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超重力处理对黑大豆幼苗生理生化特性的影响



全 文 :J.SHANXI AGRIC.UNIV.(Natural Science Edition)
学报(自然科学版)2013,33(6) 003077
收稿日期:2013-09-11   修回日期:2013-09-24
作者简介:段国锋(1978-),男(汉),讲师,在读博士,研究方向:园艺产品育种及采后生理。
超重力处理对黑大豆幼苗生理生化特性的影响
段国锋1,李丽娟2,王争争3,王如福4
(1.山西农业大学 园艺学院,山西 太谷030801;2.山西农业大学 信息学院,山西 太谷030800;
3.山西省生物研究所 山西 太原030000;4.山西农业大学 食品科学与工程学院,山西 太谷030800)
摘 要:以黑大豆种子为试验材料,在不同超重力及时间处理下,研究绿素含量、游离脯氨酸含量、过氧化物酶活性、超
氧化物歧化酶活性等生理指标。结果显示,超重力处理后,与对照相比黑大豆的叶绿素a、b及叶绿素含量均及显著高
于对照,叶绿素a、b及叶绿素含量均以2000×g,60min处理最高;超重力处理后,游离脯氨酸含量均极显著低于对
照;超重力处理后,POD活性及SOD活性则均极显著高于对照,POD活性以1000×g,40min为最高;SOD活性则以
1000×g,60min为最高。
关键词:黑大豆;超重力;生理生化指标
中图分类号:S129  文献标识码:A  文章编号:1671-8151(2013)06-0506-04
Effects of Hypergravity on the Physiological and Biochemical Characteristics of Black Soybeans
Duan Guofeng1,Li Lijuan2,Wang Zhengzheng3,Wang Rufu4
(1.College of Horticulture,Shanxi Agricultural University,Taigu Shanxi 030801,China;2.College of Informa-
tion,Shanxi Agricultural University,Taigu Shanxi 030800,China;3.Biology Institute of Shanxi,Taiyuan Shanxi
030000,China;4.College of Food Science and Engineering,Shanxi Agricultural University,Taigu Shanxi
030801,China)
Abstract:In this study,the contents of chlorophyl and free proline,and the activities of peroxidase and superoxide dis-
mutase were detected in black soybean treated with three kinds of super gravity conditions in different exposure times.
The results showed that compared with the control group,hypergravity significantly increased the content of chloro-
phyl a and b in black soybean and chlorophyl content,which got the highest level with the gravity at 2000×g,for 60
min.In contrast,the free proline content decreased significantly compared with the controls.The activities of POD and
SOD in treatment groups were significantly higher than those in control group.The highest levels of POD and SOD ac-
tivities were observed when the hypergravity treatment reached at 1000×g for 40min,and 1000×g for 60min,re-
spectively.
Key words:Black soybean;Hypergravity;Physiological and Biochemical Indexes
  黑大豆(Glycine max(L.)Merr)为豆科植物
大豆的干燥种子[1],食药两用,我国各地均有栽培,
尤以山西、河北、陕西较多,资源优势明显[2]。我国
中医学认为,黑大豆色黑入肾,具有乌须黑发、滋阴
润燥、健脑益智、益寿延年之功[3]。
超重力(Hypergravity)是指在大于地球重力
加速度(9.8m·s-2)的环境下物质所受到的力(包
括引力或排斥力),利用超重力原理而创造的应用
技术称为超重力技术[5]。Soga和 Martzivanou等
通过超重力处理拟南芥、玉米、小萝卜、黄瓜和红豆
的研究发现,超重力在个体形态水平对植物幼苗的
影响主要是抑制幼苗胚轴的伸长[6~12]。Bacon和
Garcia等报道指出[13~15],植物对超重力的反应系
统不是其重力感受系统,而是位于胞质的机械力感
受系统。Kittang等研究发现,在8000个拟南芥基
因中,超重力处理后有177个基因表达发生了变
化[16]。我国最初研究的是利用离心力对作物种子
进行处理,研究离心后种子的酶及结构特性的改
DOI:10.13842/j.cnki.issn1671-8151.2013.06.015
变,如离心力对蚕豆叶片质外体汁液中磷酸己糖异
构酶活力的影响[17]。可见,超重力处理可能引发
植物在形态水平和细胞分子水平的变化。
受到微重力的启发,且我国在利用超重力选育
大豆新品种方面的研究较少,因此,研究不同超重力
和不同时间作用下,黑大豆的生理生化指标的变化,
以期为超重力育种提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 试验材料
黑大豆种子为山西农业大学大豆遗传育种中
心购得。
1.1.2 主要试验仪器
PRZMOR多功能离心机,紫外分光光度计,恒
温水浴锅,恒温光照箱、电子天平、移液管、研钵、漏
斗、滤纸、烧杯、容量瓶、移液枪、离心管、玻璃棒、铝
试管架等。
1.1.3 主要试验试剂
磷酸氢二钠,磷酸二氢钾、甲硫氨酸,氮蓝四唑
(NBT)、核黄素、乙二胺四乙酸二钠、聚乙烯吡咯
烷酮、三羟甲基氨基甲烷(Tris),愈创木酚,浓
HCl、茚三酮,磺基水杨酸和95%乙醇等,均为分析
纯试剂。
1.2 方法
1.2.1 种子处理
将购买的黑大豆种子清洗数次后,用清水浸
泡,待种子吸胀,将种子置于离心机中用1000×g、
2000×g、4000×g的超重力分别处理20、40和60
min。对照组(CK)是未作超重力处理的种子。处
理完毕后的种子播于苗盘中,置于25℃恒温光照
培养箱,正常管理。
1.2.2 生理生化指标的测定
待出苗后第25天,随机剪取不同部位的叶片
进行生理生化指标的测定。叶绿素含量的测定采
用分光光度计法。脯氨酸含量测定、过氧化物酶活
性测定、超氧化物歧化酶活性测定,均采用李合
生[18]的方法,略有改进。
1.2.3 数据处理
数据用SAS8.0统计分析软件处理与统计分
析,数据表述为平均数±标准误。
2 结果与分析
2.1 超重力处理对黑豆幼苗叶绿素含量的影响
  不同超重力处理对黑豆幼苗叶绿素含量的影
响结果见表1。在2000×g,60min处理时叶绿素
含量最大,与其他处理的差异均达到极显著水平。
1000×g,20min和2000×g,60min处理时,叶绿
素a含量与对照的差异极显著。4000×g,60min
处理与对照相比叶绿素b含量差异显著升高,其余
处理与对照相比叶绿素b含量均极显著升高。
表1 不同超重力处理对黑豆幼苗叶绿素含量的影响
Table 1 The influence of hypergravity treatments on chlorophyl content of black soy bean seedlings
处理
Treatments
叶绿素a含量
Contents of
chlorophyl a
/mg·g-1
叶绿素b含量
Contents of
chlorophyl b
/mg·g-1
叶绿素含量
Contents of
chlorophyl
/mg·g-1
叶绿素a/b值
Chlorophyl a/b
CK  4.365±0.01d/B  1.665±0.01f/D  6.030±0.01fg/E  2.621±0.01a/A
1000×g  20min  4.868±0.01a/A  2.305±0.02c/B  7.173±0.03c/C  2.112±0.01b/B
1000×g  40min  4.672±0.01b/AB  2.093±0.02d/C  6.765±0.02d/CD  2.232±0.01b/B
1000×g  60min  4.697±0.02b/AB  2.403±0.01c/B  7.100±0.01c/C  1.954±0.02bc/BC
2000×g  20min  4.792±0.01ab/AB  2.714±0.02b/AB  7.506±0.03b/B  1.766±0.01d/C
2000×g  40min  4.506±0.01bc/AB  2.101±0.02d/BC  6.607±0.02de/D  2.145±0.01b/B
2000×g  60min  4.954±0.01a/A  2.999±0.03a/A  7.953±0.02a/A  1.652±0.02de/CD
4000×g  20min  4.600±0.01b/AB  2.126±0.01d/BC  6.726±0.02d/CD  2.164±0.01b/B
4000×g  40min  4.655±0.01b/AB  2.167±0.03d/BC  6.822±0.02d/CD  2.148±0.03b/B
4000×g  60min  4.384±0.01d/B  1.849±0.01e/CD  6.233±0.02f/E  2.371±0.01b/AB
  注:不同小写字母表示在p<0.05上有统计学意义,不同大写字母表示在p<0.01上有统计学意义,表2同。
Note:Different lowercase letters indicate significant differentes as p<0.05,different capital letters indicate significant differentes as p<
0.01.The same as Table 2.
70533(6) 段国锋等:超重力处理对黑大豆幼苗生理生化特性的影响
2.2 超重力处理对黑豆幼苗其他生理生化指标
的影响
  不同超重力处理对黑豆幼苗其他生理生化指
标的影响见表2。
在1000×g,20min处理时游离脯氨酸含量最
大,与其他处理相比较均达显著水平。在1000×
g,20min、40min;2000×g,20min;4000×g,40
min处理条件下的植株与对照相比游离脯氨酸含
量显著升高,但与其他处理相比却无明显变化。
表2 不同超重力处理对黑豆幼苗生理生化指标的影响
Table 2 The influence of hypergravity treatments on the physiological and biochemical indices of black soy bean seedlings
处理
Treatments
游离脯氨酸含量
Free proline contents
/μg·g-1FW
过氧化物酶活性
POD activities
/μg·g-1FW·min-1
超氧化物歧化酶活性
SOD activities
/U·g-1FW·h-1
CK  217.72±16.64a/A  6.39±0.20e/C  409.26±8.08d/D
1000×g  20min  158.18±8.54b/B  8.98±0.45c/AB  494.44±10.45b/B
1000×g  40min  104.81±4.90de/C  9.98±0.29a/A  503.70±10.52b/B
1000×g  60min  131.22±10.13c/B  8.48±0.11d/AB  555.56±14.54a/A
2000×g  20min  84.59±4.05e/CD  9.64±0.25b/A  500.00±11.73b/B
2000×g  40min  98.63±1.69de/C  9.04±0.38c/AB  474.07±6.63bc/B
2000×g  60min  93.58±6.08de/C  9.43±0.33b/A  440.74±10.13c/BC
4000×g  20min  110.99±4.49d/BC  9.43±0.31b/A  324.07±3.85e/E
4000×g  40min  94.14±4.49de/C  9.66±0.69b/A  396.30±8.67d/D
4000×g  60min  81.22±2.81e/CD  8.43±0.16d/AB  412.96±14.12d/CD
  1000×g,60min处理的POD活性最高,与其
他处理相比差异显著。与对照组相比,1000×g,
20min处理显著降低,2000×g,20min处理POD
活性没有明显变化,其余各处理均显著升高。
在2000×g,20min处理时SOD活性最高,
与其他处理的差异达到极显著水平。与对照相比,
经1000×g,20min处理活性降低但不显著,而
1000×g,40、60min与2000×g处理组SOD活性
显著增高,4000×g,40、60min处理组SOD活性
降低且4000×g,40min处理显著降低。结果说
明,较大的超重力和合适的处理时间可以提高植株
的SOD活性。
3 结论与讨论
叶绿素在光合作用中起着吸收光能的作用,其
叶绿素含量越高,利用光能合成的有机物质就越
多,越有利于细胞的组织构建。旺盛的代谢过程对
植物抵抗逆境比较有利。超重力处理后,黑大豆的
叶绿素含量都高于对照,说明对其采取一定范围内
的超重力有利于黑大豆叶绿素的合成,增强其合成
有机物的能力,进而增强其对逆境的抵抗能力。
研究认为,高等植物在逆境条件下常通过产生
丰富的游离脯氨酸来提高植物对逆境的抵抗能
力[17,20],植物的抗逆性与游离脯氨酸含量的变化
存在相关性[21]。本试验结果表明,适合的超重力
处理可以提高黑大豆植株的抗逆性,其中1000×
g,20min是最适合的处理条件。SOD和POD是
植物膜脂过氧化防御系统的保护酶,其活性水平的
变化,可以反映细胞内保护酶类在活性氧产生和清
除之间的调控关系。POD普遍存在于植物的所有
组织中,其活性与植物的代谢强度及抗寒、抗病能
力有一定关系,故常以其变化来衡量植物的抗性变
化[22]。SOD能催化超氧阴离子自由基的歧化反应
并清除它[23],黑大豆1000×g,40min、60min,
2000×g、4000×g,20min处理组内较强的SOD
活性使活性氧维持在一个较低水平,从而减轻活性
氧对细胞膜系统的伤害,保持了膜的完整性,说明
较强的超重力及适宜的时间处理有利于提高其
SOD的活性。
805 山 西 农 业 大 学 学 报(自然科学版) 2013
参 考 文 献
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