全 文 ：狐米草低能重离子诱变株系的抗旱能力比较
闫茂华1 ,2 , 彭雪梅1 , 陆长梅1＊ , 吴国荣1 , 钦佩3 , 许晓风1 (1.江苏省资源生物技术重点实验室 ,南京师范大学生命科学
学院 ,江苏南京 210097;2.连云港师范高等专科学校 ,江苏连云港 222006;3.南京大学生命科学学院 ,江苏南京 210093)
摘要 在分析室外模拟沿海滩涂环境下生长的狐米草各株系生物量、光合能力和营养成分的基础上 ,模拟干旱高盐环境处理狐米草各
株系 ,检测干旱胁迫相关的生理指标。结果显示:干旱胁迫后 ,狐米草各株系的叶绿素含量、抗氧化酶系活性和MDA含量等在各株系间
均有一定差别;其中N7 、N8和N10株系的叶绿素含量高于干旱胁迫前 ,且高于对照株系 , SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性较高 ,MDA含量
较低 ,显示这 3个株系适应干旱逆境胁迫的能力较强;N3 、N4和N5等株系抗氧化酶活性、MDA含量较对照株系高 ,但叶绿素含量较干旱前低 ,显示其抗干旱胁迫能力相对较弱。综合生物量、光合能力和营养成分的结果分析 ,适合东部沿海滩涂生长的是N5和N3株系。关键词 狐米草;诱变株系;干旱胁迫;叶绿素;抗氧化酶;MDA
中图分类号 S54 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2007)06-01585-02
Comparison of Drought Resistance among the Strains of Spartina patens Mutated with Low Energy Heavy Ion
YANMao-hua et al (Jiangsu Key Lab for Bioresource Technology , Nanjing Normal University, Nanjing , Jiangsu 210097)
Abstract In order to screen the pasturewith the drought and saline resistance ,10 strains of Spartin patensmutatedwith low energy heavy ionwere grown
in pots simulating dry and saline conditions and some physiological indexes correlating with resisting abilities were assayed.The results showed that:after
being treated with drought , the chlorophyll content , antioxidant activity and MDA content of 10 mutated strains were different;the chlorophyll content of
N7 ,N8 and N10 strains after drought were higher than those before drought , their SOD , POD and CAT activity was high andMDA content was low compared
with other strains;antioxidant enzymes activity and MDA content of N3 ,N4 and N5 strains were relative high among 10 mutated strains and their chloro-
phyll content after drought was lower than those before drought.The results showed that N7 , N8 and N10 strains had relative high drought-resisting ability ,
while N3 ,N4 and N5 strains had relative low drought-resisting ability.Based on the results of biomass , photosynthetic ability , nutrition content and drought-
resisting ability , it could be found that among these 10 strains ,N5 and N3 strainswere the most suitable strains grown as pastures in seashores of the eastern
China.
Key words Spartin patens;Mutated strain;Drought stress;Chlorophyll;Antioxidant enzyme;MDA
为充分利用我国东部沿海滩涂和保护 、恢复滩涂湿地生
态环境 ,笔者进行了盐生植物狐米草[ Spartina patens(Ait.)
Muhl.]牧草的引种研究[ 1-3] 。由于引种的狐米草品系来自
单一种群 ,种内遗传多样性有限 ,为获得更适合于我国滩涂
生长的狐米草品系 ,利用N+ 、Zn2+ 、Ar+等重离子束低能注入
技术处理狐米草愈伤组织 ,首次诱导出狐米草再生植株[ 4] 。
通过多年的室内外栽培 ,筛选了 10个表型相对优良的株系。
笔者模拟沿海滩涂环境种植这 10个诱变株系 ,以野生株系
作对照 ,施以干旱处理 ,分析其抗逆能力 ,为筛选优良牧草株
系提供依据 。
1 材料与方法
1.1 试验材料和培养方法 10个狐米草诱变株系(N1 ～ N10)
和 1个野生株系(CK)由南京大学生命科学学院盐生生态实
验室提供。于 2005年 4月等量种植于南京师范大学生命科
学学院植物园的花盆中(每株系 3盆),置于太阳直射处生
长。用自来水溶解粗海盐配制成 2.5%盐度的人造海水 ,每
周用人造海水浇灌 1次 ,每月用Hoagland营养液浇灌 1次以
补充各种营养成分 ,并根据地面湿润状况适时喷灌清水。待
植株长至 7月 ,利用 2005年 8月 5 ～ 17日这一持续高温(最
高气温持续 35 ℃以上)、无雨期 、停止浇水与营养液 ,直至泥
土干裂 、部分叶片卷曲以造成干旱逆境胁迫 ,选取各株系顶
部第 1片完全展开叶进行各项生理生化指标测定 。
1.2 测定方法
1.2.1 叶绿素含量的测定。采用 Arnon法测定[ 5] 。由于各
基金项目 江苏省科委技术委员会自然基金资助项目(2005SWXOSZ-005);江
苏省资源生物技术重点实验室资助项目(164070300803)。
作者简介 闫茂华(1966-),男 ,江苏连云港人 ,在读硕士 ,副教授 ,从事
植物生理生化方面的研究。 ＊通讯作者 , E-mai l:luchangmei
@njnu.edu.cn。
收稿日期 2006-10-18
株系间的叶绿素含量在正常生长条件下就存在一定的差别 ,
因此在干旱处理前测定 1次叶绿素含量 ,以利进行比较。
1.2.2 可溶性蛋白含量测定。参照 Bradford方法[ 6] ,以牛血
清蛋白(BSA)为标准蛋白 ,采用考马斯亮蓝G-250法进行 。
1.2.3 超氧化物歧化酶(SOD)的活性测定。利用 SOD可抑
制黄嘌呤与黄嘌呤氧化酶反应系统产生超氧阴离子自由基
(O2-.)的方法 ,采用 SOD活力测定试剂盒检测 SOD活性 。
以抑制率 50%时所对应的 SOD量为 1个 SOD活力单位(U)。
1.2.4 过氧化物酶(POD)活性测定 。采用X.H.波钦诺克
的方法测定[ 7] 。以 1min OD 变化值表示酶活性大小。
1.2.5 过氧化氢酶(CAT)活性测定。采用钼酸铵法。酶活
力单位定义为 1g材料 1 s分解 1μmol H2O2 的CAT 量为 1个
活力单位。
1.2.6 MDA 含量测定。参照赵世杰等的硫代巴比妥酸
(TBA)比色法[ 8] 。
1.2.7 数据分析。各数据均经过Origin 6.0分析并作图 ,数
据差异显著性检验采用单因素ANOVA 分析(P=0.05)。
2 结果与分析
2.1 干旱胁迫对狐米草各株系叶绿素含量的影响 图 1 ～ 3
显示 ,各株系叶绿素含量在干旱胁迫前就存在一定的差别 ,
经过干旱胁迫 ,各株系叶绿素含量变化不同。N1 、N2 、N3 、N4
和N5 在干旱胁迫前叶绿素含量较高 ,在非干旱胁迫下生长
较好 。经干旱胁迫 ,除 N1 株系与胁迫前差异较小外 ,其余 4
个株系的叶绿素含量均明显低于干旱胁迫前 ,且N3 的叶绿
素含量低于 CK。经过干旱胁迫 ,N6 、N7 、N8 、N9 和N10的叶绿
素含量均高于干旱胁迫前 ,且高于 CK ,其中 N7 的叶绿素含
量最高 ,其叶绿素 a、叶绿素 b和总叶绿素含量分别较CK高
26.88%、33.19%和 29%。以上结果表明 ,N6 、N7 、N8 、N9 和N10
(尤其是N7)的叶绿素合成代谢在干旱胁迫下更旺盛 ,适合于
安徽农业科学 , Journal of Anhui Agri.Sci.2007 ,35(6):1585-1586 , 1608 责任编辑 罗芸 责任校对 李菲菲
在干旱条件下生长;而N2 、N3 、N4 和N5 在干旱逆境胁迫下叶
绿素合成代谢受到抑制或分解代谢加强。
图1 干旱胁迫对狐米草叶绿素 a含量的影响
图2 干旱胁迫对狐米草叶绿素 b含量的影响
图3 干旱胁迫对狐米草总叶绿素含量的影响
2.2 干旱胁迫条件下狐米草各诱变株系抗氧化系统保护酶
活性的比较 植物体在光合和呼吸代谢的过程中不断产生
OH、O2 -.等活性氧自由基 ,正常生长条件下 , 由于 SOD 、POD
和CAT 等抗氧化酶系统以及其他非酶系统的作用 ,植物体内
活性氧不断被清除 ,活性氧总量处在动态平衡状态。在逆境
条件下 ,活性氧自由基产量应激增加 ,过量的自由基得不到
及时清除 ,将会对生物机体造成伤害[ 9-10] 。因此干旱胁迫下
植物体内活性氧清除能力的高低反映了植株抗逆能力的大
小。图 2～ 4显示:狐米草各诱变株系中的3种抗氧化酶活性
均较对照有显著提高(N6 的CAT 活性除外);3种抗氧化酶的
活性在各株系之间的变化不尽相同 ,其中 N7 、N10的 SOD 、
POD 、CAT 活性均相对较高;N8 的 CAT 活性虽较N7 、N10等株
系低 ,但其 SOD 、POD活性均相对较高;N6 虽然POD 、CAT 活
性在各诱变株系中均较低 ,但其 SOD活性相对较高;N3 的
SOD 、POD和CAT 活性虽较对照高 ,但在各诱变株系中处于
较低水平;N5 的 SOD活性与 N3 相当 , POD 、CAT 活性较 N3
高 ,在各诱变株系中处于相对较高水平。
图 4 干旱胁迫下狐米草各诱变株系 SOD活性比较
图 5 干旱胁迫条件下狐米草各诱变株系POD活性比较
图6 干旱胁迫下狐米草各诱变株系 CAT活性比较
2.3 干旱胁迫条件下狐米草各诱变株系MDA含量比较
植物体内产生过量的活性氧自由基得不到及时清除 ,将会与
膜脂中的磷脂及不饱和脂肪酸发生过氧化或脱脂化反应 ,产
生大量的丙二醛(MDA)。MDA又能强烈地与细胞内各种成
分发生反应 ,进而导致膜结构和生理机能的破坏 ,因此 ,植物
体内的MDA含量的高低不仅反映了生物膜被活性氧伤害的
程度 ,也反映了植物抗逆能力的强弱[ 9-10] 。干旱胁迫后(图
7),狐米草N3 、N4 和N5 的 MDA含量显著高于CK ,显示这 3
个株系受干旱逆境伤害较重;N7 、N8 、N10 3株系的含量显著较
CK低 ,显示这 3个株系受干旱逆境伤害较轻。
3 小结
由于室外模拟沿海滩涂环境生长的狐米草各诱变株系
的株型与地上部分生物量存在一定差异。因此在试验设计
时 ,没有选用形态与生物量指标 ,而选用生理指标进行检测。
(下转第 1608页)
1586 安徽农业科学 2007年
DNA的纯度都较高 ,OD260/OD280比值较接近 ,但CTAB 法在
所有的提取方法中 ,DNA的产率是最低的 ,因此笔者认为 ,
SDS法是水蜜桃基因组DNA的最佳提取方法。
注:1～ 4分别表示以“砂子早生”茎尖为材料的 CTAB 法 、改良
CTAB法 、SDS法 、改良 SDS法所提取的DNA样品;5～ 8分别
表示以“沙激 2号”茎尖为材料的 CTAB 法、改良 CTAB法 、
SDS法 、改良 SDS法所提取的DNA样品。
图 1 DNA样品琼脂糖凝胶电泳图
陈万秋等[ 5]在猕猴桃属植物 gDNA提取方法研究中提出
了改良 CTAB 法 ,认为改良 CTAB 法提取出的 DNA 纯度与
CTAB法没有显著性差异 ,产率却提高了很多 ,因此认为改良
CTAB法是一种简单有效的提取方法。在该试验中 ,改良
CTAB法与CTAB法提取出的 DNA纯度差异达显著性水平 ,
改良 SDS法与 SDS法提取出的DNA纯度差异达极显著性水
平 ,说明不同的物种其 DNA的提取需不同的方法。
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(上接第 1586页)
图 7 干旱条件下狐米草各诱变株系MDA含量比较
干旱逆境胁迫后 ,N7 、N8 和 N10株系的叶绿素含量高于
干旱胁迫前(P <0.05), SOD 、POD和 CAT等活性在各株系
中处于相对较高状态 ,MDA含量则显著低于CK(P<0.05),
显示这 3个株系的抗旱能力较强 ,适合在干旱逆境下生长;
N3 、N4 和N5 株系的抗氧化酶活性 、MDA 含量高于 CK(P <
0.05),叶绿素含量低于干旱胁迫前(P<0.05),显示这 3个
株系在各诱变株系中抗旱能力相对较弱 。
非逆境条件下狐米草各株系的检测结果显示 ,N5 和 N3
株系在生物量 、光合能力与营养成分等方面较其他株系有
较大的优势 ,可以作为优良牧草株系的备选材料;而N6 、N7 、
N8 等株系虽然矿质营养含量较高 ,但其生物量较小 、光合能
力较弱 、有机营养含量较低 ,在优良牧草用株系筛选中处于
劣势。结合各株系的抗旱能力可见 ,生物量大 、光合能力较
强 、营养较丰富的株系 ,其抗逆能力较弱;而生物量小 、光合
能力弱 、营养不丰富之株系 ,其抗逆能力反而较强。这与常
见的代谢旺盛的植物抗逆性弱 、而代谢能力弱的植物抗逆
性强的特性是相一致的 。
结合笔者的筛选目的是要充分利用我国东部沿海滩涂
生产牧草 ,而这些滩涂多分布于江苏以南地区 ,气候湿润 ,
年干旱时间较短。N7 、N8 和 N10株系虽然抗逆性较强 ,但其
生物量 、光合能力以及营养方面的劣势决定了它们不适合
在东部沿海滩涂种植。虽然N5 和N3株系与其他株系相比
抗旱性较弱 ,但作为 C4植物 ,与 C3 植物相比 ,其抗高温与
干旱等能力较强[ 4 , 11] ,再加上这 2 个株系具有较大的生物
量 、较强的光合能力和较丰富的营养 ,适合东部沿海滩涂
生长。
N7 、N8 和N10株系在干旱胁迫下抗性强 ,叶绿素合成加
强 ,显示它们耐干旱 、盐胁迫的能力很强 ,虽然它们在非干
旱生境下生物量低 、光合能力弱 、有机营养含量低 ,但作为
C4植物 ,它们在干旱等逆境下的光合能力等与其他禾本科
牧草相比仍具有一定的优势[ 4 , 11] 。而作为我国重要的畜牧
业产地的西部地区土壤干旱 ,含盐量较高 ,草场退化与荒漠
化严重 ,如果抗旱性较强的狐米草诱变株系能在西部干旱盐
碱地生长良好 ,则它们将会在改善与恢复西部植被 、发展西部
畜牧养殖业等方面具有重要的生态与经济意义。下一步的研
究工作将进一步对N7 、N8和N10等株系抗旱抗盐碱性能进行深
入研究 ,以期为西部地区的退化牧场找到合适的牧草资源。
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1608 安徽农业科学 2007年