光胁迫对葡萄植株生长和生理特性的影响毕业作品.docx

光胁迫对葡萄植株生长和生理特性的影响毕业作品.docx

《光胁迫对葡萄植株生长和生理特性的影响毕业作品.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光胁迫对葡萄植株生长和生理特性的影响毕业作品.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

光胁迫对葡萄植株生长和生理特性的影响毕业作品

BIYESHEJI

光胁迫对葡萄植株生长和生理特性的影响

所在学院生物与环境学院

专业班级生物技术

学生姓名学号

指导教师职称

完成日期年月日

摘要

以一年生“鄞红”葡萄盆栽苗为材料，研究在1000、2000、3000、4000勒克斯（Lx）光照强度处理下对葡萄植株生长和生理特性的影响。

试验结果表明：

高光（4000lux）胁迫促进了植株根系的生长，与低光照强度（<2000lux）相比，可溶性蛋白质含量、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性均显著升高，丙二醛（MDA）含量增加不显著；在2000lux光强处理下，根系受到轻害；随着光强的降低，受害症状加重，可溶性蛋白含量先升后降而MDA含量显著上升；CAT、POD和SOD三种酶活性均先升后降；随着胁迫时间的延长，可溶性蛋白含量以及三种酶活性均出现不同程度的下降，MDA含量显著上升；低光强（<2000lux）胁迫显著阻碍了根系和地上部分的生长，根长、根表面积、根体积、根平均直径都随光照强度的增加而升高。

研究表明：

“鄞红”葡萄在高光强（4000lux）下能正常生长，在低光强（1000lux）条件下生长受阻直至死亡。

关键词：

光胁迫；“鄞红”葡萄；生长；生理指标

ABSTRACT

One-year-old"yinhong"grapespottedseedlingsweretakenasmaterialst-ostudytheeffectsofplantsgrowinggrapesandphysiologicalcharacteristicsinfluencein1000,2000,3000,4000（Lx）light.Theresultshowedthathighlig-hts（4000lux）stresswaspromotedthegrowthofrootsystem,andlowlightintensity（below2000lux）,comparedwithsolubleproteincontent,catalase（CAT）andperoxidase（POD）andtheactivitiesofsuperoxidedismutase（SOD）weresi-gnificantlyincreased,malondialdehyde（MDA）contentincreasedlittlesignifica-nt.TherootswereMinordamageunder2000luxlight.Withthereductionofl-ightintensity,sufferasymptomaggravating,solubleproteincontentswerein-cresedfirstandthendroppedbuttheMDAcontentsweretorisesignificantl-y.Atfirst,theactivitiesofCAT,PODandSODgoup,butfinallyalldesend.Withthestressgoon,solubleproteincontentsandthreeenzymeactivitiesw-ereindifferentdegreeofdecline,butthecontentsofMDArisesignificantly.I-nlowlight（below2000lux）stresshinderedtherootsystemandtheearthsi-gnificantpartofgrowth,rootlength,rootsurfacearea,rootvolumeandtherootmeandiameterwererisedwiththeincreaseoflightintensity.Thereserchshowedthat"Yinhong"grapescangrownormallyunderthehighlight（4000lux）,butwiththeconcentrationoflightincreased,theplantswouldbedamage-dandevendie.

Keywords:

Lightstress;"Yinhong"grapes;Growth;Physicalsigns

1前言

光是植物光合作用的基本能源。

光不足无疑会限制光合作用的快速进行。

但是，光过量也不是好事，会造成光胁迫,引起植物光合作用的光抑制，特别是在低温干旱或其它不良环境因素同时存在，或者当弱光下生长的植物被突然转移到很强的光下时，会引起光合机构的不可逆破坏[1]。

现今我国栽培葡萄大多趋于以非加温的日光温室和塑料大棚为主，光胁迫在葡萄生产中是一种较为普遍的逆境环境。

研究表明，低温弱光导致蔬菜作物生长停滞，产量下降，叶片叶绿素含量、淀粉含量、Rubisco活性、净光合速率以及光系统II（PSII）光合电子传递量子效率下降和可溶性糖含量、非光化学猝灭的上升[2-5]。

在低温弱光胁迫下，从PSII的电子传递到碳代谢的有关生理指标以及反映弱光利用能力的光补偿点很快出现规律性变化，PSII原初电子转换效率、荧光猝灭系数以及催化碳代谢的关键酶的活性受到限制[6]。

1.1国内外研究现状

有关弱光胁迫对作物影响的研究,国内外已有很多报道[7-11]。

虽然对于葡萄的研究在很多年前就开始了，但是都主要集中在干旱胁迫，水分胁迫，盐胁迫和高温胁迫。

陈丽等[12]通过研究表明干旱胁迫对葡萄光合作用、保护酶系统及显微结构有着重要影响，提出了现今葡萄干旱胁迫研究中的几个问题，同时也展望了有关研究的发展方向；罗海波等[13]通过对两年生结果的“赤霞株”葡萄的研究，得出了高温胁迫抑制了葡萄的生长和发育，降低了葡萄果实的产量和品质；房玉林、陈洁等[14]以两年生盆栽葡萄为材料，品种为丽珠，分别在50%、40%和30%的土壤最大田间持水量下进行水分胁迫后,测定其光合指标和光合色素含量的变化，研究表明，随胁迫时间的延长，净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）均呈下降趋势；葡萄光合能力随胁迫程度的加重而下降。

叶绿素含量随胁迫时间延长和程度加深而降低，叶绿素a/b的值较稳定,类胡萝卜素的变化幅度相对较小[14]。

随着环境的变化和科技水品的发展，人们发现光胁迫在葡萄的生产中也起着重要作用。

近年来，人们在植物对光胁迫响应与适应机制研究中的兴趣，已经由光合机构的光破坏转移到光破坏的防御。

在人口不断增长的今天，做到科研与生产有机结合，将光胁迫对葡萄生长和发育的影响应用于实践当中，对于21世纪的农业生产有非常重要的现实意义。

1.2本试验研究的目的和意义

在南方，尽管气温高，葡萄成熟上市早，但也存在上市集中的缺电。

另外，由于高温多雨、空气湿度大、光照不足，不但真菌病害严重、防治成本高，而且果实品质差，难以适应激烈的市场竞争，从而限制了优质葡萄在南方地区的大量发展[15]。

我国南方葡萄种植主要以大棚设施栽培为主，大棚内的光照强度与葡萄生长紧密相关。

本试验通过以一年生“鄞红”葡萄为材料，在不同的光照强度下观察葡萄的生长状况，从而得出该种葡萄幼苗生长的最适光强，为大棚设施栽培提供有力的科学依据。

2材料与方法

2.1实验材料与仪器设备

2.1.1实验材料

温室下1年生“鄞红”葡萄盆栽幼苗功能叶片选为原材料

2.1.2主要仪器和设备

表1主要仪器设备

仪器名称

型号

生产厂家

数显恒温水浴锅

HH-2

常州国华电器有限公司

真空干燥箱

DZF-6050

上海一恒科技有限公司

电子精密天平

AB-L

梅特勒－托利多仪器有限公司

台式冷冻离心机

3K30

上海实维实验仪器有限公司

叶绿素仪

SPAD-502

MadeinJapan

高速壹式离心机

TGL-18C

上海安京科学仪器厂

光合速率仪

PB0402

北京益康农科技与发展有限公司

可见分光光度计

V-1100D

上海美普达仪器有限公司

紫外可见分光光度计

UV-1600

上海美普达仪器有限公司

2.1.3实验试剂

本研究所采用的主要试剂如表2所示。

表2实验试剂一览表

试剂类型

规格

生产厂家

愈创木酚

分析纯

杭州中香化学有限公司

磷酸氢二钠

分析纯

国药集团上海化学试剂厂

磷酸二氢钠

分析纯

国药集团上海化学试剂厂

磷酸二氢钾

分析纯

天津市科密欧化学试剂有限公司

30%过氧化氢

分析纯

天津市博迪化工有限公司

氯化钠

分析纯

上海强顺化学试剂有限公司

硫代巴比妥酸

生化试剂

国药集团化学试剂有限公司

氢氧化钠

分析纯

浙江中星化工试剂有限公司

乙酸乙酯

分析纯

天津市博迪化工有限公司

氯代三苯基四氮唑

分析纯

国药集团化学试剂有限公司

琥珀酸

分析纯

国药集团化学试剂有限公司

考马斯亮蓝

高纯

南京建成生物工程研究所

核黄素

分析纯

上海朗瑞精细化学品公司

EDTA-Na2

分析纯

上海生物工程有限公司

聚乙烯吡咯烷酮

分析纯

上海展云化工有限公司

2.2实验设计

本试验时间为2011年06月25日～2011年08月05日，以1年生“鄞红”葡萄盆栽为试验材料。

2011年05月27日，在试验地选择了48株生长健壮、形态大小基本一致的葡萄幼苗，定植于直径12cm、高度15cm的塑料花盆中，每盆种1株葡萄幼苗。

每盆基质为3.5kg，基质为粘质壤土，含有机质22.1mg/kg，pH5.5，碱解氮30.6mg/kg，速效磷8.4mg/kg，速效钾85.3mg/kg。

移入实验室，人工气候室内，参数设置如表3所示。

表3主要参数

参数名称

参数值

光照时间

6∶30～18∶30

相对湿度

65％

温度

6∶30～18∶30时25℃；18∶30～6∶30时18℃

CO2

通风循环

定植4~5周待植株生长稳定后，即2011年06月25日将48株葡萄幼苗分成4组，每组12株共3个重复。

在人工气候室分别设置1000lux、2000lux、3000lux和4000lux光照强度对葡萄幼苗进行处理，以后每天固定在17∶00时浇100mL静置隔夜的自来水一次。

从2011年06月25日处理前开始第一次采样，每隔10天采样一次，即2011年07月03日，2011年07月13日，2011年07月23日，2011年08月02日共4次采样。

采样时随机选取2-3株葡萄于植株中部采取功能叶片，样本叶片采集后装入塑料袋并扎口，立即置于-80℃的冰箱保存备用。

分别测定可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量、过氧化氢酶（CAT）活性、过氧化物酶（POD）活性和超氧化物歧化酶（SOD）活性。

处理30天之后还需额外测定根系和叶片的形态特征。

2.3测定方法

2.3.1形态特征的观测

实验结束后，每个处理选取3株植株根系清洗干净，采用万深LA-S系列植物图像分析系统测定叶片和根的形态特征。

2.3.2叶绿素的测定

从每个处理12株葡萄幼苗中随机选取5株进行测定，测定时采用SPAD-502+PULS叶绿素仪测定植株中部功能叶片，得出每个处理总叶绿素含量的平均值。

2.3.3光合速率的测定

采用便携式光合蒸腾仪（北京益康农科技发与展有限公司）于中午10点至下午2点阳光充足条件下测定植株中部功能叶片的光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度和水分利用率，每个处理测定3株，计算出测量数据的平均值。

2.3.4丙二醛的测定

丙二醛含量测定采用硫代巴比妥酸法[16]。

取不同处理植株的中部叶片1.0g剪碎，加入10%三氯乙酸（TCA）2mL，在冰浴的研钵内研磨成匀浆，进一步加入8mLTCA充分研磨，匀浆以4000r/min离心10min。

上清液即为丙二醛提取液。

取两支试管，分别标为1管和2管。

1管中加入2mL提取液和2mL0.6%TBA液，混匀，在试管上加盖塞。

2管中加入2mL蒸馏水和2mL0.6%TBA液，混匀，在试管上加盖塞。

将试管放入沸水浴中煮沸10min（自试管内溶液中出现小气泡开始计时）。

取出试管冷却，3000r/min离心15min。

取上清液并量其体积。

以2管为空白对照测定532nm、600nm和450nm处吸光度。

根据测得的吸光度，按下列公式计算提取液中丙二醛的浓度。

C（μmol/L）=6.45（A532-A600）-0.56A450

根据下列公式得出样品中MDA含量

MDA（μmol/g）=MDA浓度（μmol/L）×提取液体积（mL）／（样品重量（g）×1000）

2.3.5可溶性蛋白含量测定

可溶性蛋白的测定采用考马斯亮蓝G-250染色法[16]。

2.3.5.1标准曲线的绘制

取6支试管，按表3加入试剂，摇匀，向各管中加入5mL考马斯蓝试剂，摇匀，并放置5mL左右，以0号试管为空白对照，在595nm下比色测定吸光度。

以蛋白质含量为横坐标，以吸光度为纵坐标绘制标准曲线。

表4绘制标准曲线的各试剂加入量

试剂

管号

0

1

2

3

4

5

标准蛋白质（mL）

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

蒸馏水量（mL）

1.00

0.80

0.60

0.40

0.20

0.00

蛋白质含量（μg）

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

2.3.5.2样品测定

（1）样品提取。

称取鲜样0.5g。

用5mL蒸馏水或缓冲液研磨成匀浆后，3000r/min离心10min，上清液备用。

（2）吸取样品提取1.0mL，放入试管中，加入5mL考马斯蓝试剂，摇匀，放置2min后在595nm下比色，测定吸光度，并通过标准曲线查得蛋白质含量。

2.3.5.3结果计算

样品中蛋白质的含量=（C×VT）/（VS×WF×1000）（mg/g）

式中：

C----查标准曲线值，μg

VT---提取液总体积，mL

WF---样品鲜重，g

VS---测定是加样量，mL

2.3.6超氧化物歧化酶的测定

超氧化物歧化酶的测定采用氮蓝四唑（NBT）法[17]。

称取不同处理的植株叶片（去叶脉）0.5g于预冷的研钵中，加1mL磷酸缓冲液在冰浴下研磨成浆，加缓冲液使终体积为5mL。

在4℃条件下10000r/min下离心15min，上清液为SOD粗提液。

取透明度好、质地相同的试管7支，5支为样品管，2支为对照管，按表5加入各溶液。

表5各溶液加入量

试剂（酶）

测定管用量（mL）

空白和对照管用量（mL）

0.05mol/L磷酸缓冲液

1.50

0.00

130mmol/LMet溶液

0.30

1.50

750µmol/LNBT溶液

0.30

0.30

100µmol/LEDTA-Na2

0.30

0.30

20µmol/L核黄素

0.30

0.30

酶液

0.05

Dn缓冲液0.05

蒸馏水

0.25

0.25

总体积

3.00

3.00

混匀后，给1支对照管罩上比试管稍长的双层黑色硬纸套遮光，与其他各管同时置于4000lx日光灯下反应15min（要求各管照光情况一致，反应温度控制在25~35℃之间，使酶活性高低适当调整反应时间）。

反应结束后，用黑布罩盖上试管，终止反应。

以遮光的对照管作为空白，分别在560nm下测定各管的OD值，计算SOD活性。

已知SOD活性单位以抑制NBT光化还原的50%为一个酶活性单位表示。

按下式计算SOD活性：

SOD总活性[u/g（FW）]=[（ACK－AE）×VT]/[ACK×0.5×FW×V1]

SOD比活力[u/mg（蛋白）]=SOD总活性/蛋白质含量

式中：

SOD总活性以酶单位每克鲜重表示

比活力单位以酶单位每毫克蛋白表示

ACK----照光对照管的吸光度

AE-----样品管的吸光度

VT-----样液总体积，mL

V1-----测定时样品用量，mL

FW----样品鲜重，g

蛋白质含量单位为，mg/g

2.3.7过氧化物酶的测定

过氧化物酶的测定采用愈创木酚比色法[18]。

称取植株叶片1g，剪碎，放入研钵，加适量磷酸缓冲溶液，冰浴上研磨成匀浆，以4000r/min离心15min，上清液转入100mL容量瓶中，残渣再用5mL磷酸缓冲溶液提取一次，上清液并入容量瓶中，定容至刻度，贮于低温下备用。

取光径1cm比色杯2支，于1只中加入反应混合液3mL和磷酸缓冲溶液1mL，作为对照。

另一只加入反应混合液3mL和上述酶液1mL，立即开启秒表记录时间，于分光光度计上测量波长470nm下吸光度值，每隔1min读数一次。

根据下列公式计算过氧化物酶活性

过氧化物酶活性[u/（g×min）]=（△A470×VT）/（W×VS×0.01×t）

式中：

△A470----反应时间内吸光度的变化

W----植物鲜重，g

VT---提取酶液总体积，mL

VS---测定时取用酶液体积，mL

t----反应时间，min

2.3.8过氧化氢酶的测定

过氧化氢酶活性的测定采用紫外吸收法[17]。

称取不同处理的植株根系细根0.5g置于研钵中，剪碎，加入2~3mL4℃下预冷的pH7.8磷酸缓冲液和少量石英砂研磨成匀浆后，转移至25mL的容量瓶中，用该缓冲液冲洗研钵数次，合并冲洗液，并定容至刻度。

混合均匀后将容量瓶置于5℃冰箱中静置10min，取上清液于4000r/min下离心15min，上清液即为过氧化氢酶粗提液，5℃下保存备用。

取10mL试管3支，其中2支为样品测定管，1支为对照空白管（将酶液煮死），按表6顺序加入试剂。

表6紫外吸收法测定H2O2样品液配制表

管号

S0

S1

S2

粗酶液（mL）

0.2

0.2

0.2

pH7.8磷酸（mL）

1.5

1.5

1.5

蒸馏水（mL）

1.0

1.0

1.0

25℃预热后，逐管加入0.3mL0.1mol/L的H2O2，每加完一管立即计时，并迅速倒入石英比色皿中，在240nm下测定吸光度，每间隔1min读数1次，共测4min，将3支试管全部测定完后，根据所测得的吸光度，按下式计算酶活性。

以每分钟A240减少0.1的酶量为1个酶活性单位（U）。

过氧化氢酶活性[U/（g·min）]=（△A240×VT）/（0.1×V1×t×FW）

式中：

△A240=AS0-（AS1+AS2）/2

AS0-----为加入煮死酶液的对照管的吸光度

AS1，AS2-----为样品测定管的吸光度

VT-----为提取酶液总体积，mL

VS-----为测定时所用酶液体积，mL

W-----为样品的鲜质量，g

t-----为从加H2O2开始到最后一次读数的时间，min

0.1-----为A240下降0.1时的1个酶活性单位，U

3结果与分析

3.1不同处理对葡萄生长的影响

从表7中可以看出，在不同的光照强度处理下，根长、根表面积、根体积以及根平均直径都随光强的增加呈现出上升趋势，在4000lux光强下，“鄞红”葡萄幼苗根系的根长、表面积、体积以及平均直径与前面光强相比有明显提高，特别比1000lux和2000lux光强下上升更显著，而在3000~4000lux光强条件下变化的趋势细小。

但在4000lux光强条件下，幼苗根系的根长、表面积、体积以及平均直径均是最大值。

表明，在4000lux光强条件下更适于葡萄幼苗的生长。

表7不同处理对葡萄叶片和根系生长状况的影响

处理条件

根

叶

长度（cm）

表面积（cm2）

体积（cm3）

平均直径（mm）

叶面积

叶片面积

叶柄面积

处理Ⅰ

509.798

152.819

6.3482

0.695

994.16

888.24

3.94

处理Ⅱ

805.156

213.2045

8.2314

0.759

1312.94

960.05

34.11

处理Ⅲ

832.87

249.7476

9.3031

0.842

1499.3

1495.36

32.63

处理Ⅳ

1087.293

266.0135

10.8274

0.895

1545.75

1513.12

424.7

3.2光胁迫对葡萄生理指标的影响

3.2.1叶绿素含量的影响

图1不同处理鄞红葡萄叶绿素含量的变化

从图1中可以看出，随着处理时间的增加4个处理中叶绿素含量都呈先上升后下降的趋势。

从光强下分析可以得出叶绿素含量随着光强的增加都呈上升趋势。

在4000lux光强的条件下叶绿素上升比在1000至3000lux光强条件下上升得明显，在处理20天时达到峰值。

在其他光强条件下，上升趋势不明显但在处理10天后达到最大值。

试验结束后：

在处理Ⅰ中，叶绿素含量下降了14.7%，处理Ⅱ下降了11.3%，处理Ⅲ下降了1.4%，处理Ⅳ上升了13.5%。

3.2.2不同处理对葡萄光合特性的影响

图2不同处理对鄞红葡萄净光合速率的影响

从图2中可以看出，在不同的光照强度处理下，4个处理的葡萄幼苗的净光合速率都是呈先上升后下降的趋势，而在处理Ⅳ，即4000lux光强条件下光合速率上升更加明显。

处理Ⅰ、处理Ⅱ和处理Ⅲ均在处理第十天达到最大值，之后均呈下降趋势。

试验的最后：

处理Ⅰ的净光合速率下降了56.6%，处理Ⅱ下降了43.8%，处理Ⅲ上升了2.2%，处理Ⅳ上升了22.5%。

图3不同处理对鄞红葡萄蒸腾速率的影响

从图3可以看出，随着光照强度的增加，4个不同处理的葡萄幼苗的蒸腾作用都呈上升趋势。

在相同光强条件下，随着处理时间的增加，蒸腾作用的变化呈上升趋势，试验结束后：

处理Ⅰ的蒸腾作用下降了9.8%，处理Ⅱ下降了8.7%，处理Ⅲ上升了9.0%，处理Ⅳ上升了31.7%。

图4不同处理对鄞红葡萄叶片气孔导度的影响

从图4可以看出，在不同光强的条件下，4个不同处理的葡萄幼苗的气孔导度都呈先上升后下降的趋势。

且4个处理均在处理10天后气孔导度达到最大值，之后，随着处理时间的增加都明显下降。

试验结束后：

处理Ⅰ下降了37.8%，处理Ⅱ下降了50.7%，处理Ⅲ下降了24.1%，处理Ⅳ上升了6.8%。

图5不同处理对鄞红葡萄胞间CO2浓度的影响

从图5中可以看出，随着处理时间的增加，葡萄幼苗的胞间CO2浓度先下降后上升再下降。

试验结束后：

处理Ⅰ下降了24.9%，处理Ⅱ下降了27.9%，处理Ⅲ下降了11.5%，处理Ⅳ下降了9.3%。

图6不同处理对鄞红葡萄水分利用率的影响

从图6可以看出，在1000-2000lux光强下，葡萄幼苗对水分的利用率呈先上升后下降的趋势。

在3000-4000lux光强下，葡萄幼苗的水分利用率呈上升趋势。

试验结束后：

处理Ⅰ下降了37.7%，处理Ⅱ下降了22.4%，处理Ⅲ上升了79.2%，