全 文 ：糙草对水分胁迫的生理适应性研究
蒲丹1 ,李冠1＊ ,李小飞1 ,刘维1(新疆大学生命科学与技术学院 , 新疆 乌鲁木齐 830046)
摘要:用 PEG-6000 模拟水分胁迫处理糙草(Asperugo procumbens L.)幼苗 ,测定生理指标 ,研究其对水分胁迫的生理适应性。
结果表明:5% PEG 和 20% PEG胁迫处理1d后 , 叶片 RWC、CHL含量 ,MDA 和膜相对透性及脯氨酸含量变化不大 ,抗氧化酶活性
升高;5%PEG和 20%PEG胁迫处理 5d后叶片 RWC 下降为对照 65%、43%, CHL含量下降为对照的 53%、46%,MDA和膜相对透
性及脯氨酸含量显著升高 ,抗氧化酶活性显著降低 ,并低于处理前水平。实验表明糙草幼苗在水分胁迫下叶片持水力较低 ,在短
时间水分胁迫下可通过抗氧化酶之间的相互协调在一定时期能维持活性氧代谢平衡 , 并阻止或减弱膜脂过氧化的伤害 , 但随着处理时间的延长 ,抗氧化酶活性显著降低 , 膜脂过氧化作用增加 , 且叶绿素合成遭到破坏。
关键词:水分胁迫;糙草;抗氧化酶
中图分类号:Q945.78　　文献标识码:A　　文章编号:1004-311X(2006)04-0075-03
Physiological Adaptation of Asperugo procumbens L.under Water Stress
PU Dan
1 ,LI Guan1＊ ,LI Xiao-fei1 ,LIU Wei1(College of Life S cience and Technology , Xinjiang University , Urumqi 830046, China)
Abstract:In this study , the mechanism of physiological adaptation of Asperugo procumbens.L under different water stress by polyethylene glycol
was examined.The result showed that , after one day 5%PEG and 20%PEG stress , relative water content(RWC), CHL content , MDA content
and Membrane electrolyte leakage did not change markedly , while antioxidant enzymes activities hoist , After five days treatment with 5%PEG and
20%PEG , RWC decreased to 65% and 43% of the control , CHL decreased to 53% and 46% of the control ,MDA content , Membrane electro-
lyte leakage and praline content hoist markedly , while antioxidant enzymes activities decreased markedly after treatment.The experiment indicated
that young Asperugo procumbens L. s ability of holding moisture is low under water stress , Asperugo procumbens L.maintained active oxygen me-
tabolism under the short time moisture content coercion by coordination of several antioxidant enzymes activities to prevent or decrease the damage
of superoxide radicals , but as water stress aggravated , antioxidant enzymes activities notably decreased , and the damage of superoxide radicals in-
creased , the chlorophyll synthesis is destructed , too.
Key words:water stress;Asperugo procumbens.L;antioxidant enzymes
收稿日期:2006-03-13;修回日期:2006-06-13
作者简介:蒲丹(1980-), 男 ,硕士 ,专业方向:植物学 , E-mai l:dan_
p301@hotmail.com &dan_p301@163.com , Tel:0991-8585071;＊通讯作
者:李冠(1949-),男,教授 ,博士生导师 ,研究方向:植物生理生化 、生
物化学与分子生物学和资源生物学 , 发表论文 50余篇 ,获学术奖 10
余项 、发明专利 1项。
　　水分亏缺是影响植物生长最经常最广泛的因素 , 它对植
物正常发育的影响已超过其它胁迫的总和 , 在水分胁迫的条
件下 ,植物会发生一系列的生理生化反应 , 从而影响植物的生
长发育[ 1] 。许多研究表明[ 2-5] ,干旱诱导下植物生长受抑是干
旱胁迫下植物最明显的生理效应 , 这种效应是通过调节保护
酶等代谢酶系统变化的结果 , 膨压对细胞生长具有关键性的
作用 ,而渗透调节最重要的生理功能就是全部或部分维持膨
压 ,从而有利于其它生理过程的进行。因此 , 植物体内具有的
保护酶体系 ,渗透调节功能及其它一些机制是一些抗旱植物
在长期进化过程中所演化出的适应干旱的机制和策略 , 是其
能适应干旱胁迫的重要基础。
糙草(Asperugo procumbens L.)为紫草科糙草属一年生蔓生
草本 ,生于全疆荒漠草原 、低山带山坡等地[ 6] , 具有生长发育
快 、生活周期短(一般为 80d)、高光效 、繁殖力强 、结实率高等
特点 ,是具有独特生态生物学特性的类群 , 是新疆野生油脂植
物 ,含油率较高 , 其生长发育对各种生态因子的影响十分敏
感。在近年来 , 对于植物的抗旱机理已经有了很多研究结
果[ 7-9] ,到目前为止 , 以糙草对干旱的适应性研究为目标的实
验工作 , 还未见报道 , 本文试图通过模拟水分胁迫 ,研究糙草
的生理变化 ,探讨糙草对干旱胁迫的生理适应的某些生理机
制 ,为新疆野生植物的开发利用和干旱区植物研究提供一定
依据。
1　材料和方法
1.1　材料
1.1.1　实验材料:新疆荒漠植物糙草(Asperugo procumbens
L.), 种子是在新疆准噶尔荒漠中实地采取。
1.1.2　试剂:均为国产分析纯。
1.1.3　仪器:分光光度计 , 752C、751 型 , 上海分析仪器厂;高
速冷冻离心机 Heraeus 德国;电子天平 COMTACT-6000 德国;
叶绿素测定仪 SPAD502 基因有限公司。
1.2　方法
1.2.1　水分胁迫处理方法
挑选籽粒饱满种子催芽后种植于装满干净细纱的塑料盆
中 ,自然光照 、18-28℃室温培养 , 出苗后用 1 2Hoagland 营养
液浇灌培养。选择生长一致的幼苗 , 用含 PEG-6000 的 1 2H-
oagland营养液进行根际渗透胁迫处理。 PEG 浓度分别为 5%
(轻度胁迫)和 20%(重度胁迫), 对照培养在 1 2Hoagland 营养
液中 , 3 次重复 ,分别处理 0 、1、3 、5d ,取幼苗叶片各项生理指标
的测定。
1.2.2　生理指标测定
(1)植物叶片相对含水量(RWC)的测定[ 10] :RWC=(鲜重
-干重) (饱和鲜重-干重)。
(2)叶绿素含量用 SPAD502 叶绿素计测定。
(3)膜相对透性以样品煮前电导率占煮后电导率的百分
比表示 , 电导率用电导率仪(EH-214)测定。
(4)MDA 含量参照汤章城方法测定[ 11] :称取植物材料
0.5g ,加入 10%三氯乙酸(TCA)2ml ,研成匀浆 ,再加 8ml TCA 进
一步研磨 , 匀浆以 4 000r min 离心 10min ,上清液即为样品提取
液。吸取提取液 2ml(对照加 2ml蒸馏水), 加入 2ml硫代巴比
妥酸(TBA 用 10%三氯乙酸配置)溶液 , 混合物于沸水浴上反
应 15min ,迅速冷却后测定 450nm 、532nm 和 600nm 波长下的消
光度 , 可得出MDA 与可溶性糖的含量。
(5)抗氧化物酶活性测定[ 12] :称取 0.5g 幼叶 , 加入
50mmol L磷酸缓冲液(pH7.8 , 内含 1%聚乙烯吡咯烷酮)研磨。
4℃下17 000g离心 15min , 上清夜定容至 5ml ,为粗酶液 ,测定保
护酶活性。 SOD活性测定以抑制NBT光化还原 50%作为一个
酶活力位(U),酶活性以 U mg protein 表示 , CAT 活性的测定用
紫外吸收发测定 , 以 OD240每分钟减少 0.01 为一个酶活力单
位 , 酶活性以U mg protein 表示。 POD以愈创木酚显色法 ,以每
min OD470每变化 0.01 为一个酶活力单位 ,酶活性以 U mg pro-
tein表示。
(6)脯氨酸含量测定:取 0.5g 植物叶片 , 用 3%磺基水杨
酸溶液研磨提取 , 磺基水杨酸的最终体积为 5ml。匀浆液转入
玻璃离心管中 , 在沸水浴中浸提 10min。以 3 000r min 离心
10min ,取 2ml上清液 , 加入 2ml水 ,再加入冰乙酸 2ml 、2ml磺基
水杨酸和 4ml 2.5%茚三酮溶液 , 置沸水浴显色 60min。冷却
第 16卷第 4 期:75
2006 年 8 月 　　　　　　　　　　　　　　　　
生　物　技　术
BIOTECHNOLOGY
　　　　　　　　　　　　　　　　　Vol.16 , No.4:75
Aug.2006
DOI :10.16519/j.cnki.1004-311x.2006.04.030
后 ,加入 4ml甲苯萃取红色物质 , 取甲苯相测定 520nm 波长处
的吸收值 ,并配置 1-10μg ml脯氨酸标准溶液制作标准曲线 ,
根据标准曲线计算样品中脯氨酸含量。
1.2.3　数据分析:用 SPASS 统计学软件分析。
2　结果与分析
2.1　PEG 胁迫对相对含水量(RWC)的影响
RWC 是反映植物水分状况的参数 , 可部分反映植物抗旱
性的强弱[ 1] 。图 1 表明未经胁迫处理的植物组织相对含水量
较高(85%-87%),胁迫处理 1d 后 , 含水量变化较小 , 降为对
照的 90%, 与对照处理差异不显著(P>0.05), 随着水分胁迫
时间的延长 , 3d胁迫处理和 5d 胁迫处理相对含水量都呈持续
降低的趋势 ,且显著低于相应的对照值(P<0.05), 其中 20%
胁迫 5d后含水量下降为对照的 33%, 植物叶片严重萎蔫。
图 1　水分胁迫对相对含水量的影响
Fig.1　Effect of water stress on RWC
2.2　PEG 胁迫对叶绿素含量的影响
已经有研究者证明水分胁迫可导致 CHL降解[ 13] , 图 2 表
明植物叶片叶绿素 SPAD 在胁迫 1d 变化不大 ,差异不显著(P
>0.05),但在胁迫 5d 后显著下降(P<0.05), 轻度胁迫下降为
对照的 53%,重度胁迫下降为对照的 47%。 表明随着胁迫时
间的延长 ,叶片 CHL降解加剧。
图 2　水分胁迫对叶绿素 SPAD的影响
Fig.2　Effect of water stress on CHL SPAD
2.3　PEG 胁迫对抗氧化物酶活性的影响
研究表明 ,水分胁迫下抗氧化酶活性会增高 , 清除活性氧
的能力增强 ,可以作为植物的抗旱指标[ 14] 。 图 3表明 ,经 PEG
胁迫处理后 ,轻度胁迫下(5%PEG)SOD 酶活性先升高后下降 ,
重度胁迫后 1d酶活性有所升高 , 但随着胁迫时间的延长 , 酶
活性显著降低(P<0.05)。其中胁迫处理 5d 后酶活性下降且
明显低于处理前水平。图 4表明 , PEG胁迫处理后 , 1d 后和 3d
后CAT酶活性基本与对照持平 ,差异不显著(P>0.05), 但 5d
后酶活性显著下降(P<0.05), 且明显低于处理前水平。图 5
表明 , PEG胁迫处理后 , POD活性先升高后降低 , 同样 5d 后酶
活性显著下降(P<0.05), 且低于处理前水平。
2.4　PEG 胁迫对MDA 含量和细胞膜透性的影响
MDA是膜脂过氧化作用的主要产物之一 , 其含量可大致
表示膜脂过氧化作用的程度。渗透胁迫导致细胞损伤 , 膜系
统透性增大 ,因此可以测定膜相对透性来反映逆境对植物组
织伤害的程度[ 8] 。从表 6 、7 可见 ,水分胁迫显著提高了糙草叶
片内MDA 含量和膜的相对透性 , 并随着胁迫时间的延长和胁
迫强度的增大而提高 , 说明水分胁迫可加剧糙草叶片膜脂过
氧化水平 , 增大膜的透性。
图 3　水分胁迫对 SOD 活性的影响
Fig.3　Effect of water stress on SOD activity
图 4　水分胁迫对 CAT 活性的影响
Fig.4　Effect of water stress on CAT activity
图 5　水分胁迫对 POD活性的影响
Fig.5　Effect of water stress on POD activity
图 6　水分胁迫对MDA 含量的影响
Fig.6　Effect of water stress onMDA content
图 7　水分胁迫对膜相对透性的影响
Fig.7　Effect of water stress on electrolyte leakage
76　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生　物　技　术　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 16 卷第 4期
2.5　PEG 胁迫对脯氨酸含量的影响
脯氨酸是一种渗透调节物质 , 它能增加植物的耐旱胁迫
能力和延缓缺水胁迫的加剧。图 8 表明 , 脯氨酸含量在受到
PEG胁迫后随处理时间的延长而持续增高 , 胁迫处理 1d 和 3d
后升高但与对照差异不显著(P>0.05), 胁迫处理 5d 与对照差
异显著(P<0.05)。
图 8　水分胁迫对脯氨酸含量的影响
Fig.8　Effect of water stress on proline
3　讨论
在遭受干旱胁迫时 ,植物根系吸水困难 , 植物体内首先通
过保持水分吸收和减少水分损失来维持体内水分的平衡 , 植
物组织的相对含水量反映了植物组织的水分状况和保水能
力 ,是一个表明植物抗旱能力的重要依据。本实验发现糙草
在水分胁迫下 ,叶片相对含水量持续下降 , 说明糙草幼苗虽然
相对含水量较高 , 但是保水能力弱 , 在水分胁迫后持续失水。
逆境条件下植物的相对电导率反映了膜的稳定性 ,是衡量植
物抗旱性的一个可靠指标 ,抗旱性强的植物有较小的膜透性。
关于 MDA含量的变化与膜脂过氧化的关系 , 有研究表明:叶
片中MDA 的含量的增多与膜相对透性呈显著正相关 ,但是也
有学者认为 MDA 含量的变化不一定能准确反映植物遭受水
分亏缺所诱导的氧化胁迫的状况。水分胁迫对膜造成的损伤
可能因植物种类的不同在机理上存在差异。本文研究结果表
明:糙草幼苗抗旱性较弱 , 水分胁迫下糙草幼苗膜透性增高 ,
膜系统遭到破坏。并且 MDA 含量的变化与膜相对透性的变
化在总体上呈良好的正相关 ,变化趋势基本一致 , 这说明植物
细胞的膜损伤与膜脂过氧化作用有一定的关联。
植物细胞在正常代谢过程中 , 通过多种途径产生活性氧 ,
在正常情况下 , 植物依赖体内存在的清除系统包括 SOD、POD
和 CAT等维持自由基生成与消除的平衡 , 因此对活性氧清除
能力是决定细胞对胁迫抗性的关键因素 , 整个保护酶系统的
防御能力的变化 , 取决于这几种酶彼此协调的综合结果[ 15] 。
在本实验中 , 胁迫初期 , 几种抗氧化酶活性升高 , 说明糙草体
内具有防御活性氧的抗氧化系统 , 它们在清除超氧阴离子自
由基 、过氧化氢 , 过氧化物羟基自由基等方面起着重要作用 ,
但随着胁迫时间的延长 ,抗氧化酶活性下降 , 说明在胁迫强度
较高的时候 ,细胞内活性氧形成与清除之间的平衡被破坏 , 在
胁迫 5d后酶活性显著低于处理前水平 ,暗示糙草抗氧化系统
遭到破坏。由于这些抗氧化酶活性降低使 O2- 、H2O2 迅速积
累而导致膜脂过氧化 ,从而破坏细胞膜的稳定性[ 7 , 16] 。
植物受到水分胁迫时 , 细胞维持一定的膨压是执行其正
常生理功能的前提 , 它可以通过渗透调节作用来维持正常的
膨压来抵抗水分胁迫伤害 , 本实验中 , 脯氨酸含量持续增高 ,
暗示糙草可以通过渗透物质的调节来阻止或缓解水分胁迫的
伤害。
本实验结果表明糙草持水力较低 , 虽不同与抗旱植物 , 但
是在低强度水分胁迫下抗氧化酶活性升高 , 通过其体内活性
氧清除系统来解除活性氧的毒害和渗透调节物质的作用 , 维
持糙草正常生长并保护细胞膜不受损害 , 表现出它具有一定
的抗旱性。而在较高强度胁迫下 , 糙草表现出明显的伤害症
状 ,抗氧化酶活性显著降低 , 膜脂过氧化作用增加 , 且叶绿素
合成遭到破坏 , 这可能就是其短生育周期的原因 , 在干热环境
来临后 ,结束生命 , 以种子的形式度过干热环境 ,等待来年适
宜的环境再萌发生长。但是 , 对于水分胁迫下糙草的生理适
应性尚需从光合作用 、气孔关闭和内源激素等方面开展进一
步的研究。
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6个杏鲍菇菌株生理生化研究
张丕奇 ,韩增华 ,张介弛 ,戴肖东 ,孔祥辉 ,马庆芳(黑龙江省科学院应用微生物研究所 , 黑龙江 哈尔滨 150010)
摘要:目的:对收集的 6个杏鲍菇菌种菌丝进行生理 、生化研究 , 酯酶同工酶法分析菌株间的差异与关系。方法:利用杏鲍菇
菌丝阶段的生长速度测定 、诱变剂抗性试验和酯酶同工酶比较 ,对杏鲍菇菌株营养生长阶段的理化指标进行研究 ,对酯酶同工酶
谱进行相似系数和遗传距离分析 ,确立各菌株的异同。结果:菌株间菌丝生长速度差异不显著;抗诱变剂实验结果显示 , 2 、5、6 号
菌株对诱变剂抗性较强;酯酶同工酶分析表明 , 杏鲍菇 6个菌株同工酶酶带存在的差异很大。结论:通过试验表明 , 所选 6 株杏
鲍菇菌种为各自独立菌株。
关键词:杏鲍菇;菌株;抗药性;酯酶同工酶
第 16卷第 4 期:77
2006 年 8 月 　　　　　　　　　　　　　　　　
生　物　技　术
BIOTECHNOLOGY
　　　　　　　　　　　　　　　　　Vol.16 , No.4:77
Aug.2006