諸葛菜對水分脅迫的生理生化反應(yīng)和調(diào)節(jié)適應(yīng)能力

1、 第25卷第1期西南師范大學學報(自然科學版 2000年2月V ol . 25N o . 1Journal of S outhwest China Normal University (Natural Science Feb. 2000文章編號:100025471(2000 0120033205諸葛菜對水分脅迫的生理生化反應(yīng)和調(diào)節(jié)適應(yīng)能力李莉( 云西南師范大學生命科學學院, 重慶400715摘要研究了水分脅迫對諸葛菜葉片的水分狀況、滲透調(diào)節(jié)能力以及活性氧代謝的影響. 結(jié)果表明:在水分脅迫下, 諸葛菜葉片相對含水量(RWC , 自由水含量(FWC 下降, 束縛水含量(BWC 上升; 可溶性糖,

2、脯氨酸, K +, Ca 2+含量均出現(xiàn)明顯的增加, 具有一定的滲透調(diào)節(jié)能力; 隨著水分脅迫的加劇, O 2-產(chǎn)生速率增加, 丙二醛(M DA 積累, 導致膜損傷, 質(zhì)膜透性上升, 超氧化物歧化酶(S OD 、過氧化物酶(POD 活性均出現(xiàn)“先上升, 后下降”的趨勢, 抗壞血酸(AsA 含量則降低, 表現(xiàn)出諸葛菜一定的適應(yīng)性.關(guān)鍵詞諸葛菜; 水分脅迫; 滲透調(diào)節(jié); 膜脂過氧化; 膜保護體系; 適應(yīng)中圖分類號Q 5文獻標識碼:A諸葛菜(Orgchophragmus violaceus 是十字花科蕓苔族諸葛菜屬的一年生或二年生的草本植物. 近年來, 研究表明:諸葛菜是一種品質(zhì)優(yōu)良的油料作物新種源,

3、 是新型的蔬菜資源和飼料資源1. 諸葛菜喜好土壤深厚, 肥沃, 潮濕的環(huán)境2, 然而水分脅迫是植物最易遭受的脅迫之一, 全世界每年由于水分脅迫造成的糧食生產(chǎn)的損失幾乎等于其他所有環(huán)境因子脅迫所造成的損失的總和. 目前, 尚未有對諸葛菜進行水分脅迫的研究. 在西南地區(qū), 春旱較易發(fā)生, 而此時正值諸葛菜的開花期, 勢必對其產(chǎn)量產(chǎn)生重大影響. 故通過人工控制水分模擬春旱來研究開花期的諸葛菜對水分脅迫的生理生化反應(yīng)及調(diào)節(jié)適應(yīng)能力, 以期為諸葛菜的栽培及推廣提供理論依據(jù).1材料與方法用1998年夏收獲的重慶本地的諸葛菜種在自然條件下盆栽. 盆缽直徑為25cm , 高為23cm , 盆土為西南師范大學生

4、態(tài)實驗園地的紫色壤土. 10月2日播種, 于次年2月27日開花期時, 選擇長勢一致的植株共120盆, 移入遮雨棚內(nèi)分為對照、輕度脅迫、中度脅迫、重度脅迫4個組, 每組均為30盆, 進行水分脅迫處理, 處理過程如下表所示:收稿日期:1999210227李莉, 女, 29歲, 碩士研究生.3國家自然科學基金重點資助項目子課題(編號:39330050 34西南師范大學學報(自然科學版 第25卷2月27日3月5日3月12日+-3月19日+-對照+輕度脅迫+中度脅迫+重度脅迫+-注:“+”表示澆水, “-”表示不澆水. 每次澆水都澆透.于最后一次澆水后的第三天進行取樣, 取自第一片完全展開葉下數(shù)的第38

5、片功能葉進行分析測定.土壤含水量取土表下35cm 的土壤來測定, 葉片相對含水量(RWC 用飽和含水量法測定, 自由水含量和束縛水含量用阿貝氏折射儀法測定3; 可溶性糖含量用蒽酮硫酸水合熱法測定4; 游離脯氨酸含量用磺基水楊酸法測定5; K +含量用美國M odelS A720鉀電極測定, 樣品前處理采用濕法灰化法6; 質(zhì)膜相對透性用電導儀法測定6; 超氧離子自由基O 2-7測定; 丙二醛測定采用硫代巴比妥酸(T BA 比色法8; (S OD 8測定; 過氧化物酶活性用愈創(chuàng)木酚法3測定; 抗壞血酸(AsA 含量用6. 3次, 取平均值.2211對照, 輕度, 中度及重度脅迫4組的土壤含水量分別

6、為:23133%, 16192%, 10182%, 7173%.其相對應(yīng)的葉片的相對含水量為:94107%, 87101%, 76135%, 64103%(圖1 . 符合按Hsiao 10的標準劃分的水分脅迫程度. 表明:隨著土壤干旱脅迫的增加, 葉的相對含水量降低. 圖1還表明:隨著脅迫程度的加劇, 自由水含量降低, 而束縛水的含量則相對增加, 自由水含量與束縛水含量的比值也隨之減小. 諸葛菜葉的上述指標的變化表現(xiàn)了諸葛菜植株對干旱脅迫的一種適應(yīng)性反應(yīng).212水分脅迫對諸葛菜葉片滲透調(diào)節(jié)能力的影響21211水分脅迫對諸葛菜葉片有機溶質(zhì)的影響試驗結(jié)果表明(圖2 , 在水分脅迫下, 諸葛菜葉片的

7、可溶性糖以及脯氨酸的含量都明顯增多, 且脅迫愈重, 可溶性糖和脯氨酸積累愈多. 相關(guān)分析表明, 它們二者的含量的增加均與葉的相對含水量的降低呈顯著的負相關(guān)(r 值分別是:-01988213, -01967783 , 反映出諸葛菜對水分脅迫的適應(yīng)性變化.21212水分脅迫對諸葛菜葉片無機離子含量的影響圖3顯示:隨著水分脅迫的加劇, RWC 的下降, K +, Ca 2+都明顯的增加, K +在輕度, 中度, 重度脅迫下的含量分別為對照的1131, 1159, 2164倍; Ca 2+在輕度, 中度, 重度脅迫下的含量分別為對照的3192, 7116, 10161倍, Ca 2+在不同的水分脅迫下

8、增加幅度遠大于K +的增加幅度.213水分脅迫對諸葛菜葉膜脂過氧化和膜保護體系的影響21311水分脅迫對諸葛菜葉片膜脂過氧化水平的影響O 21-由圖4所示, 諸葛菜葉片的質(zhì)膜相對透性隨RWC 的下降顯著的增加; 膜脂過氧化的中間產(chǎn)物的產(chǎn)生速率及最終產(chǎn)物丙二醛(MDA 含量也隨之顯著地上升. 統(tǒng)計分析表明:RWC 的下降與膜透性、O 21-產(chǎn)生速率及丙二醛含量的上升呈顯著的負相關(guān)(r 值分別為01961033, 019741053, 019740913 ; 膜透性的上升和O 21-產(chǎn)生速率、MDA 含量的增加呈顯著的正相關(guān)(r 值分別是019810273,019941683 . 說明在水分脅迫下

9、膜的選擇透性的喪失, 電解質(zhì)滲漏增加和由O 21-產(chǎn)生速率增加, MDA 的積累所誘導的膜脂過氧化作用加強密切相關(guān).21312水分脅迫對諸葛菜葉的膜保護體系的影響超氧化物歧化酶(S OD , 過氧化物酶(POD 是植物防御活性氧傷害的重要酶. 試驗結(jié)果(圖5 表 第1期李莉等:諸葛菜對水分脅迫的生理生化反應(yīng)和調(diào)節(jié)適應(yīng)能力35明, 隨著葉的RWC 的降低, S OD , POD 活性表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢, 這說明一定強度的脅迫可能使諸葛菜葉片的保護酶S OD , POD 產(chǎn)生一定的適應(yīng)性變化, 活性上升, 但嚴重的脅迫則可能抑制了S OD , POD 活性, 而使之降低.抗壞血酸(AsA 是

10、非酶促防御系統(tǒng)中的重要抗氧化劑, 圖6表明, 在不同的水分脅迫下, 諸葛菜葉片的AsA 含量明顯下降, 這與Price 等在11種非旱生植物中觀察到的結(jié)果一致11. AS A 含量的降低與的RWC 降低呈顯著的正相關(guān), 說明諸葛菜葉片的AsA 對水分脅迫比較敏感 .圖1Fig 11E ffects of water stress on water statusin Orgchorphragmus violaceus leaves 圖2水分脅迫對諸葛菜葉片有機溶質(zhì)的影響Fig 12E ffects of water stress on organic solutes in Orgchorphra

11、gmus violaceus leaves圖3水分脅迫對諸葛菜葉片K +,Ca 2+含量的影響Fig 13E ffects of water stress on contents of K +Ca 2+in Orgchorphragmus violaceus leaves 圖4水分脅迫對諸葛菜葉片質(zhì)膜相對透性, 超氧離子自由基產(chǎn)生速率, MDA 含量的影響Fig 14E ffects of water stress on relative membrane permcability , the rate of O 2-production and MDAcontent in Orgchorph

12、ragmus violaceus leaves3討論在土壤水分脅迫下, 諸葛菜葉片的RWC 降低, 自由水含量減少, 束縛水含量相對增加. 在植物體內(nèi)自由水的含量制約著代謝強度, 而束縛水的含量則與植物的抗性大小有密切關(guān)系12, 由諸葛菜葉的水分狀況的變化趨勢可反映出:諸葛菜通過減少自由水含量, 降低其代謝強度; 增加束縛水含 36西南師范大學學報(自然科學版 第25卷量, 增強抗逆性以適應(yīng)水分脅迫 .圖5水分脅迫對諸葛菜葉片SOD , POD 活性的影響Fig 15E ffects of water stress on activity of SOD ,POD in Orgchorphrag

13、mus violaceus leaves 圖6含量的影響E content in leaves. , 降低滲透勢, 維持膨壓13, 參與滲透調(diào)節(jié)的溶質(zhì)主要是可溶性糖、K +, Ca 2+等無機離子14. 諸葛菜在干旱條件下均出現(xiàn)了可溶性糖, , K +, Ca 2+的積累, 表現(xiàn)出了一定的滲透調(diào)節(jié)能力, 具有一定的適應(yīng)性, 但可能其滲透調(diào)節(jié)能力有限, 故隨著水分脅迫的加劇, 諸葛菜葉片RWC 仍迅速降低.質(zhì)膜相對透性的大小是膜傷害的重要標志, MDA 是脂質(zhì)過氧化的主要產(chǎn)物之一, 其積累是活性氧毒害作用的表現(xiàn), 它的含量常被作為判斷膜脂過氧化作用的一種主要指標15. 諸葛菜葉片在水分脅迫下,

14、膜透性上升, 丙二醛含量, 自由基產(chǎn)生速率都明顯增加, 并且膜透性增大與O 21-產(chǎn)生速率、MDA 含量的上升呈顯著的正相關(guān), 表明水分脅迫造成諸葛菜葉片的膜損傷, 這種損傷是由于膜脂過氧化作用的結(jié)果. 植物細胞中活性氧的清除主要是通過抗氧化酶和抗氧化物質(zhì)擔負. 在保護酶系中S OD 能將O 21-清除為H 2O 2, 而POD , C AT 可把H 2O 2變?yōu)镠 2O , 由于它們協(xié)調(diào)一致的作用, 可使活性氧維持于一個較低水平15. 試驗表明, 諸葛菜葉片在水分脅迫下, S OD 活性先隨水分脅迫強度的增加而上升, 在達到重度脅迫時活性則下降, 這與張木清等16在甘蔗葉, 蔣明義等15在水

15、稻中觀察到的結(jié)果相似. 這可能是在一定強度脅迫下, 一定量的O 2-積累誘導諸葛菜葉片S OD 酶活性提高, 以適應(yīng)脅迫的影響, 但過度干旱則可能抑制S OD 酶的活性, 使其降低. 諸葛菜葉片的POD 活性變化有與S OD 相似的趨勢, 這可能與S OD 是POD 的協(xié)同保護酶有關(guān). AsA 是植物體內(nèi)重要的抗氧化劑之一, 它可還原O 21-, 清除1OH , 猝滅1O 2及歧化H 2O 2, 還可再生V E 17. 在水分脅迫下, 植物體內(nèi)AsA 的降低是一種普遍現(xiàn)象17, 諸葛菜葉片的AsA 同樣也出現(xiàn)了降低. 盡管諸葛菜葉片S OD , POD 活性在輕度脅迫、中度脅迫時上升, 表現(xiàn)出

16、一定適應(yīng)能力, 但葉片的膜透性、MDA 含量和O 21-產(chǎn)生速率并未有所降低, 這可能是由于諸葛菜的清除活性氧的能力有限, 使活性氧仍保持較高水平; 另外單一的抗氧化酶或抗氧化物不足以抵御水分虧缺誘導的氧化傷害, 需要整個防御體系的協(xié)調(diào)配合. 由于AsA 具有多種氧化功能, AsA 水平的降低可作為植物抗氧化能力總體衰退的指標18, 在水分脅迫下, 諸葛菜葉片的AsA 含量的急劇降低也可能代表諸葛菜葉片的整個抗氧化能力的降低, 因而導致膜脂過氧化加劇, 膜系統(tǒng)受傷.Ca 2+在生理學上有防止膜損傷和滲漏, 穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)和維持膜的完整性等方面的作用19, 干旱脅迫下維持細胞的完整性需要更高的Ca

17、2+濃度20. 在試驗中, 水分脅迫下諸葛菜葉片Ca 2+含量迅速的增加除了對維持細胞膨壓起著滲透調(diào)節(jié)作用外, 可能對減輕膜脂過氧化所造成的膜損傷和滲漏, 維持膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性還具有重要的適應(yīng)性意義.總之, 諸葛菜盡管在滲透調(diào)節(jié)能力以及膜保護體系方面對水分脅迫具有一定的適應(yīng)性, 但這種適 第1期李莉等:諸葛菜對水分脅迫的生理生化反應(yīng)和調(diào)節(jié)適應(yīng)能力應(yīng)能力有限, 正說明它是一種中生性植物, 故諸葛菜應(yīng)栽培于較濕潤的環(huán)境中.參考文獻1肖龍, 羅鵬. 諸葛菜的研究現(xiàn)狀與開發(fā)前景. 西北植物學報, 1994, 14(3 :2372412李新華. 諸葛菜的營養(yǎng)成分及作為新型蔬菜的評價. 植物資源與環(huán)境, 1

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