理论根据。

由于芝麻较为耐旱，叶片脯氨酸的含量虽然也有一定增高，但在一定时间内并不影响芝麻的正常生长，如株高、开花、结果受到的影响并不明显。

但渍水胁迫下，脯氨酸含量呈明显上升趋势，且开花、结果等也受到抑制，7d后，有的甚至出现了萎蔫、茎基部变黄褐、花朵脱落等不良生长表现。

参考文献

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高等教育出版社

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[12]盛骤,谢式千,潘承毅.概率论与数理统计[M].第四版.北京:

高等教育出版社

致谢

首先感谢河南省农业科魏学院的老师，我所做的实验都是在她的精心设计与指导下完成的，并多次给我的论问提出了宝贵的建议，多次阅稿并予以改正，魏老师孜孜不倦的精神让我深受感动。

然后我要感谢我的导师—籍越老师，本文从开题、写作直至最终定稿，籍越老师给予了诸多建设性建议，并在百忙之中阅稿多次。

恩师严谨的治学态度、科学的治学方法、渊博的学识、诲人不倦的精神和平易近人的工作作风令我景仰和敬慕，并将使我终生受益。

感谢母校内所有教过我的老师和使我受教的老师们，他们无私的传道、授业、解惑，让我能辨事理、明是非，让我在人生的长路上向前迈进一大步。

还要感谢长期以来给我诸多帮助的同学们，你们的友情将是我一生最值得珍惜的财富和最值得怀念的情感。