全 文 ：收稿日期:2007-04-22基金项目:国家粮食丰产科技工程项目(2004BA520A08-JS04)作者简介:郭洪雪(1976-),女 ,山东济南人 ,在读硕士 ,主要从事小麦高温胁迫研究通讯作者:宋希云(1961-),男 ,山东安丘人 ,教授 ,博士 ,主要从事作物遗传育种和分子生物学研究。
高温胁迫对小麦幼苗几个生理生化指标的影响
郭洪雪 ,宋希云 ,燕增文 ,裴玉贺 ,王海娟 ,刘兰浩
(莱阳农学院 生命科学院 ,山东 青岛　266109)
　　摘要:采用人工气候室控温 , 在大气相对湿度 40%的条件下 , 以 22℃为对照 , 在 32 , 36 , 40℃的高温胁迫条件下 ,对
烟农19二叶期小麦叶片内叶绿素含量 、超氧化物岐化酶总活力 、丙二醛含量和可溶性糖含量的变化规律进行了研究。
结果表明:随着胁迫处理时间的延长 , 叶片内叶绿素含量迅速降低 ,且随胁迫温度的升高 , 叶绿素降解率增大;超氧化
物歧化酶(SOD)活性及膜脂过氧化产物(MDA)含量呈现先上升后下降趋势;可溶性糖含量呈上升趋势 ,且随胁迫温度
的升高 ,可溶性糖含量升高幅度呈上升趋势。这些变化可能是由于高温胁迫造成细胞内膜系统损害所致。
关键词:小麦;高温胁迫;生理生化指标
中图分类号:S512.01　　文献标识码:A　　文章编号:1000-7091(2007)增刊-0071-04
Effects of Heat Stress on Several Physiological and Biochemical Indexes of Wheat
GUO Hong-xue ,SONG Xi-yun YAN Zeng-wen , PEI Yu-he ,WANG Hai-juan , LIU Lan-hao
(Life Science Department of Laiyang Agriculture College ,Qingdao　266109 ,China)
Abstract:Under the condition of high temperature(22℃(CK),32 ,36 ,40℃)and the atmospheric relative humidity
was 40%,physiological and biochemical indexes including the chlorophyll content , the Superoxide dismutase(SOD)activ-
ity , the Malondialdehyde(MDA)content and the soluble sugar content were studied by collecting the first leaves of wheat
Yannong 19 when the wheat is in double leaves period.As the result shows:with the extension of stress , the content of
chlorophyll drops quickly , furthermore ,with the rising of temperature , the rate of degradation of chlorophyll will increase.
Total activity of SOD and the content of MDA rise first then drop ,while the soluble sugar content rises all along.
Key words:Wheat;Heat stress;Physiological and biochemical indexes
　　干热风是小麦(Tritocum aestivum L.)生育后期
的一种常发性气象灾害 ,一般可使小麦减产 5%～
10%,个别严重时可达 20%以上。而我国又是高温
胁迫危害面积较大且较频繁的国家之一 ,因此 ,可以
通过对高温胁迫下植物体内一些生理生化过程的研
究 ,探询其变化机理 ,从而找到一些与抗热性关系密
切的指标 。研究小麦高温伤害及其生理生化指标 ,
将有助于采取相应措施减轻高温危害 ,为筛选抗高
温基因型植株提供有效的途径 。关于高温胁迫对作
物生理生化变化的影响 ,在黄姜[ 1] 、辣椒[ 2]等植物上
已有报道 ,但是 ,对小麦的等的研究主要集中在田间
自然温度或单一温度[ 3-11]不同处理时间的条件下 ,
而针对多温度及长时间温度处理的相对较少 。本实
试验以冬小麦烟农 19为材料 ,对不同温度下几个生
理生化指标的变化规律进行研究 ,以期阐明各指标
与小麦植株高温胁迫的关系 ,为小麦抗干热风育种
提供参考 。
1　材料和方法
1.1　供试材料和高温胁迫
1.1.1　材料　选用烟农 19为材料(山东省农科院
提供),在 22℃/16 h光照 , 18℃/8 h黑暗 ,相对湿度
为40%的条件下 ,在光照培养箱中培养至二叶期。
以 22℃为对照 ,分别在 32 ,36 ,40℃处理 1 , 12 ,24 ,36
h后 ,取完全伸展的第一叶的相同部位进行生理生
化指标的测定 。
1.1.2　测定方法　叶绿素含量用丙酮提取法进行
测定;SOD活性测定参照 Dhindsa[ 12] 的方法 ,略有改
动;MDA含量测定参照 Heath[ 13]的方法 ,略有改动;
可溶性糖含量参照蒽酮比色法。
华北农学报·2007 , 22(增刊):71-74
2　结果与分析
2.1　高温胁迫对叶绿素含量的影响
在上述条件下 ,对小麦叶片内叶绿素含量进行
了测定 ,结果见图 1。
图 1　高温胁迫对叶绿素含量的影响
Fig.1　Change of chlorophyll content under high tempreature
　　可以看出 ,高温胁迫下 ,叶绿素含量随着胁迫时
间的延长 ,开始迅速下降 ,与对照相比 ,在 32℃的高
温胁迫下 ,叶绿素含量在 1 , 12 , 24和 36 h胁迫处理
条件下 , 分别下降了 6.36%, 13.03%, 17.29%和
27.45%;36℃各胁迫处理则分别下降了 16.06%,
20.76%,30.27%和 43.21%;40℃各胁迫处理分别
下降了 20.65%, 35.02%, 49.62%和 63.76%。另
外 ,随着胁迫温度的提高 ,叶绿素降解率增大 ,以胁
迫处理 1 ,12 h为例 ,胁迫 1 h 时叶绿素在 32 ,36和
40℃的降解率分别为 6.36%,16.06%和 20.65%,胁
迫 12 h 时叶绿素的降解率则分别为 13.03%,
20.76%和 35.02%。
2.2　高温胁迫对丙二醛含量的影响
对高温胁迫下丙二醛含量变化趋势进行了研究
(图 2)。结果表明 ,小麦 MDA含量在受到高温胁迫
即在32 ,36 ,40℃的高温胁迫下随着处理时间的延长
先升高 , 在高温胁迫处理 12 h 后 ,开始下降。在
32℃高温胁迫下 ,丙二醛含量在胁迫 1 ,12 , 24和 36
h 时 , 分别 上升了 2.75%, 48.84%, 38.05%和
19.19%;36℃则分别上升了 10.11%, 75.86%,
53.31%和 34.94%;40℃胁迫处理分别上升了
20.73%,61.35%, 29.82%和 12.69%。丙二醛含量
在高温胁迫 1 h 时 ,随着处理温度的升高呈上升幅
度增大的趋势 ,但在 12 ,24和 36 h胁迫处理下 ,变化
趋势有所不同。在胁迫 12 h时 ,丙二醛含量在 32 ,
36和 40℃分别上升了 48.84%,75.86%和 61.35%,
而在 24 h则分别为38.05%,53.31%和 29.82%。36
h时丙二醛的下降趋势与 24 h一样 ,都是 40℃胁迫
下下降最快 ,32℃次之 ,36℃最慢 。
图 2　高温胁迫下丙二醛含量变化
Fig.2　Change of MDA content under
high temperature
2.3　高温胁迫对 SOD活性的影响
高温胁迫下小麦叶片中 SOD的总活力随着处
理时间的延长呈现先升高后降低的趋势(图 3),但
峰值出现时间因胁迫温度不同而略有差异 ,其中
32℃时 ,峰值出现在 24 h ,而 36与 40℃则在 12 h时
就已经开始下降。在 32℃高温胁迫下 ,SOD总活力
在 1h , 12h , 24h 和 36h 时分别升高了 12.22%,
26.34%,37.63%和16.06%;在 36℃高温胁迫下 ,分
别升高了 29.69%, 50.93%, 23.82%和 14.57%;在
40℃高温胁迫下 ,则分别升高了 39.01%, 43.33%,
25.76%和 18.03%。从图 3还可以看出 ,在胁迫的
第 1个小时 ,SOD的总活力随着胁迫温度的升高而
增大 ,但是 ,在胁迫处理 12 h后 ,36℃胁迫下的 SOD
的总活力却高于 40℃胁迫处理。在胁迫处理 24 h
后 , 32℃胁迫下的 SOD总活力最高 。在胁迫处理 1
h时 ,SOD总活力在 32 ,36与 40℃条件下 ,分别升高
了12.22%,29.69%和 39.01%;在胁迫12 h时 ,分别
为26.34%,50.93%和 43.33 ,在胁迫 24 h时 ,分别为
37.63%,23.82%和 25.76%;在胁迫 24 h 时分别为
16.06%,14.57%和 18.03%。
图 3　高温胁迫下 SOD总活力变化
Fig.3　Change of SOD total activity under high temperature
2.4　高温胁迫对可溶性糖含量的影响
高温胁迫下可溶性糖含量的变化较明显(图
4),表现为随处理时间的增加呈上升的趋势 ,在处理
1 h时 ,变化不是较小 ,随着处理时间的延长 ,可溶性
72　 华　北　农　学　报 22卷
糖含量的增加幅度变大 。在 32℃高温胁迫下 ,可溶
性糖含量在1 ,12 ,24和36 h时分别升高了 12.10%,
48.39%,73.90%和 88.91%;在 36℃高温胁迫下 ,分
别上升了 24.70%, 96.99%, 173.24%和 195.16%;
在 40℃高温胁迫下 , 则分别升高了 47.12%,
111.30%,204.18%和 267.51%。随着胁迫温度的
升高 ,可溶性糖含量上升幅度呈增大的趋势。以 1 h
和12 h为例 ,可溶性糖在高温胁迫 1 h时 ,在 32 ,36
与40℃时分别升高了 12.10%, 24.70%和 47.12%;
在 12 h 时则分别升高了 48.39%, 96.99%和
111.30%。
图 4　高温胁迫下可溶性糖含量变化
Fig.4　Change of the soluble sugar content
under high temperature
3　结论与讨论
3.1　叶绿素含量与高温胁迫
植物叶绿素是吸收太阳能进行光合作用的重要
物质 ,全部叶绿素都包埋在类囊体膜中 ,与蛋白质以
非共价键结合。在小麦叶片受到高温胁迫时会引起
类囊体膜结构和状态的变化 ,类囊体膜结构发生改
变时 ,会导致叶绿素发生降解 。本试验结果表明 ,随
着高温胁迫时间的延长 ,叶绿素含量呈下降趋势 。
且随处理温度的升高下降的幅度增大 ,这说明胁迫
温度越高 ,类囊体膜遭到的破坏越大 ,致使叶绿素降
解越多。这一结果与陈立松等[ 14]对高温胁迫下 ,桃
和柚的叶绿素含量研究相似。
3.2　丙二醛与高温胁迫
丙二醛是膜脂过氧化作用的产物之一 ,其含量
的高低是膜脂过氧化程度的重要标志。植物器官在
衰老或逆境下遭受伤害 ,往往发生膜脂过氧化作用 ,
作为膜脂过氧化作用最终产物的丙二醛 ,从膜上产
生的位置释放出来后 ,与蛋白质 、核酸起反应修饰其
特征;使纤维素分子间的桥键松弛 ,或抑制蛋白质的
合成。丙二醛的积累可能对膜和细胞造成一定伤
害。本试验表明 ,在高温胁迫下 ,随着处理时间的延
长 ,丙二醛含量持续上升 ,表明膜脂过氧化程度加
强 ,植物细胞膜受到严重的高温伤害 ,这与耶兴元
等[ 15]的研究结果一致。随着高温胁迫处理时间的
延长 ,丙二醛含量又有一定程度的下降 ,可能是因为
持续高温胁迫造成小麦细胞内膜系统损害导致 。低
温胁迫条件下即 32℃,丙二醛的含量持续上升 ,到
24 h时才缓慢下降 ,而中高温胁迫条件下(36 , 40℃)
丙二醛的含量在胁迫的 12 h时就已经开始下降 ,这
说明中高温胁迫对膜和细胞造成了严重的伤害 ,导
致丙二醛生成量增长速度变缓。
3.3超氧化物岐化酶(SOD)与高温胁迫
超氧化物岐化酶能清除生物体内具有强烈毒性
的超氧阴离子自由基(O2 ),其反应产物 H2O2 可被
过氧化氢酶利用。因此 ,SOD有保护生物体免受活
性氧伤害的能力。本试验研究表明 ,随着高温时间
的延长 ,SOD的活性增强 ,这说明高温胁迫初期 ,小
麦幼苗通过自身调节机制提高 SOD活性以适应高
温胁迫 ,随着高温胁迫时间延长 ,SOD下降 ,加剧膜
脂过氧化作用 ,使膜系统进一步受到伤害。这一结
果与吴建慧等[ 16]在玉米幼苗中的研究结果相似。
本试验研究结果还表明 ,在高温胁迫的第一个小时 ,
SOD的总活力随着胁迫温度的升高而升高 ,但是 ,随
着胁迫时间的延长 ,中温(36℃)胁迫下的 SOD总活
力升高最快 ,而极度高温(40℃)胁迫下的 SOD总活
力却升高速度变缓 ,这可能与生物体受到长时间极
度高温 ,致使 SOD 保护酶系统被破坏有关 。另外 ,
从图 3还可以看出 ,在低温(32℃)胁迫下 ,SOD总活
力在 24 h才开始出现下降 ,而中高温胁迫下 , SOD
总活力则在 12 h 就已经出现了下降趋势 。这意味
着小麦在中高温胁迫下自身的调节能力降低 ,加膜
脂过氧化作用 ,使膜系统进一步受到伤害。
3.4　可溶性糖与高温胁迫
可溶性糖是渗透调节物质。在逆境下可溶性糖
含量的升高有利于植物体对逆境胁迫的抵抗 ,从而
在一定程度上可增强生物体对环境胁迫的适应性。
本试验中 ,随着胁迫处理时间的延长 ,可溶性糖含量
呈持续上升趋势。涂三思等[ 1]对高温胁迫下黄姜叶
片中可溶性糖含量的研究结果也如此 。且随温度的
升高 ,可溶性糖含量增加幅度增大 。
关于植物高温胁迫下生理生化变化的研究是生
理学研究的一个热点 ,但是 ,由于生理生化指标的测
定容易受到很多因素的影响 ,因此也是研究的一个
难点 ,如田间自然条件下指标的测定与室内指标的
测定就存在一定的差异;品种与品种之间也存在一
定的差异 ,涂三思等[ 1]对高温胁迫下不同黄姜叶片
丙二醛含量进行测定时曾发现 ,在相同的高温胁迫
增刊 郭洪雪等:高温胁迫对小麦幼苗几个生理生化指标的影响 73　
条件下 ,不同的黄姜叶片中丙二醛含量的变化趋势
不一致 。正是由于这些不稳定因素的影响 ,才使逆
境下生理生化指标的测定有一定的难度 ,不同实验
者之间甚至得出相反的结果。这就需要进一步完善
试验条件 ,深入研究生物体在逆境下的反应机制 ,以
获取更准确的试验结果。
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