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植物生理学论文

干旱胁迫对植物生理生化指标的影响

云南师范大学生命科学学院应用生物教育B班

摘要：

干旱胁迫严重影响植物的生长、发育和繁殖等生命活动,也是人们研究最多的逆境因子之一。

干旱胁迫影响植物的形态结构和生理功能。

植物生物量、用水效率、光合系统、渗透调节能力、细胞膜的稳定性、抗氧化系统的防御能力及激素水平等指标的变化,常被用来判断植物抵御干旱胁迫的能力。

该文以小麦幼苗为实验材料，研究了干旱胁迫对小麦种子的发芽率，小麦幼苗中脯氨酸、丙二醛（MDA）、过氧化氢、抗氧化酶（POD、PPO）、GSH、ASA含量的影响。

关键词：

干旱胁迫、小麦幼苗、生理生化指标

Abstract：

Severedroughtstresscaneffectsthedevelopmentandreproductionofplantsandotherlifeactivities,thereforepeoplestudyitlargely..droughtstresseffectsmorphologyandphysiologicalfunctionsofplants.Plantbiomass,wateruseefficiency,photosyntheticsystems,osmoticadjustmentability,changesinstabilityanddefensecapabilities,andhormonelevels,suchasthecellmembraneantioxidantsystemindicators,oftenbeusedtodeterminetheabilityofplantsthatwithstanddroughtstress.Inthispaperwheatseedlingsareactedasexperimentalmaterialstostudydroughtstressonwheatseedgermination,seedlingwheatproline,malondialdehyde（MDA）,hydrogenperoxide,antioxidantenzymes（POD,PPO）,GSH,ASAcontent.

Keywords:

droughtstress,wheatseedling,thestandardofphysiologicalandbiochemica1.

引言：

植物常遭受的有害影响之一是缺水，当植物耗水大于吸水时，就使组织内水分亏缺。

过度水分亏缺的现象，称为干旱。

干旱可分为大气干旱和土壤干旱。

大气干旱如果长期存在，会引起土壤干旱。

土壤干旱时，植物生长困难或完全停止，受害情况比大气干旱严重。

我国西北、华北和东北的某些地区有土壤干旱。

我国农业每年受旱灾面积达2500多万平房千米。

小麦是我国北方地区的主要粮食作物，但是近几年随着气候的变化，小麦产量安全问题日益突出。

小麦的生长不仅受到自身遗传物质的控制，还受到众多环境因子的影响，如光、温、水和土壤营养物质等，而小麦生育后期干旱常常是限制我国北方地区小麦生长和发育的两个主要环境胁迫因子。

干旱对小麦的生理、生化都产生重要的影响，进而影响小麦的生长发育、产量和品质。

干旱对植物的影响：

植物在水分亏缺严重时，幼叶向老叶夺水，促使老叶死亡和脱落；胚胎组织把水分分配到成熟部位的细胞中去，使小穗数和小花数减少；灌浆时缺水，籽粒就不饱满，影响产量。

其次，缺水时，正常的膜双层结构被破坏，出现孔隙，会渗出大量溶质，膜的选择透性丧失，膜上的酶活性也丧失，因此造成代谢紊乱。

水对光合作用是必不可少的，缺水会导致光合作用速率下降。

最后由于溶质累积，而使渗透势下降。

参与渗透调节的物质有两大类：

一类是无机离子（尤其是钾离子），二是细胞内合成的有机物。

其中，高等植物中的渗透调节物质脯氨酸和甜菜碱，其中脯氨酸在抗旱性中起重要的作用。

在正常情况下，脯氨酸含量总是很低，但一遇到干旱或盐渍，脯氨酸含量可增加数十倍。

所以测定植物脯氨酸含量是验证干旱胁迫对植物生理生化指标的影响的方法之一，此外，还可以通过测定干旱植物和正常植物体内的MDA、过氧化氢、抗氧化酶、GSH、ASA含量来验证干旱胁迫对植物生理生化指标的影响。

已经证明了在逆境条件下脯氨酸的积累来抵抗植物对非生物胁迫的伤害，植物体内的抗氧化酶系统也能将伤害细胞的活性氧控制在可忍耐水平内，通过各种过氧化酶的协同作用，可以把细胞内产生的具有很强氧化活性的活性氧如O2-、H2O2、OH-等直接或间接地清除，防止了活性氧放大级联作用，保证了细胞内生命活动的正常进行。

丙二醛（MDA）是由于植物官衰老或在逆境条件下受伤害，其组织或器官膜脂质发生过氧化反应而产生的，对干旱也具有抵抗作用。

GSH作为生物体内主要的还原态硫之一，在生物体抵抗各种胁迫（冷害、干旱、重金属、真菌等）的过程中起着重要的作用，其含量水平的高低与植物对各种环境胁迫的忍耐程度密切相关。

近些年来，它在高等植物代谢过程中的生理作用，尤其是在植物抵御活性氧伤害过程中的作用及其与植物抗逆性关系的研究进展很快。

前人研究进展植物在正常生长情况下,活性氧的产生和清除处于动态平衡状态。

当植物在逆境条件下（如干旱胁迫）生长时,这种平衡被打破,体内负责清除活性氧的抗氧化系统能力下降,从而造成活性氧的大量积累,并引发或加剧膜脂过氧化作用,导致生物膜系统受损。

过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）、过氧化物GSH（谷胱甘肽）等能够有效地清除这些自由基,是酶促防御系统的重要组成成分。

干旱对小麦的生理、生化都产生重要的影响，进而影响小麦的生长发育、产量和品质。

因此，为了减小环境对小麦生产的影响，有必要从小麦的各项生理生化指标含量的变化，来研究干旱胁迫对小麦的影响，从而找到合适的方法来解决干旱胁迫问题，解决小麦生产安全问题提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料培养和处理

1.1.1种子发芽率的测定的材料培养和处理

小麦种子吸胀12h后即可用于实验。

1.1.2余下实验材料培养和处理

小麦种子吸胀12h，在湿润滤纸上培养7天，正常组即对照组继续正常培养，干旱组即实验组再干旱处理五天后用于实验。

1.2测定方法

1.2.1种子发芽率的测定

所采用的种子发芽率的测定方法是曙红染色法和TTC染色法。

凡是有生命活力的种子胚部，在呼吸作用过程中都有氧化还原反应，而无生命活力的种子胚则无此反应。

当TTC渗入种胚的活细胞内，并作为氢受体被脱氢辅酶（NADH2或NADPH2）上的氢还原时，便由无色的TTC变为红色的TTF【8】。

用曙红染色的，凡是全部着色或胚已着色的种子表示失去了生活力,播后不能发芽，生活力强的种子是不会着色的,因为活细胞具有半透性膜,可防止染料分子通过而不着色，死亡细胞,其壁膜失去半透性,染料分子易进入,使原生质着色。

各取50粒吸胀的小麦种子→沿胚的中心线切成两半（严格区分两个半粒），进行下列实验：

其中50个半粒进行TTC染色（30℃水浴20min）;另50个半粒进行曙红染色（室温染色10min）。

根据两种方法的染色情况，分别计算发芽率。

1.2.2脯氨酸含量的测定

用茚三酮法测定脯氨酸含量，在酸性条件下，茚三酮与脯氨酸反应生成红色化合物，在520nm下有最大吸收值。

分别取0.1g实验组和对照组的胚芽鞘→加入3mL3%磺基水杨酸（SSA）和少许石英砂→充分研磨→用2mL3%SSA洗研钵→5000rpm离心10min→上清液定容至5mL。

上清液各2mL→分别加入2mL冰乙酸和2mL茚三酮试剂→煮沸15min→冷却后→5000rpm离心10min→分别测定A520。

1.2.3MDA含量

用硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量【18】。

分别取0.1g实验组和对照组→加入3mL50mMPBS（pH=7.8）和少许石英砂→充分研磨→用2mLPBS洗研钵→5000rpm离心10min→上清液定容至5mL。

测定：

分别取上清液各2mL→加入0.6%TBA（用0.6%TCA配制）2mL→煮沸12min→冷却后→5000rpm离心10min→分别测定OD450和OD532.

计算公式：

OD450=C1×85.4

OD532=C1×7.4+155000×C2

求解方程得：

C1/（mmol/L）=11.71OD450

C2/（

mol/L）=6.45OD532-0.56OD450,式中，C1为可溶性糖的浓度，C2为MDA的浓度。

1.2.4H2O2含量测定用Ti（SO4）2法测定H2O2含量。

H2O2提取：

分别取0.5g实验组和对照组→加入3mL50mMPBS（pH=6.8，内含1mMHA）和少许石英砂→充分研磨→用2mLPBS洗研钵→5000rpm离心10min→上清液定容至5mL。

测定：

分别取上清液各3mL→加入0.1%Ti（SO4）2[用20%（v/v）H2SO4配制]1mL→摇匀→5000rpm离心10min→OD410

计算公式：

H2O2content=

（mmol.g-1FW）

1.2.5抗氧化酶活性的测定

用愈创木酚法测定POD活性，用邻苯二酚法测定PPO活性。

在有过氧化氢存在的条件下过氧化物酶能使愈创木酚氧化，生成茶褐色物质，可用分光光度计测量其含量，进而计算POD的活性。

多酚氧化酶能使邻苯二酚氧化生成醌，用比色法测量其产物的形成，进而计算出PPO的活性。

POD测定：

取POD反应混合液（10mmol/L愈创木酚，5mmol/LH2O2,用PBS溶解）3.00ml，加入酶液100ml（空白调零用PBS取代），立即记时，摇匀，读出反应3min时的A470。

PPO测定：

取PPO反应混合液（20mmol/L邻苯二酚，用PBS溶解）2.8ml，加入酶液0.2ml（空白调零用PBS取代），立即记时，摇匀，读出反应2min时的A410。

计算公式：

PODactivities=

（mmol.g-1FWmin-1）

PPOactivities=

（U.g-1FW）

1.2.6GSH（谷胱甘肽）的含量测定

用DTNB法测定GSH含量于Ellman试剂[5，5’—二硫双（2一硝基苯甲酸），DTNB]与巯基的反应【】。

作为巯基定量检测的方法，DTNB在pH=8．0的条件下与巯基反应，生成黄色物质在412nm处有强烈的吸收峰，根据吸光值的大小即可求得试样中的巯基含量。

分别取0.1g实验组和对照组的胚芽鞘→加入3mL5%三氯乙酸（TCA）和少许石英砂→充分研磨→用2mL5%TCA洗研钵→5000rpm离心10min→上清液定容至5mL。

测定：

上清液各1mL→分别加入1mL0.1MPBS（pH=7.7）→0.5mL4mMDTNB（用0.1MpH6.8PBS现配，空白用此PBS代替）→25℃5min→测定A412.

计算公式：

GSHcontent=

（

mol.g-1FW）

1.2.7ASA的提取

分别取0.1g实验组和对照组的胚芽鞘→加入3mL5%三氯乙酸（TCA）和少许石英砂→充分研磨→用2mL5%TCA洗研钵→5000rpm离心10min→量上清液体积。

测定：

上清液各0.8mL（空白用5%TCA代替）→分别加入0.8mL0.15MNaH2PO4（pH=7.4）和蒸馏水→摇匀→分别加入0.8mL5%TCA、44%磷酸和4%联吡啶→摇匀→加入3%FeCl