外源水杨酸(SA)对小麦幼苗抗寒性的影响

外源水杨酸(SA)对小麦幼苗抗寒性的影响
李晓梅;刘家忠;张红玉
【摘要】以小麦为材料研究SA对小麦幼苗抗寒性的影响.结果表明,经过SA预处理的小麦幼苗中脯氨酸含量和可溶性糖含量均有所升高,MDA含量则呈现先逐渐降低而后有所升高的趋势.当SA的浓度为1.5 mmol/L时,作物小麦幼苗的抗寒性最强,而当SA的浓度高于1.75mmol/L,小麦的抗寒性并未明显增强.此外,不同浓度的SA对小麦幼苗抗寒性的影响也各有不同,适宜浓度时起促进作用,浓度过高时则有一定的抑制作用.
【期刊名称】《玉溪师范学院学报》
【年(卷),期】2010(026)008
【总页数】5页(P33-37)
【关键词】小麦;外源水杨酸;抗寒性;生理生化
【作者】李晓梅;刘家忠;张红玉
【作者单位】玉溪师范学院资源环境学院,生物系,云南,玉溪,653100;玉溪师范学院资源环境学院,生物系,云南,玉溪,653100;玉溪师范学院资源环境学院,生物系,云南,玉溪,653100
【正文语种】中文
【中图分类】S512.1
水杨酸(SA)是各种植物体内广泛存在的一种小分子酚类化合物,是由植物体内的反
式肉桂酸先经β -氧化产生苯甲酸,再经邻羟基化产生的.植物体内有游离态SA和
SA-β-O-D-葡糖苷两种存在形式.[1]近年来,SA被认为是一种信号转导分子,从而更加引起了人们的关注.最新的研究成果表明,SA处理能增强烟草叶片对烟草花叶病
毒侵染的抗性;SA处理切花,可延缓花瓣衰老而延长切花寿命;[1]SA还可诱导长日
照植物浮萍属在非诱导条件下开花.李兆亮等认为,[2]SA可明显提高黄瓜的SOD和POD活性,诱导新的POD同工酶.赵香兰、郭守华报道了2～40 mg/L的SA可不
同程度地降低桃花对低温胁迫的应激反应[3],即降低对低温的敏感性.近年来大量的研究还表明,外源SA可诱导番茄、菜豆、水稻等多种植物病程相关蛋白(PR)基因的表达等[4].目前,有关水杨酸与植物抗逆性的关系的研究已有很多报道,但外源水杨酸对小麦幼苗抗寒性的影响的研究还不多,本文主要对小麦幼苗施用不同浓度的SA
培养和室内低温处理来对比小麦幼苗生理指标的变化,研究了SA对小麦幼苗抗寒
性的影响,为SA对小麦的作用提供一些参考数据.
1 材料与方法
1.1 材料
小麦种子(7181(玉麦4号))、瓷盘、标签、光照培养箱、试管、751型分光光度计、水浴锅、研钵、烧杯、移液管、容量瓶、棉塞.
水杨酸、冰醋酸、甲苯、3%磺基水杨酸、标准脯氨酸溶液、2.5g酸性茚三酮试剂、石英砂(粉)、10% TCA、0.6%TBA、1%NaCl、蒸馏水.
1.2 实验准备
采用瓷盘栽培方式,小麦种子用氯化汞表面消毒约6 h左右,再用自来水冲洗6遍,无菌水冲洗6遍,然后选取大小一致的种子分装在装上碎石砂的9个瓷盘中,并注入一定量的蒸馏水,再分别用标记笔在这九个瓷盘上分别标上序号(A、B、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7)并于室温下培养,其间注意添加蒸馏水,直至长成幼苗.
1.3 实验方法
培养配制不同浓度的水杨酸溶液(0.50、0.75、1.00、1.25、1.50、2.00、2.50 mmol/L)分别注入瓷盘C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7中;然后将B瓷盘连同长出的小麦幼苗放入20℃的光照培养箱中培养,而瓷盘A、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7连同长出的幼苗全都放入2℃的光照培养箱中培养,使两个培养箱中的光照强度和湿度保持一致,培养4d,其间注意给每个瓷盘中补充相应浓度的SA溶液.
实验组小麦幼苗中的丙二醛(MDA)和可溶性糖含量的测定每个瓷盘中取1 g叶片剪碎,加10 mL10%TCA和少许石英砂粉研磨.取匀浆于4 000 r/min离心10min 后取上清液2 m L加3 mL 0.6% TBA混匀加盖煮沸15 min,冷却离心,最后取上清液于分光光度计下测OD_532和OD_450.对照管用2 mL蒸馏水加3 m L
0.6%TBA.
MDA浓度(μmol/L)=6.45OD_532-0.56OD_450
MDA含量(μmol/g)=C(μmol/L)×提取液体积(m L)/植物鲜重(g)
可溶性糖的浓度(mmol/L)=11.71OD_450
可溶性糖含量(mmol/g)=C(m mol/L)×提取液体积(m L)/植物鲜重(g)
实验组小麦幼苗中的脯氨酸含量的测定按参考文献[5]对所有培养皿中的小麦幼苗进行脯氨酸含量的测定.
脯氨酸含量=C(μg/m L)×2.5/样品鲜重(g)
2 结果与分析
2.1 外源SA对小麦幼苗中的MDA含量的影响
外源SA对小麦幼苗中MDA含量的影响如图1所示.从图1看:
(1)B组小麦幼苗中产生的MDA含量低于A组.A组小麦培养于2℃的寒冷环境中,B组小苗幼苗培养于20℃的正常环境中,对于小麦这一品种来说,虽然其本身具有一定的抗寒遗传特征,但持续长久的寒冷逆境也会使其体内的氧代谢失调,导致动态平衡被打破,活性氧产生加快.而以SOD为主的保护酶防御系统遭到破坏,清除自
由基的功能降低,会致使活性氧在体内积累,即产生反应性氧种(QOS).[6,7]QOS在细胞中引起生物膜脂脱脂化和膜脂过氧化作用,加速膜蛋白链式聚合反应,使细胞膜系统产生变性,积累许多有害的过氧化产物如丙二醛,最终使得在寒冷环境中的小麦幼苗的MDA含量增高.但是,逆境下的小麦幼苗中的MDA含量并未高出正常情况下培养的小麦幼苗中的MDA含量太多,其主要原因是因为小麦是耐寒性植物,它本身具有一定的抗寒性保护系统.
图1 外源SA对小麦幼苗中MDA含量的影响
(2)C1～C5组小麦幼苗中的MDA含量随着SA浓度的增高而降低,当SA浓度达到1.5 mmol/L时,小麦幼苗中的MDA含量相对减少最多,之后,MDA含量随浓度的升高而逐渐上升.这说明,低浓度SA和高浓度SA都对MDA的形成有一定的影响,低浓度SA抑制MDA的形成,高浓度反而对MDA的产生有一定的促进作用,并说明这种小麦在SA浓度为1.5 mmol/L培养下能很好地抑制MDA的形成.而MDA 是植物遇到冷胁迫时,细胞膜在一定程度上发生了变性而产生的物质,这也说明对于小麦这一冬季作物来说,产生较少的MDA的SA浓度最有利于提高小麦的抗寒性.从上述图表中给出的信息看,用浓度为1.5 mmol/L左右的SA培养小麦更加有利于提高它的抗寒性.
2.2 外源SA对小麦幼苗中的可溶性糖含量的影响
首先,从小麦的生长状况可观察到:A组小麦比其他组小麦要黄些,这主要是因为在持续低温时,其叶绿素生物合成受阻,叶片发生缺绿造成的.
此外,由图2可见:
(1)在2℃(寒冷)培养的A小麦幼苗比在正常温度下(室温)下培养的B组小麦幼苗中可溶性糖含量明显要多.因为随着温度下降,植物的呼吸作用逐渐减弱,消耗减少有利于糖分的积累[8],并且遇到过冷环境水解酶类活性常常高于合成酶类活性,酶促反应平衡失调,物质分解加剧,表现为淀粉含量减低,可溶性糖含量增加等[9].可溶性糖含
量增加,能降低冰点,提高原生质保护能力,保护蛋白质交替不致遇冷变形凝集,从而使呼吸微弱的小麦幼苗整体代谢强度减弱,抗逆性增强.[10]本组信息最主要说明了受到冷胁迫的小麦幼苗中产生了可溶性糖,并以此来减弱低温对其造成的伤害. (2)C1～C7组小麦幼苗中可溶性糖含量随着SA浓度的增高而有增有降,当SA浓度在0.75～1.25 mmol/L时,小麦幼苗中的可溶性糖含量随SA浓度的上升而增加,而在浓度为1.5 mmol/L以上则出现下降状态,即:可溶性糖含量随浓度的升高而逐渐下降.这说明,低浓度SA促进可溶性糖积累,过高浓度SA反而抑制可溶性糖的积累,且同时也说明SA对小麦幼苗的抗寒性是有影响的.
(3)B组和C2,C3组小麦幼苗中的可溶性糖含量差不多,说明SA促使小麦在正常情况下产生了可溶性糖,而可溶性糖含量的增加是植物抵抗逆境的一种表现,因此,一定浓度的SA可以提高小麦抗寒性.
图2 外源SA对小麦幼苗中可溶性糖含量的影响
2.3 外源SA对小麦幼苗脯氨酸含量的影响
在正常生长的作物中,其脯氨酸含量的差异一般不能作为耐寒性大小的尺度;但在一定的逆境胁迫下,作物组织中的绝对含量和增长速率与其抗逆性有一致性[11].这是因为在游离氨基酸中,脯氨酸对抗寒的作用是较大的,它是植物生命活动中一种不可代替的亚氨基酸.由于含有亚氨基,游离的脯氨酸能促进蛋白质的溶解,又由于亲水疏水表面的相互作用,也能使蛋白质胶体系统的水合面积扩大,因此,在植物处于低温等不良环境时,植物就具有一定的抗性和保护作用,对维持结构、输送和调节渗透压都有一定作用.
由图3可见:(1)结果表明:A组小麦幼苗中脯氨酸含量多于B组小麦幼苗的,说明在寒冷环境下,小麦体内产生脯氨酸来抵御逆境.(2)随着SA浓度的上升,幼苗体内产生的脯氨酸逐渐积累,当浓度达到1.5 mmol/L时脯氨酸的量达到最大,随后含量有所下降.说明一定浓度的SA能减少持续低温冻害造成的伤害,提高小麦的抗寒性.
图3 外源SA对小麦幼苗中脯氨酸含量的影响
3 讨论
SA是植物体产热的热素[12],植物体产热可能是植物对低温环境的一种适应,因此,可认为SA与植物抗寒性有关.SA可提高小麦幼苗体内保护酶系统的活性,抑制膜脂过氧化作用,降低膜透性,减轻低温对其的伤害程度,增强其抗寒性[13].通过对正常情况下,寒冷环境中和不同浓度SA处理的小麦幼苗生理指标中MDA含量,可溶性糖含量,以及脯氨酸含量的测定研究,发现不同浓度的SA对小麦幼苗的生长有一定影响,通过比较小麦幼苗中几种生理指标值,得出SA对小麦抗寒性的影响是两面的,低浓度的SA能在一定程度上提高小麦植株的抗寒性,但随着浓度的不断上升反而抑制它的抗寒性.所以,不同浓度的SA对提高小麦抗寒性的效果不同,1.5 mmol/L浓度的SA对抗寒性强的品种的抗寒性效果更好些.脯氨酸含量以及可溶性糖含量与植物抗逆性密切相关[14],脯氨酸的积累是作为渗透调节物质和防脱水剂而起作用的[15],植物在低温胁迫下通过提高脯氨酸含量来降低细胞水势,增强持水力,来保证植株正常生长.而SA在一定程度上提高了脯氨酸在植株体内积累的量,因此,一定浓度的SA能够提高小麦幼苗的抗寒性.
从对实验结果进行综合分析的情况看,我们也可以总结出以下两个初步结论: (1)SA预处理可能会通过降低膜透性及保护膜系统的稳定性来提高小麦幼苗的抗寒性.
(2)SA预处理可通过提高脯氨酸及可溶性糖含量来提高小麦幼苗的抗寒性.
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