干旱胁迫与复水条件下高粱, 玉米苗期渗透调节及抗氧化比较研究
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(西北农林科技大学生命科学学院 杨陵 712100) (河北农科院遗传生理研究所 石家庄 050000) 摘 要 盆栽试验结果表明 , 高粱和玉米 2 种作物均 存在渗 透调节 和抗氧 化耐旱 途径 。 高粱 耐旱性 较强 , 干旱条
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件下叶片相对含水量较高 , 水势亦较大 。高粱以可溶性 糖和蛋 白质为 主要渗 透调节 物质 , 以过氧 化氢酶 ( CAT ) 为 主要抗氧化酶 。 玉米以 K 和脯氨酸为主要渗透调节物质 , 以超氧 化物歧 化酶 ( SOD ) 和过氧 化物酶 ( POD ) 为主要 抗氧化酶 。 关键词 高粱 玉米 渗透调节 抗氧化 干旱 复水
了植物复水 后生 理 恢复 和修 复过 程。可 溶 性糖在抗旱性强的 “ 晋杂 12” 品 种上的 反应 超前于抗旱性差的 “ 晋中 405” 品种 , 表 明其 渗 透调节 机制 在不同 抗旱 性品 种间存 在差 异。水分胁迫下高粱蛋白质含量高于玉米 , 重度 干旱时 玉米 2 品 种蛋 白质 含量急 剧上 升 , 深重度干旱时蛋白质含量下降 , 其中 “农 大 108” 变化 较 显 著 , 复水 后 蛋 白 质 含量 升 高且大于对 照。高粱 2 品种 在 整个 干旱 胁 迫时蛋白质含量均上升 , 且深重度干旱时蛋 白质 含 量 远 大 于 对 照 , 复 水 24h 时 “ 晋杂 12” 蛋 白质 含量急 剧下 降且低 于对 照 , 复水 48h 时蛋白质含量又开始回 升但小 于对 照 ; “晋中 405 ” 在 复 水 24 h 时 蛋 白 质 含 量同 样 下降 , 但下降趋势较慢且蛋白质含量大于对 照 , 复水 48h 时蛋白质含量继续下降且低于 对照。表明可溶性蛋白在高粱、 玉米抵抗干 旱逆境时起到渗透调节的作用 , 均参与了复 水后修复 , 但高粱品种抗逆过程中深度胁迫 和回复 修补 时 所 起 作 用 较 大 , 存 在 物 种 差 异。可溶性蛋 白在 不同 抗旱 性 高粱 品种 上 存在较一致的调节机制 , 但在抗性品种上所 起作用较大。 水分 胁迫 下玉 米 脯氨 酸含 量 高于高粱 , 重 度 干旱 时 “ 掖 单 13 ” 脯 氨酸 含 量迅速 增加 , 深 重 度 干 旱 时 下 降 且 低 于 对 照 , 复水阶段脯氨酸含量回升但变化较小且 均低于对照 “ ; 农大 108 ” 在 重度 和深重 度干 旱下脯氨酸含量均下降 , 复水 24h 时脯氨酸 含量升 高 , 复水 48 h 时脯 氨酸 含量 下降并 低
* 国家 重点基 础研究 ( 973 ) 发 展规 划项目 ( G1999011708 ) 资助 收稿 日期 : 2004 - 05 - 10 改 回日 期 : 2004 -05 - 31
第 1期
邵艳军等 : 干旱胁迫与复水条件下高粱、 玉米苗期渗透调节及抗氧化比较研究 表 1 水分胁迫下高粱、 玉米苗期叶片相对含水量、 水势和相对电导率的变化 Tab . 1 The changes of relative water content , water potential and relative electric conduct rate of sorghum and maize seedlings under soil drought stress
生理 指标 P hysiological i nde x 处 理 T r eatmen ts 掖 单 13 Yedan13 糖 含 量 / g ・ kg 1
杂 12 ” 在 干旱 和 复 水 24h 时 糖 含 量 变化 规 律与 2 个玉米品种相似 , 但复水 48h 时已低 于对照水平 ( 见表 2 ) , 表明 可溶 性糖在 植物 抵抗干旱时起到了渗透调节的作用 , 并参与
项 目 It em s 品 种 Va rieties 掖 单 13 Y edan 13 CK 水 势 农 大 108 Nongda 108 CK 晋中 405 Ji nzhong 405 CK CK 晋 杂 12 Jinza 12
69
水分胁迫下高粱、 玉米苗期 渗 透调 节 反 应 与抗 氧 化 比 较。 水 分 胁迫下高粱糖含量高于玉 米 , 玉 米 2 品种可溶性糖含量随干旱程度 增加均有升高趋势 , 复水 24h 时 玉 米糖含量为最高 , 而复水 48h 时 糖 含量有所下降 , 但未恢 复到对照 水 平。抗 旱 性 差 的 “ 晋 中 405 ” 高粱 品种在 干 旱 胁 迫 阶段 糖 含 量 减 少 但变幅较小 , 复水 48h 内糖含量 则 持续 上升 ; 而 抗旱 性 高粱 品 种 “晋
品种 V arie ties 农 大 108 晋 杂 12 Nongda 108 2 . 852 3 . 176 4 . 347 11 . 329 6 . 889 0 . 0119 0 . 9139 0 . 0192 0 . 1333 0 . 6667 97 . 128 95 . 730 41 . 149 120 . 341 43 . 090 0 . 50 0 . 44 0 . 53 0 . 40 0 . 61 314 . 18 319 . 34 313 . 48 230 . 66 358 . 44 0 . 751 0 . 924 0 . 968 0 . 928 0 . 598 187 . 33 213 . 00 184 . 38 249 . 67 199 . 00 Jinza 12 11 . 245 10 . 727 16 . 657 20 . 120 4 . 843 0 . 3517 0 . 4939 1 . 0278 0 . 1256 0 . 2686 40 . 773 52 . 406 43 . 090 36 . 413 27 . 873 0 . 44 0 . 36 0 . 50 0 . 46 0 . 51 298 . 04 260 . 36 323 . 36 235 . 60 256 . 62 0 . 260 0 . 130 0 . 204 0 . 456 0 . 708 304 . 33 345 . 00 344 . 25 759 . 67 192 . 50
Comparison of osmotic regulation and antioxidation between sorghum and maize seedlings under soil drought stress and water recovering conditions . SHAO Yan- Jun , SHAN Lun ( College of Life Science , Nor thwest Sci- tech University of Agriculture and Forestry , Yangling 712100 , China ) , LI Guang- Min ( The Genetics and Physiological Institute of Hebei Agriculture and Forest Academy , Shijiazhuang 050000 , China) , CJEA , 2006 , 14 ( 1 ) : 68～ 70 Abstract The results from pot experiment showed that the drough t tolerance mechanism of osmotic regulation and an tioxidation was all found in sorghum and maize seedlings . T he drought tolerance of sorghum is st ronger than that of maize , its leaf relative water con ten t and water potential are higher under drough t condition . The main osmotic regulation substances in sorghum are soluble sugar and protein , catalase ( CAT ) is used as the main an tioxidan t enzyme . K peroxidase ( POD ) in maize . Key words Sorghu m , Maize , Osmotic regulation , An tioxidation , Drough t , Water recovered ( R eceived May 10 , 2004 ; revised May 31 , 2004 )
第 14 卷第 1 期 20 0 6 年 1 月
中 国 生 态 农业 学 报
Chinese Journal of Eco- Agriculture
Vol .14 Jan .,
No .1 2006
干 旱 胁 迫与 复 水 条 件 下高 粱 、 玉 米 苗期 渗 透 调 节 及抗 氧 化 比 较 研究
邵艳军 山 仑 李广敏
和抗旱性较强的 “农大 108” 。将种子挑选、 漂洗 , 用 1g/ L HgCl2 消毒、 洗净后置 28 ℃恒温箱中催芽 24h , 取发 芽势基本一致的种子种于瓦盆中 ( 高 17cm ×宽 18cm , 装等重的 田间表层 壤土 , 田间最 大持水 量 29 . 8 % ) , 其 中玉米每盆播 15 粒 , 高 粱 每 盆 播 25 粒 , 人 工 光 照 室 光 照 强 度 300 ～ 350μ mol / m ・s、 12h 光 照/ 12h 黑 暗、 28 ℃、 相对湿度 60 % ～ 80 % 条件下培养。 3 叶 1 心后停止浇 水 , 使 土壤水 分缓慢 降低 , 以土 壤含 水量占 最大 持水量 60 % 时为对照 ( CK ) , 占最大持水量 35 % 时为重度干旱 ( 处理 ) , 占最大持水量 32 % 时为深重 度干旱 ( 处理 ) , 分别以处理 复水后 24h 、 48h 为处理 和 处理 。取心 叶下 1 ～ 2 叶片 , 用 称重 法测 定叶片 相对 含水量 , 用压力室法测定叶片水势 , 以 电导 率法 测定叶 片质 膜透 性 , 用 蒽酮 法测 定 可溶 性糖 含量 , 以考 马斯 + 亮蓝 G -250 法测定可溶性蛋白含量 , 用火焰 光度 计法测 定 K 含 量 , 用 茚三 酮比 色法测 定脯 氨酸含 量 , 用氮 蓝四唑 ( NBT ) 分度光度法测定超氧 化物歧 化酶 活性 , 以愈 创木 酚法测 定过 氧 化物 酶活 性 , 用紫 外 吸收 法测 定过氧化氢酶活性
晋中 405 Jinzhong 405 11 . 370 11 . 287 10 . 963 13 . 250 13 . 884 0 . 0264 0 . 0711 0 . 6306 0 . 5378 0 . 0119 77 . 096 64 . 130 37 . 190 119 . 333 32 . 143 0 . 46 0 . 45 0 . 58 0 . 48 0 . 55 272 . 38 295 . 32 338 . 20 132 . 04 279 . 48 0 . 245 0 . 178 0 . 176 0 . 502 0 . 617 268 . 17 454 . 16 372 . 88 110 . 00 274 . 67
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and
proline are t he main osmotic regulation substances and t he main an tioxidan t enzymes are superoxide dismutase ( SOD ) and
1
试验材料与 方法
供试高粱品种为抗旱性较弱的 “晋中 405 ” 和抗旱性强的 “晋杂 12” , 玉米品种为 抗旱性较 弱的 “掖单 13 ”[ 1 ,2Fra bibliotek] 2。
2
结果与分析
水分胁迫下高粱、 玉米苗期水分状况及膜伤害比较。干旱条件下 ( 处 理 ) 高粱、 玉米 2 种作物叶 片含水
量较对照下降 , 水势降低 , 相对电导率增加 ( 见表 1 ) , 但 2 种 作物 及不同 品种 的变化 幅度 各异。 经计算 膜伤 害率 “掖单 13” 为 23 . 73 % “ , 农大 108” 为 6 . 45 % “ , 晋中 405 ” 为 5 . 18 % “ , 晋杂 12 ” 为 0 . 82 % 。
- 0 . 311 - 0 . 490 96 . 00 15 . 19 94 . 44 15 . 88
相 对含 水量/ % 相 对电 导率/ %
表2 水 分胁 迫下 高粱 、 玉 米 苗期 渗透 调节 物质 含 量与 抗氧 化酶 活性 的 变化 Tab .2 The changes of osmotic regulation substance content and antioxidant enzyme activityof sorghumand maize seedlings under soil drought stress
处理 T reatmen ts
/ MPa - 0 . 627 - 0 . 784 - 0 . 686 - 0 . 980 - 0 . 392 - 0 . 589 92 . 23 19 . 02 82 . 17 38 . 24 94 . 52 16 . 70 84 . 44 22 . 07 93 . 94 10 . 99 91 . 67 14 . 33
(西北农林科技大学生命科学学院 杨陵 712100) (河北农科院遗传生理研究所 石家庄 050000) 摘 要 盆栽试验结果表明 , 高粱和玉米 2 种作物均 存在渗 透调节 和抗氧 化耐旱 途径 。 高粱 耐旱性 较强 , 干旱条
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件下叶片相对含水量较高 , 水势亦较大 。高粱以可溶性 糖和蛋 白质为 主要渗 透调节 物质 , 以过氧 化氢酶 ( CAT ) 为 主要抗氧化酶 。 玉米以 K 和脯氨酸为主要渗透调节物质 , 以超氧 化物歧 化酶 ( SOD ) 和过氧 化物酶 ( POD ) 为主要 抗氧化酶 。 关键词 高粱 玉米 渗透调节 抗氧化 干旱 复水
了植物复水 后生 理 恢复 和修 复过 程。可 溶 性糖在抗旱性强的 “ 晋杂 12” 品 种上的 反应 超前于抗旱性差的 “ 晋中 405” 品种 , 表 明其 渗 透调节 机制 在不同 抗旱 性品 种间存 在差 异。水分胁迫下高粱蛋白质含量高于玉米 , 重度 干旱时 玉米 2 品 种蛋 白质 含量急 剧上 升 , 深重度干旱时蛋白质含量下降 , 其中 “农 大 108” 变化 较 显 著 , 复水 后 蛋 白 质 含量 升 高且大于对 照。高粱 2 品种 在 整个 干旱 胁 迫时蛋白质含量均上升 , 且深重度干旱时蛋 白质 含 量 远 大 于 对 照 , 复 水 24h 时 “ 晋杂 12” 蛋 白质 含量急 剧下 降且低 于对 照 , 复水 48h 时蛋白质含量又开始回 升但小 于对 照 ; “晋中 405 ” 在 复 水 24 h 时 蛋 白 质 含 量同 样 下降 , 但下降趋势较慢且蛋白质含量大于对 照 , 复水 48h 时蛋白质含量继续下降且低于 对照。表明可溶性蛋白在高粱、 玉米抵抗干 旱逆境时起到渗透调节的作用 , 均参与了复 水后修复 , 但高粱品种抗逆过程中深度胁迫 和回复 修补 时 所 起 作 用 较 大 , 存 在 物 种 差 异。可溶性蛋 白在 不同 抗旱 性 高粱 品种 上 存在较一致的调节机制 , 但在抗性品种上所 起作用较大。 水分 胁迫 下玉 米 脯氨 酸含 量 高于高粱 , 重 度 干旱 时 “ 掖 单 13 ” 脯 氨酸 含 量迅速 增加 , 深 重 度 干 旱 时 下 降 且 低 于 对 照 , 复水阶段脯氨酸含量回升但变化较小且 均低于对照 “ ; 农大 108 ” 在 重度 和深重 度干 旱下脯氨酸含量均下降 , 复水 24h 时脯氨酸 含量升 高 , 复水 48 h 时脯 氨酸 含量 下降并 低
* 国家 重点基 础研究 ( 973 ) 发 展规 划项目 ( G1999011708 ) 资助 收稿 日期 : 2004 - 05 - 10 改 回日 期 : 2004 -05 - 31
第 1期
邵艳军等 : 干旱胁迫与复水条件下高粱、 玉米苗期渗透调节及抗氧化比较研究 表 1 水分胁迫下高粱、 玉米苗期叶片相对含水量、 水势和相对电导率的变化 Tab . 1 The changes of relative water content , water potential and relative electric conduct rate of sorghum and maize seedlings under soil drought stress
生理 指标 P hysiological i nde x 处 理 T r eatmen ts 掖 单 13 Yedan13 糖 含 量 / g ・ kg 1
杂 12 ” 在 干旱 和 复 水 24h 时 糖 含 量 变化 规 律与 2 个玉米品种相似 , 但复水 48h 时已低 于对照水平 ( 见表 2 ) , 表明 可溶 性糖在 植物 抵抗干旱时起到了渗透调节的作用 , 并参与
项 目 It em s 品 种 Va rieties 掖 单 13 Y edan 13 CK 水 势 农 大 108 Nongda 108 CK 晋中 405 Ji nzhong 405 CK CK 晋 杂 12 Jinza 12
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水分胁迫下高粱、 玉米苗期 渗 透调 节 反 应 与抗 氧 化 比 较。 水 分 胁迫下高粱糖含量高于玉 米 , 玉 米 2 品种可溶性糖含量随干旱程度 增加均有升高趋势 , 复水 24h 时 玉 米糖含量为最高 , 而复水 48h 时 糖 含量有所下降 , 但未恢 复到对照 水 平。抗 旱 性 差 的 “ 晋 中 405 ” 高粱 品种在 干 旱 胁 迫 阶段 糖 含 量 减 少 但变幅较小 , 复水 48h 内糖含量 则 持续 上升 ; 而 抗旱 性 高粱 品 种 “晋
品种 V arie ties 农 大 108 晋 杂 12 Nongda 108 2 . 852 3 . 176 4 . 347 11 . 329 6 . 889 0 . 0119 0 . 9139 0 . 0192 0 . 1333 0 . 6667 97 . 128 95 . 730 41 . 149 120 . 341 43 . 090 0 . 50 0 . 44 0 . 53 0 . 40 0 . 61 314 . 18 319 . 34 313 . 48 230 . 66 358 . 44 0 . 751 0 . 924 0 . 968 0 . 928 0 . 598 187 . 33 213 . 00 184 . 38 249 . 67 199 . 00 Jinza 12 11 . 245 10 . 727 16 . 657 20 . 120 4 . 843 0 . 3517 0 . 4939 1 . 0278 0 . 1256 0 . 2686 40 . 773 52 . 406 43 . 090 36 . 413 27 . 873 0 . 44 0 . 36 0 . 50 0 . 46 0 . 51 298 . 04 260 . 36 323 . 36 235 . 60 256 . 62 0 . 260 0 . 130 0 . 204 0 . 456 0 . 708 304 . 33 345 . 00 344 . 25 759 . 67 192 . 50
Comparison of osmotic regulation and antioxidation between sorghum and maize seedlings under soil drought stress and water recovering conditions . SHAO Yan- Jun , SHAN Lun ( College of Life Science , Nor thwest Sci- tech University of Agriculture and Forestry , Yangling 712100 , China ) , LI Guang- Min ( The Genetics and Physiological Institute of Hebei Agriculture and Forest Academy , Shijiazhuang 050000 , China) , CJEA , 2006 , 14 ( 1 ) : 68～ 70 Abstract The results from pot experiment showed that the drough t tolerance mechanism of osmotic regulation and an tioxidation was all found in sorghum and maize seedlings . T he drought tolerance of sorghum is st ronger than that of maize , its leaf relative water con ten t and water potential are higher under drough t condition . The main osmotic regulation substances in sorghum are soluble sugar and protein , catalase ( CAT ) is used as the main an tioxidan t enzyme . K peroxidase ( POD ) in maize . Key words Sorghu m , Maize , Osmotic regulation , An tioxidation , Drough t , Water recovered ( R eceived May 10 , 2004 ; revised May 31 , 2004 )
第 14 卷第 1 期 20 0 6 年 1 月
中 国 生 态 农业 学 报
Chinese Journal of Eco- Agriculture
Vol .14 Jan .,
No .1 2006
干 旱 胁 迫与 复 水 条 件 下高 粱 、 玉 米 苗期 渗 透 调 节 及抗 氧 化 比 较 研究
邵艳军 山 仑 李广敏
和抗旱性较强的 “农大 108” 。将种子挑选、 漂洗 , 用 1g/ L HgCl2 消毒、 洗净后置 28 ℃恒温箱中催芽 24h , 取发 芽势基本一致的种子种于瓦盆中 ( 高 17cm ×宽 18cm , 装等重的 田间表层 壤土 , 田间最 大持水 量 29 . 8 % ) , 其 中玉米每盆播 15 粒 , 高 粱 每 盆 播 25 粒 , 人 工 光 照 室 光 照 强 度 300 ～ 350μ mol / m ・s、 12h 光 照/ 12h 黑 暗、 28 ℃、 相对湿度 60 % ～ 80 % 条件下培养。 3 叶 1 心后停止浇 水 , 使 土壤水 分缓慢 降低 , 以土 壤含 水量占 最大 持水量 60 % 时为对照 ( CK ) , 占最大持水量 35 % 时为重度干旱 ( 处理 ) , 占最大持水量 32 % 时为深重 度干旱 ( 处理 ) , 分别以处理 复水后 24h 、 48h 为处理 和 处理 。取心 叶下 1 ～ 2 叶片 , 用 称重 法测 定叶片 相对 含水量 , 用压力室法测定叶片水势 , 以 电导 率法 测定叶 片质 膜透 性 , 用 蒽酮 法测 定 可溶 性糖 含量 , 以考 马斯 + 亮蓝 G -250 法测定可溶性蛋白含量 , 用火焰 光度 计法测 定 K 含 量 , 用 茚三 酮比 色法测 定脯 氨酸含 量 , 用氮 蓝四唑 ( NBT ) 分度光度法测定超氧 化物歧 化酶 活性 , 以愈 创木 酚法测 定过 氧 化物 酶活 性 , 用紫 外 吸收 法测 定过氧化氢酶活性
晋中 405 Jinzhong 405 11 . 370 11 . 287 10 . 963 13 . 250 13 . 884 0 . 0264 0 . 0711 0 . 6306 0 . 5378 0 . 0119 77 . 096 64 . 130 37 . 190 119 . 333 32 . 143 0 . 46 0 . 45 0 . 58 0 . 48 0 . 55 272 . 38 295 . 32 338 . 20 132 . 04 279 . 48 0 . 245 0 . 178 0 . 176 0 . 502 0 . 617 268 . 17 454 . 16 372 . 88 110 . 00 274 . 67
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and
proline are t he main osmotic regulation substances and t he main an tioxidan t enzymes are superoxide dismutase ( SOD ) and
1
试验材料与 方法
供试高粱品种为抗旱性较弱的 “晋中 405 ” 和抗旱性强的 “晋杂 12” , 玉米品种为 抗旱性较 弱的 “掖单 13 ”[ 1 ,2Fra bibliotek] 2。
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结果与分析
水分胁迫下高粱、 玉米苗期水分状况及膜伤害比较。干旱条件下 ( 处 理 ) 高粱、 玉米 2 种作物叶 片含水
量较对照下降 , 水势降低 , 相对电导率增加 ( 见表 1 ) , 但 2 种 作物 及不同 品种 的变化 幅度 各异。 经计算 膜伤 害率 “掖单 13” 为 23 . 73 % “ , 农大 108” 为 6 . 45 % “ , 晋中 405 ” 为 5 . 18 % “ , 晋杂 12 ” 为 0 . 82 % 。
- 0 . 311 - 0 . 490 96 . 00 15 . 19 94 . 44 15 . 88
相 对含 水量/ % 相 对电 导率/ %
表2 水 分胁 迫下 高粱 、 玉 米 苗期 渗透 调节 物质 含 量与 抗氧 化酶 活性 的 变化 Tab .2 The changes of osmotic regulation substance content and antioxidant enzyme activityof sorghumand maize seedlings under soil drought stress
处理 T reatmen ts
/ MPa - 0 . 627 - 0 . 784 - 0 . 686 - 0 . 980 - 0 . 392 - 0 . 589 92 . 23 19 . 02 82 . 17 38 . 24 94 . 52 16 . 70 84 . 44 22 . 07 93 . 94 10 . 99 91 . 67 14 . 33