植物对低温影响的研究

植物对低温胁迫生理适应的研究（东北农业大学生命科学学院）摘要当环境温度持续低于植物正常所需温度时，温度对植物形成低温胁迫，对植物的生长、发育和生存造成严重影响。植物遭受低温逆境胁迫时，从感受低温信号到发生一系列生理生化反应和调节基因表达，进而产生抗寒能力。本实验采用低温胁迫的实验方法，对三种玉米幼苗（久龙、九单、利禾）进行了低温胁迫处理。通过对其幼苗叶片中的叶绿素含量，过氧化氢酶活性的测定，植物细胞质膜透性，来了解玉米幼苗对低温胁迫的生理响应和各指标的变化规律、各种幼苗之间对低温胁迫生理适应的不同。关键词：低温胁迫；玉米幼苗；利禾；久龙；九单；过氧化氢酶；叶绿素；电导率Abstract:Whentheenvironmenttemperatureislowerthantheplantsneedtonormaltemperature,thetemperatureoflowtemperaturestressontheformationofplant,theseriouseffectsofplantgrowth,developmentandsurvival.Plantssufferfromtheadversitystressoflowtemperatureandfromfeelinglowtemperaturesignaltoproduceaseriesofphysiologicalandbiochemicalreactionandregulationofgeneexpression,thushavingfightcoldability.ThisexperimentUSEStheexperimentalmethodoflowtemperaturestress,thethreekindsofmaizeseedlings,forthelowtemperaturestresstreatment.Throughthechlorophyllcontentofleaves,thedeterminationofcatalaseactivity,plantcytoplasmicmembranepermeability,tounderstandthephysiologicalresponseofmaizeseedlingstolowtemperaturestressandthevariationlawofeachindex,avarietyofphysiologicaladaptationtolowtemperaturestressindifferentbetweenseedlings.Keywords:thestressoflowtemperature;Cornseedling;Thecrops;Kowloon;Jiudan;Catalase;Chlorophyll;Electricalconductivity引言低温胁迫是影响植物生长、发育和地理分布的重要环境限制因素之一。低温胁迫对植物的影响主要体现在酶活性、膜系统、细胞失水等，导致细胞代谢紊乱，甚至是细胞死亡。而某些植物在长期适应过程中逐渐形成各种抗寒本领，如形成胁迫蛋白、增加渗透调节物质，提高保护酶活性等方式来提高植物（细胞）对低温胁迫抗性。环境温度的改变影响着植物的生长发育和各种生理生化指标和植物抗寒性。而温度的改变则引起植物的各种生理生化指标的改变来抵抗环境温度的胁迫，植物对零上低温的耐受性称抗冷性。研究低温胁迫对植物的影响，探索植物抗寒性的生理机制，不仅在基础理论上具有重要意义，在解决生产实际问题上也具有广泛的应用价值。采用电导仪法测定材料的外渗电导率。蒸馏水电导率为S0，煮沸前电导率为S1，煮沸后电导率为S2，低温处理叶片的相对电导率为Lt，对照叶片的相对电导率为Lck。相对电导率L=(S1-S0)/(S2-S0)采用愈创木酚法测定材料的过氧化氢酶的活性。反应时间内吸光值内变化为△A470，植物组织鲜重为W，反应时间（15min)为T，提取酶总体积为V，测定时取用酶液体积为Va。以每分钟内△A470变化0.01为一个过氧化物酶活性单位（U)。可以得出：POD活性（U/min/mg.protein)=△A470×V×/(0.01W×Va×T)根据叶绿体色素不溶于水而溶于有机溶剂的性质，结合郎伯-比尔定律测定材料的叶绿体色素含量。叶绿素a、b在95%乙醇中最大吸收峰的波长分别为665nm和649nm，类胡萝卜素为470nm，叶绿素含量（mg/g）=（浓度（mg/L）×提取液总体积）/重量（g）×10001.实验用品1.1实验材料久龙、九单、利禾玉米种子1.2实验器具电热恒温培养箱；分光光度计；离心机；水浴锅；电导率仪1.3实验试剂TTC；乙酸乙酯；硫酸；磷酸缓冲液；丙酮或乙醇；碳酸钙粉；甲苯；Ca(ClO)2磺基水杨酸；冰乙酸等2.实验方法2.1幼苗培养精选久龙、九单、利禾玉米种子各300粒于烧杯中，用75%乙醇消毒10s，清水冲洗后再用5%Ca(ClO)2溶液浸泡10分钟，水洗3遍，再用蒸馏水浸种14到15小时。25摄氏度恒温箱催芽2天，每天水洗2遍。出芽后选整齐一致的萌发种子播种在砂子中，先浇透底水，播种后覆砂子1厘米厚，用塑料布覆盖保湿，出苗后去掉塑料布。每周浇水2到3次，浇完全培养液1次。待幼苗培养到4到5片真叶时挖出。2.2低温处理三种玉米幼苗分别分出一半放到4摄氏度处理24小时。另一半室温培养，作为对照。2.3生理指标测定3．实验结论和分析3.1实验结论3.1.1叶绿素含量叶绿素a叶绿素b叶绿素含量利禾24h11.040.170.1520.980.370.1731.040.270.16平均值1.020.270.16标准差0.030.080.0080h10.660.170.1020.700.180.1130.570.300.11平均值0.640.220.11标准差0.050.060.006表1-1利禾叶绿素含量图1-1叶绿素a叶绿素b叶绿素含量九单24h10.570.190.09520.560.300.1130.530.230.095平均值0.550.240.10标准差0.020.060.0070h10.480.130.07620.520.110.07930.530.100.079平均值0.510.110.078标准差0.030.020.001表1-2九单叶绿素含量结果图1-2叶绿素a叶绿素b叶绿素含量久龙24h10.840.340.1520.930.290.1530.890.330．15平均值0.890.320.15标准差0.080.0300h10.650.140.09920.770.170.1230.610.110.09平均值0.680.140.103标准差0.030.020.013表1-3九龙叶绿素含量结果图1-300.20.40.60.811.2利禾0h利禾24h久龙0h久龙24h九单0h九单24h叶绿素a叶绿素b叶绿素图1-4叶绿素含量：低温处理使细胞膜的通透性变大，叶绿素外渗，因此叶绿素含量升高，利禾变化最大，破坏程度较大。九单破坏程度较小。3.1.2POD活性利合24h对照1469.3365.22527.9394.63505.2422.6平均值500394.7标准差29.5467426328.70284539表2-1利禾POD结果0100200300400500600123平均值标准差24h0h图2-1利禾九单24h对照11489132921671.61671.6312651265平均值1475.21421.866667标准差203.6509759218.6299461表2-2九单POD结果020040060080010001200140016001800123平均值24h0h图2-2九单久龙24h对照11418.3783.8211291027.731109.11018.4平均值1218.8943.3标准差173.0583428138.2092978表2-3久龙POD结果02004006008001000120014001600123平均值标准差24h0h图2-3久龙02004006008001000120014001600对照组实验组POD值利禾久龙九单图2-4过氧化物酶活性：图中显示玉米幼苗经低温处理后过氧化物酶活性升高；由图中斜率可知，经低温胁迫九龙幼苗的POD活性变化最大，说明它对低温胁迫的抵抗力最强。其次是久龙，变化最小的是利禾。3.1.3电导率24h0h10.660.6220.670.6430.650.64标准偏差0.010.011547005平均值0.660.633333333表3-1-1利禾--20℃下外渗电导率结果00.10.20.30.40.50.60.70.8123标准偏差平均值24h0h图3-1-1利禾--20℃下外渗电导率结果24h0h10.240.1320.250.0930.250.17标准偏差0.0057735030.04平均值0.2466666670.13表3-1-2利禾常温下外渗电导率结果00.050.10.150.20.250.3123标准偏差平均值24h0h图3-1-2利禾常温下外渗电导率结果24h0h10.940.5720.920.5330.960.54标准差0.020.02081666平均值0.940.546666667表3-2-1久龙-20℃外渗电导率结果00.20.40.60.811.2123标准差平均值24h0h图3-2-1久龙-20℃外渗电导率结果24h0h10.290.1920.320.2130.30.19标准偏差0.0152752520.011547005平均值0.3033333330.196666667表3-2-2久龙常温外渗电导率结果00.050.10.150.20.250.30.35123标准偏差平均值24h0h图3-2-2久龙常温外渗电导率结果24h0h10.780.7120.750.730.750.73标准偏差0.0173205080.015275252平均值0.760.713333333表3-3-1九单-20℃外渗电导率结果00.10.20.30.40.50.60.70.80.9123标准偏差平均值24h0h图3-3-1九单-20℃外渗电导率结果24h0h10.250.1720.250.1530.250.18标准偏差00.015275252平均值0.250.166666667表3-3-2九单常温外渗电导率结果00.050.10.150.20.250.3123标准偏差平均值24h0h图3-3-2九单常温外渗电导率结果-20℃外渗电导率00.20.40.60.810h24h利禾久龙九单图3-4-1常温外渗电导率00.050.10.150.20.250.30.350h24h利禾九单九龙图3-4-2电导率：经低温处理后的幼苗电导率升高。由常温外渗电导率图中斜率可知，变化幅度：利禾久龙九单，经低温处理后植物细胞的细胞膜伤害程度依次减轻，说明抵抗寒冷的能力依次增强。3.2实验分析结果表明低温处理会使玉米幼苗的过氧化氢酶活性升高、叶绿素含量升高、电导率值增大。且过氧化氢酶活性变化幅度九单久龙利禾，叶绿素含量、电导率变化幅度利禾久龙九单。玉米萌发和生长发育的早期阶段对低温胁迫比成熟区要更敏感。低温胁迫会损害玉米幼苗细胞中线粒体的功能，从而降低呼吸活性，破坏电子传递的细胞色素途径等。叶绿素含量：叶绿素含量多少影响着对光能的吸收和转化。随着低温处理时间的增加，叶绿素含量会先减小后增大，由于本实验对幼苗低温处理了24小时，使植物细胞遭到迫害，细胞膜透性增大，使大量叶绿素外漏，导致测得的叶绿素含量比室温培养的幼苗叶绿素含量多。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，电导率是衡量玉米幼苗体内细胞内溶物扩散到细胞外的一项生理指标，也是衡量细胞组织的幼嫩程度和细胞质膜是否受到伤害的指标。低温胁迫下，植物细胞膜流动性降低，通透性增加，造成细胞内溶物质外渗，细胞受到的损伤越重，电导率越高，因