逆境对玉米幼苗生理生化指标的影响

温度对玉米幼苗生理生化指标的影响董向兵(农业与生物技术学院生物科学121)摘要对植物产生伤害的环境称逆境，又称胁迫。常见的逆境有寒冷、干旱、高温、盐渍等。此次试验研究了高温与低温胁迫对玉米幼苗叶片生理生化指标所产生的影响。结果表明,相比于完全营养液培养的玉米幼苗，低温和高温胁迫都使得玉米幼苗过氧化物酶活性增加，脯氨酸含量增多，电导率增加，细胞膜透性增大，叶绿素含量降低。关键词玉米幼苗高温与低温胁迫生理生化指标植物细胞膜起调节控制细胞内外物质交换的作用，它的选择透过性是最重要的功能之一。当植物遭受逆境伤害时，细胞膜会受到不同程度的损坏，膜的透性增加，选择透过性丧失，细胞内部分电解质外泄。这样当如盐类，有机酸等电解质进入蒸馏水的环境介质中，则会使电导率增大。在植物胁迫处理过程中，脯氨酸含量会增加，叶绿素含量会下降，这也可以作为测量的指标。过氧化物酶是植物体内普遍存在的、活性较高的一种酶，它与呼吸作用、光合作用以及生长素的氧化都有密切关系，因此，测量过氧化物酶活性也可以反映出逆境对植物生理生化的影响。一材料与方法将培养的玉米幼苗分别经低温，高温处理，将经低温处理的标记为处理1,高温处理的标记为处理2，分别取完全营养液组，处理1组，处理2组的若干叶片作为实验材料，测定以下指标。1植物细胞膜透性的测定(1)用打孔器分别完全营养液组，处理1组，处理2组的叶片上各取30个小圆片，在打孔过程中尽量避开主脉。（2）取处理1，处理2的叶片各0.2g,取完全营养液组的叶片各0.2g(两份)依次分别放入1.2.3.4四只试管中，每个试管加10ml蒸馏水。（3）将1号(处理1),2号（处理2）,3号（完全营养液组1）试管用真空泵抽气20-30分钟，然后缓慢放入空气，取出试管。将4号（完全营养液组2）试管称重封上保鲜膜于沸水浴中煮沸10分钟，取出称其重量，加蒸馏水回复其重量。然后将1,2,3,4,号试管室温下浸提1小时左右，期间经常摇动。用电导仪分别测定4个试管中的电导率，同时测定蒸馏水（空白）的电导率。2脯氨酸含量的测定（1）用100ug/ml脯氨酸配置成0,0.25,0.5,0.75,1,1.25,1.5，1.75,2,2.25,2.5ug/ml的标准溶液，取标准溶液各2ml依次加到0-10号试管，再加2ml3%磺基水杨酸，2ml冰醋酸，4ml2.5%酸性茚三酮置沸水浴中显色1小时，冷却后加入4ml甲苯，静置分层，吸取红色甲苯相，以0号管为对照在波长520nm处测定OD值，以OD值为纵坐标，脯氨酸含量为横坐标绘制标准曲线，求线性回归方程。（2）取植物叶片0.5g,剪碎加入5ml3%磺基水杨酸于试管中，在沸水浴中提取10分钟，冷却取上清液待测。取2ml上清液，分别加入2ml蒸馏水，2ml冰醋酸和4ml2.5%酸性茚三酮进行显色，萃取和比色，最后从标准曲线查得脯氨酸含量。3过氧化物酶活性的测定（1）提取粗酶液：称取植物叶片1g,加5ml20mm/l磷酸二氢钾研磨成匀浆，以4000r/min离心15分钟，收集上清液保存在冷处，残渣再用5ml磷酸二氢钾提取一次，合并两次上清液。（2）取光径1cm比色杯2只，于1只加入反应混合液3ml20mm/l磷酸二氢钾1ml，作为较零对照，另一只加入反应混合液3ml，上述酶液1ml，立即秒表计时，于分光光度计470nm波长下测定OD值，每隔一分钟读数一次，以每分钟OD变化值表示酶活性的大小。4叶绿素的提取和含量测定（1）称取植物叶片0.5g,放入研钵，加少量石英砂，碳酸钙粉及3ml80%丙酮研磨成匀浆，再加10ml80%丙酮继续研磨至组织变白，并静置5分钟。取滤纸一张，置漏斗中用80%丙酮润湿，沿玻璃棒把提取液倒入漏斗中，过滤到25ml的棕色容量瓶中，再用80%丙酮冲洗研钵，研棒及残渣数次，最后连同残渣一起倒入漏斗中，用80%丙酮定容至25ml，摇匀。（2）将上述的提取液倒入光径1cm的比色杯中，用80%丙酮为空白，分别在波长663nm,645nm,470nm下测定吸光度，根据公式计算出叶绿素含量。二结果与分析1电导率的测定完全营养液煮沸组的叶片重0.202g,抽真空的重0.201g,低温处理的重0.200g,高温处理的重0.197g分组电导率uS/cm电解质的相对外渗率蒸馏水（空白）50.51完全营养液，煮沸199.72完全营养液抽真空71.213.87%3低温处理80.720.24%4高温处理89.926.41%2.脯氨酸含量的测定脯氨酸含量标准曲线y=0.3846x-0.0452R2=0.9914-0.200.20.40.60.810123脯氨酸含量吸光度吸光度线性(吸光度)营养液组处理1处理2重量0.493g0.508g0.500g吸光度值0.1480.0810.090脯氨酸含量0.5230.320.353.过氧化物酶活性的测定重量比色杯号1min2min3min每分钟OD变化值1.081g营养液组3.0003.1723.1000.1121.031g处理13.0673.0102.9580.05250.986g处理22.9352.9583.1000.08354叶绿素含量的测定重量组别A663A645A470叶绿素a含量叶绿素b含量类胡萝卜素含量0.192g营养液组1.8261.7212.26017.4625.461.9420.194g处理10.9320.9021.1948.8513.471.0290.201g处理20.5770.5451.1775.518.071.396分析：1.电导率的测定根据以下图表可清晰地看出，低温和高温都使得玉米细胞的电导率和电解质的相对外渗率增大，这是因为低温和高温都会使质膜受到不同程度的损伤，其表现为细胞膜透性的增大，细胞内部分电解质外渗，使外液电导率增大。细胞膜透性越大，表示受伤愈重，抗性愈弱。2.脯氨酸含量的测定植物在正常条件下，游离脯氨酸含量很低，但遇到高温低温等逆境时，游离脯氨酸便会大量积累，并且积累指数与植物的抗逆性有关。但此次试验中脯氨酸的含量完全营养液组的为0.523,处理1组的为0.32，处理2组的为0.35，逆境条件下，脯氨酸含量却呈现下降趋势，这可能是因为在逆境处理时外界其他因素太多，或者在测量时出现了一定的错误。3.过氧化物酶活性的测定玉米幼苗受到逆境环境影响时，过氧化物酶可作为活性氧防御物质，消除体内产生的过氧化氢的毒害，可通过提高其酶活性参与玉米叶片对逆境的适应。但此次试验结果却与之相反，表现为过氧化物酶活性降低，原因可能是短时间内的温度处理对过氧化物酶活性的影响不大。4叶绿素含量的测定051015202530完全营养液处理1处理2叶绿素a含量叶绿素b含量类胡萝卜素含量据上图可看出，与完全营养液组相比较，低温和高温都使得玉米叶片叶绿素含量的降低。低温影响了叶绿素合成有关酶的活性，且影响了叶绿素的合成和降解速率，使得降解速率大于合成速率，造成叶绿素含量降低。高温直接破坏了叶绿体的结构，并通过诱导某种物质的产生直接破坏叶绿素，使其含量降低。三讨论逆境是指对植物生长和发育不利的各种环境因素的总称，又简称胁迫，而低温高温则是田间生产玉米常见的一种胁迫，逆境对植物的伤害主要表现在细胞。细胞脱水，膜系统受破坏，酶活性受影响，从而导致代谢紊乱。有些植物在长期的适应过程中形成了各种各样的适应逆境的本领，在生理上，以增加渗透物质调节物质脯氨酸的含量，提高保护酶过氧化物酶的活性等方式对逆境进行适应。植物细胞膜对维持细胞的微环境和正常的代谢起着重要作用，当玉米幼苗受到逆境影响时，如高温，低温，细胞膜遭到破坏，膜透性增大，从而使细胞内的电解质外渗，外液电导率增大。细胞膜透性变得越大，表示受害越严重，抗性越弱。[1]玉米叶片在逆境条件下，体内的游离脯氨酸的含量会积累，积累指数与植物的抗逆性有关。叶片在胁迫下细胞失水，通过提高体内脯氨酸的含量，增加了细胞液的浓度，对细胞起保护作用，因此脯氨酸可作为渗透调节物质，此外脯氨酸也可以通过保护蛋白质分子，作为活性氧的清除剂以及从胁迫条件下恢复时，作为碳氮的一种快速补偿来源等调节方式参与对逆境的适应过程。[2]过氧化物酶是植物体内普遍存在，活性较高的酶，其活性与植物的代谢强弱及抗寒，抗病生理有一定关系。玉米幼苗受到逆境环境影响时，过氧化物酶可作为活性氧防御物质，消除体内产生的过氧化氢的毒害，[3]可通过提高其酶活性参与玉米叶片对逆境的适应。逆境条件下，玉米体内的叶绿素含量降低。低温影响了叶绿素合成有关酶的活性，且影响了叶绿素的合成和降解速率，使得降解速率大于合成速率，造成叶绿素含量降低。高温直接破坏了叶绿体的结构，并通过诱导某种物质的产生直接破坏叶绿素，使其含量降低。[4]【参考文献】[1]王学奎主编，植物生理生化实验原理和技术第2版，高等教育出版社，2006年版[2]陈雅君，崔国文，低温对苜蓿体内脯氨酸含量的影响，中国农学通报，1996[3]郑国华，张贺英，低温胁迫对枇杷幼果细胞超微结构及膜透性和保护酶活性的影响，热带作物学报，2008年12月第29卷[4]植物生理学通讯，2010年04期