5逆境胁迫水稻幼苗及其生理指标分析

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避盐:植物通过某种方式将细胞内盐分控制在伤害阈值之下,以避
免盐分过多对细胞伤害。
泌盐:植物通过茎、叶上专门分泌盐分的盐腺(或盐囊泡)将盐分分 泌到体外,减少或避免盐分对植物的伤害,如红树植物。 稀盐:植物通过吸收大量水分和加速生长,稀释细胞内盐分浓度, 并将盐分积累在茎叶的肉质化组织,维持体内盐分浓度的恒定,如
导致植物死亡。
活性氧:阴离子自由基、羟基自由基(-OH)、过氧化氢 (H2O2)、单线态氧(1O2),具有很强的氧化能力、对许多生物
功能分子有破坏作用、引起膜的过氧化作用。
自由基:具有未配对价电子的原子或原子团。
天然的非酶自由基清除剂有维生素E、谷胱甘肽、抗坏血
酸、类胡萝卜素等。
3. 增加渗透调节物质,有利吸水:糖、有机酸、一些无机离子如
碱蓬。
拒盐:植物对盐有一定的选择性吸收,并能将盐分重新分配在植物 的安全部位,从而降低盐分对地上部的伤害,如芦苇、灯芯草。
泌盐的红树植物(盐腺)
稀盐的碱蓬(肉质化)
拒盐的盐生植物
芦苇——地上部分拒盐
灯芯草——地上部分拒盐
植物盐胁迫的伤害表现
生理干旱:土壤中盐分过多使土壤溶液水势下降,导致植物
定植物超氧化物歧化酶(SOD)的活力。
《植物生物学实验》
逆境胁迫水稻幼苗及其生理指标分析 实验二:用氮蓝四唑(NBT)法测定
植物超氧化物歧化酶(SOD)活力
一、实验目的
学习掌握用氮蓝四唑(NBT)法来测定植物超氧化物
歧化酶(superoxide dismutase, SOD)的活力。
了解不同盐浓度胁迫对水稻幼苗叶片SOD酶的影响。
二、实验原理
SOD发现:
1938年Marn等人首次从牛红血球中分离得到SOD。 SOD分布: 广泛分布在各种生物体内,其活性高低可作为抗衰老的指标。 SOD类型:
SOD是含Cu、Zn、Mn、Fe金属元素、能清除超氧阴离子自
由基的酶,其类型有Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、Fe-SOD。
法 、邻苯三酚自氧化法、化学发光法。
NBT法测定SOD酶活性的原理
在有氧化物质存在下,核黄素可被光还原,还原的核黄 素极易再氧化而产生氧自由基,可将氮蓝四唑还原为蓝
色的甲腙,甲腙在560nm处有最大吸收。而SOD可清除
氧自由基,从而抑制了甲腙的形成。 光还原反应后,反应液蓝色愈深,说明酶活性愈低,反
SOD测定方法
直接法:脉冲辐射分解法、电子顺磁共振波法、核磁共振法。 间接法(化学法):邻苯三酚自氧化法、细胞色素C还原法、 羟胺法、黄嘌呤氧化酶-NBT法、肾上腺素法等。 免疫法:放射免疫法、化学发光免疫分析法、ELISA法等。 超氧阴离子自由基寿命短,不稳定,不易直接测定SOD活性, 因而采用间接测定法。常用有3种:氮蓝四唑(NBT)光化还原
将各杯的秧苗叶片分别剪下、随机称取少量叶片0.2-0.5g,放入PE
手套中并做好标记,臵于冰箱冷冻保存备用。
五、实验分组
四个人组成一个小组进行水稻幼苗盐胁迫反应实验。 每小组设臵3个处理:1个对照和2个不同盐浓度,每
处理2个重复,共6份样品。
注意每杯要做好自己的标记、写上组别或姓名。
预习下周实验:应用氮蓝四唑(NBT)法测
若盐胁迫强度较小,除盐后,植物生长可以恢复;
若盐胁迫强度较大,除盐后,植物生长不可恢复 盐害
植物对盐胁迫的适应
根据植物抗盐能力大小分为:
盐生植物:耐盐范围1.5-2.0%,如碱蓬、芦苇、红树
植物等。
甜土植物(非盐生植物):耐盐范围0.2-0.8%,如甜
菜、高粱等大多数农作物。
盐生植物的避盐机制
吸水困难,甚至体内水分有外渗的危险,造成生理干旱。 离子失调:植物由于过多吸收某种盐类而排斥对另一些矿质 盐的吸收,导致营养缺乏或产生毒害作用。 代谢破坏:叶绿体解体、光合速率下降;蛋白质合成受抑制、
分解加强,产生有毒物质,对细胞产生毒害。
膜透性改变:高浓度 NaCl 可臵换细胞膜结合Ca2 +、K +,膜 结构破坏、功能改变,细胞内K+ 、有机质等外渗。
《植物生物学实验》
逆境胁迫水稻幼苗及其生理指标分析
实验一:水稻幼苗对盐胁迫的反应 实验二:用氮蓝四唑法测定植物超氧化物歧化酶活力
实验一:水稻幼苗对盐胁迫的反应
一、实验目的
了解植物如何对逆境胁迫产生反应。 观察分析水稻幼苗盐胁迫后发生的形态生
理指标变化,用于指导农业生产。
二、实验原理
逆境或胁迫(Stress):对植物产生伤害的环境。
(3)14.5mmol/L 甲硫氨酸(分子量149.21): 称2.163g溶于蒸馏水,定溶至1000ml(较难溶,需稍微加热)。 (4)2.25mmol/L NBT(分子量817.7): 称92mg溶于50ml 50mM磷酸磷酸缓冲液(pH7.8),现配现用,
避光保存。
(5)60μmol/L 核黄素(分子量376.36): 称2.25mg溶于50ml 50mM磷酸磷酸缓冲液(pH7.8) ,现配现用, 避光保存。 (6)3μmol/L EDTA-Na2(分子量372.24): A、0.5mol/L :称9.306g溶于蒸馏水,定容至50ml。 (注意:搅拌时用NaOH调pH至8.0才能完全溶解)。 B、0.5mmol/L :取A液1ml用蒸馏水稀释定容至1000ml。 C、3μmol/L :取B液3ml用磷酸缓冲液稀释定容至500ml。
K+,其中脯氨酸是最有效的。 4. 增加脱落酸(ABA)含量。
植物盐胁迫
盐胁迫(盐害):土壤盐分过多对植物造成危害。通常土壤含
盐量达0.2-0.5%时就不利于植物生长,主要盐分:氯化钠、
硫酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠等。 盐土:氯化钠和硫酸钠较多的土壤。 碱土:碳酸钠和碳酸氢钠较多的土壤。 盐碱土:含盐量0.6-10%。
生 物 因 素 非 生 物 因 素 病害 虫害 杂草 温度:低温(冷害、冻害),高温热害 水分:干旱,湿害、涝害 盐害 酸雨 紫外线(UV) 营养亏缺、重金属
逆 境 胁 迫
逆境胁迫对植物伤害的表现
形态变化:生长停滞,叶片萎蔫、卷曲、变黄、枯
死等。 生理生化:叶绿素含量减少,光合速率下降,呼吸 速率下降或升高,细胞膜系统破坏,酶活性紊乱等。
3. 做预实验:在正式测定SOD活性之前,要进行酶液加入量的预实验,
以确定最佳酶液浓度。 酶液稀释:取其中一管酶液按1倍、10倍、100倍稀释。 混合液配制:计算4-5支试管的用量,按反应体系表中各溶液(除酶液外)
配制1份混合液(现用现配)。
加酶液:在每支试管中加混合液2.95ml,再分别加入相对应的酶液量, 其中2支空白对照用提取液代替酶液,混匀,马上用黑色塑料袋罩住。
粗提液,臵于冰箱保存备用。
2. 反应体系
试剂 50 mM SOD提取液 14.5 mM 甲硫氨酸 2.25mM NBT 3 μM EDTA-Na2 60 μM 核黄素 蒸馏水 酶液
总体积
用量(ml/管) 1.5 0.3 0.3 0.3 0.3 0.25 0.05 (2支对照管以提
取液代替酶液)
3.0
二、实验材料、仪器与试剂
材料:水稻幼苗盐胁迫处理后的叶片。 仪器设备:电子天平,高速台式离心机,分光光度计,移液器, 荧光灯(反应试管处照度为4000Lx),试管数支,研钵,烧 杯,离心管,量筒等。 试剂: SOD抽提液:50mmol/L 磷酸缓冲液(pH7.8) 14.5mmol/L 甲硫氨酸(Met)溶液:现配现用。 2.25mmol/L 氮蓝四唑溶液(NBT):避光保存,现配现用。 60μmol/L 核黄素溶液:避光保存,现配现用。 3μmol/L EDTA-Na2溶液
三、实验步骤
1. 酶液提取:
将经盐胁迫处理、称好保存的水稻叶片0.2-0.5g臵于
预冷的研钵中,加1-2ml预冷的SOD提取液在冰浴上
研磨成浆,并转移到离心管中,再用提取液清洗研钵,
每次1ml,转移到同一离心管中,终体积不超过4ml;
于6000-8000rpm下离心5-10 min,上清液即为SOD酶
H2O2,从而抑制蓝色甲腙形成。SOD催化反应如下:
O2 O2 2H SOD H 2O2 O2
盐胁迫对植物叶片SOD酶的影响
(1)在一定盐度的胁迫下,植物叶片中SOD活性随盐浓度的 升高而增强。 (2)SOD酶能有效抑制膜脂过氧化作用,具有一定的保护作 用。因此,盐胁迫的损伤在一定范围内是可以修复。 膜系统的修复与SOD、CAT、POD等抗氧化酶的活性和抗 坏血酸(ASA)、谷胱甘肽(GSH)等抗氧化物含量的变化密切 相关。
三、实验试剂与材料
试剂:氯化钠
主要仪器与器皿:电子天平,低温冰箱,烧杯,
容量瓶,量筒,PE手套等。
材料:水稻幼苗
胁迫方式:盐胁迫,配制浓度0~0.3mol/L。
四、实验步骤
1. 自己设计配制2个不同盐浓度的NaCl溶液并设臵对照(CK)。
2. 挑选生长整齐一致的水稻秧苗60-90株,然后随机取10-15株于1个 烧杯中,观测记载描述盐胁迫处理前各杯水稻秧苗的农艺形态性状 (如苗高、叶片颜色、叶片数等)。 3. 各杯分别加入不同浓度NaCl溶液50ml左右(原则:根系要浸入溶 液中),然后放臵在实验架上进行盐胁迫处理。 4. 处理12-24 h后(具体应视情况而定),当高盐度处理的秧苗叶片开始 出现卷曲时,观测记载处理后各杯秧苗农艺形态性状的变化,然后
4. 正式实验
准备8支相同型号的试管:6支样品、2支对照。 混合液配制:按8-10支试管的用量配制(同预实验)。 加酶液:各管加入混合液2.95ml,6支分别加入相对应的酶 液量,2支对照管用提取液代替,混匀,遮光。

照光反应:取1支对照管于暗处,其余的臵于试管架上,于4000Lx日光
灯下反应20min(要求各管受光情况一致,光照时间视具体情况而定, 如光照强、温度高则时间缩短,反之则延长,时间要严格控制)。


终止反应:照光完毕马上用黑色塑料袋罩住试管架,以终止反应。
SOD活性测定:以不照光的对照管做空白,分别测定各管OD值。 确定酶液加入量:以抑制率在35%-65%为佳。
之酶活性愈高。据此可以计算出酶活性大小。
酶单位/样品量 =
核黄素:在有氧物质存在下,还原的核黄素与氧反应产 生氧自由基。
氮蓝四唑(NBT):氧自由基将无色(或微黄)的NBT还原为
蓝色甲腙。 甲硫氨酸:电子供体——提供核黄素的还原反应所需的 电子供体,使得核黄素的光激发还原反应得以进行。 SOD酶:SOD通过催化氧自由基歧化反应,生成O2与
源自文库
主要试剂配制(供参考):
(1)50mmol/L 磷酸钠缓冲液(pH7.8): A液:NaH2PO4 · 2H2O(分子量156.01): 3.12g溶于蒸馏水, 定溶至100ml。 B液:Na2HPO4 · 12H2O(分子量358.14): 7.17g溶于蒸馏水, 定溶至100ml。 取A液8.5ml与B 液91.5ml混合,定容至400ml,pH7.8。 (2)SOD提取液:50mmol/L磷酸缓冲液 [含0.1mmol/L EDTA; 0.3%(w/v) Triton X-100;2-4%(w/v)聚乙烯聚吡咯烷酮(PVP ) , pH7.8]。 即每升磷酸缓冲液中加20g PVP,200μl 0.5mol/L的EDTA母液, 3ml Triton X-100。
生理变化: 1. 生物膜结构改变,形成胁迫蛋白,如热激蛋白、抗冻蛋白等。
2. 保护酶系统受破坏
由超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)
等组成的保护酶系统会降低或消除活性氧的危害。 正常情况下,细胞内自由基的产生和清除处于动态平衡状态,自由 基水平很低,不会伤害细胞。 遭受逆境胁迫时,细胞内自由基积累过多,SOD等保护酶系统被破 坏,产生许多有害的过氧化产物如丙二醛等,会伤害细胞。自由基 会破坏膜结构,损伤大分子生命物质,引起一系列生理生化紊乱,
植物对逆境胁迫的适应
适应方式: 避逆性(stress avoidance):植物会在时空上躲避开不良环境,
如沙漠植物只在雨季生长、阴生植物在树荫下生长等。
耐逆性(stress tolerance):植物能够忍受逆境的作用。
适应的形态生理变化:
形态变化: 如干旱条件下叶小、根系发达;
淹水时扩大根部通气组织; 冬季低温来临前生长停止、进入休眠等。
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