模拟干旱胁迫下杉木生理响应的研究

模拟干旱胁迫下杉木生理响应的研究

楠木是马鞭草科的一种大型树木，被称为红棕色、紫木制木和石盐。它是半落叶树木。木原产于印度、印度尼西亚、缅甸、泰国和其他东南亚国家。目前，世界木材资源严重短缺，特别是珍贵材料。杉木生长迅速，木材价格很高，非常受国际市场的喜爱。目前，关于杉木干旱的机制报道很少。因此，在这项工作中，我们无法关于杉木幼苗的信息，检测杉木体内的渗透，调解物质含量，分析杉木幼苗的抗早理性，并为杉木适应干旱地区的生理生化机制提供理论依据。1材料和方法1.1试验材料材料为1年生柚木移植苗,试验于2003年9-10月在福建农林大学林学院(南平校区)内完成.1.2聚乙二醇peg叶片的渗透选取生长整齐一致的柚木扦插萌芽苗分别用水漂洗根系,去除根系上的泥土,用吸水纸吸去根系表面附着水.同时进行根际渗透,胁迫处理,胁迫溶液用聚乙二醇(PEG-6000)配成5%、10%、15%、20%4种不同浓度水势的溶液,将它们置于空调屋内,阳光可以照射到的地方,温度为(25±1)℃,分别于0、12、24、48、72h取成龄叶片,混合制样分析测定.以蒸馏水处理作为对照,每处理设3个重复,每重复取3株.1.3抗氧化酶活性测定脯氨酸含量测定参照《植物生理学实验指导》,采用茚三酮比色法;可溶性糖含量测定采用蒽酮乙酸乙脂比色法;超氧化物歧化酶(SOD)活性测定采用核黄素.NBT法,以抑制氯化硝基氮蓝四(NBT)光化还原50%为一个酶活性单位;过氧化物酶(POD)活性测定参照《植物生理学实验技术》,采用愈创木酚比色法.2结果分析2.1水分胁迫对植物抗旱性的影响脯氨酸在植物细胞中主要起渗透调节作用.脯氨酸含量的增加,可以增强细胞的渗透调节能力,对植物抗旱有益,为此曾有人提出以干旱时植物体内游离的脯氨酸的积累能力作为选育抗旱作物的指标,这是因为脯氨酸是水溶性最大的氨基酸(162.3g/100g水)易于水合,或具有较强的水合力,植物受到水分胁迫时,它的增加有助于细胞组织的持水,防止脱水,有助于提高其抗旱性.Singh提出在大麦中,脯氨酸的积累与抗性成正相关.任文伟等对不同地理种群羊草在PEG胁迫下脯氨酸含量进行比较研究,认为羊草的抗旱性与脯氨酸的积累特性及其生境有着密切的联系.图1中表明:在水分胁迫下,柚木植物体内脯氨酸含量显著增加,胁迫处理初期,脯氨酸积累速率增加平缓,中后期脯氨酸积累速率达最大值,而且随着水分胁迫程度的增加,脯氨酸积累速率不同.本次试验结果也证明脯氨酸增加随着胁迫程度的不同积累速率不同,其中在5%PEG-6000胁迫下脯氨酸积累速率最小;而在15%PEG-6000胁迫下脯氨酸含量积累速率最大,而且脯氨酸含量积累速率与所胁迫的PEG浓度成正相关.一般认为植物体内游离的脯氨酸含量不高,只有在水分胁迫时,才迅速增加.2.2peg-400对杉木叶片可溶性糖含量的影响在干旱条件下,增强细胞渗透调节能力的关键是细胞内渗透调节物质的主动积累.已有研究证明:在细胞的几种渗透调节物质中,对稳定渗透调节能力的相对贡献大小是K+>可溶性糖>其它游离氨基酸>Ca2+>Mg2+>脯氨酸.因此,在干旱条件下,细胞内渗透调节物特别是K+和可溶性糖的积累是反映抗旱性强弱的有效指标之一.为此对不同浓度PEG-6000的胁迫下,柚木叶片中可溶性糖的含量进行了测定,其结果见图2.结果表明:柚木中可溶性糖的含量随着胁迫程度的加强而明显增多,并且增强的速率在不同的PEG-6000浓度下存在显着差异.从图2中可看出,作为对照的柚木叶片在胁迫72h后,可溶性糖的含量才有显著上升,而其它不同PEG-6000浓度下柚木叶片可溶性糖的含量在24-48h内有显著上升.因此可溶性糖的增加与胁迫强度存在着一定正相关.从脯氨酸的生物合成来看,干旱将影响脯氨酸的合成,最终造成脯氨酸的积累在干旱处理末期下降和停止.王霞等认为在整个干旱处理过程中,脯氨酸与可溶性糖积累进程不同,脯氨酸在干旱后期含量降低,而可溶性糖在干旱后期大量积累,对植物体渗透调节而言,严重干旱会使植物体渗透调节能力丧失,因此可溶性糖在干旱后期的大量积累可能是脯氨酸下降的补偿策略.本实验结果支持这一论点:即胁迫的程度和胁迫时间对渗透物质的变化有较大的影响;在一定限度内的胁迫下脯氨酸可能先于可溶性糖的积累,也先于可溶性糖的停止积累,脯氨酸和可溶性糖可能有相互补偿的作用.2.3peg-400胁迫对杉木叶片pod活性的影响POD能清除植物体内过多的H2O2等过氧化物,防止H2O2对细胞膜的伤害,是细胞内防御酶系统中重要的清除酶之一.从图3中可以看出随着胁迫时间的延长,各胁迫处理的POD活性,均在S水分胁迫的前期急剧下降后大幅度上升,整个变化表现出“先降后升”的基本趋势.就POD活性在胁迫处理期间的变化速度来看,呈现“先快后慢”的趋势.而各种不同胁迫强度下的柚木叶片组织中POD变化速度不同,从图3中能够看出:浓度15%和20%PEG-6000胁迫处理的POD酶活性在12h就降到最低,而其它浓度PEG-6000胁迫处理的酶活性在24h才达到最小值,然后POD活性呈上升趋势.2.4水分胁迫对叶片sod活性的影响SOD能催化过氧化物发生歧化反应,形成分子氧(O2)过氧化氢(H2O2).目前普遍认为SOD是细胞防御O2-等活性氧自由基对细胞膜的伤害的重要金属酶类之一,在生物细胞中保持正常的生长发育中发挥着重要的作用.图4为水分胁迫下SOD活性的变化过程.由图4可见随着水分胁迫时间的延长,SOD活性表现出先降低,然后上升最后下降的趋势,呈现波动状态.15%和20%PEG处理在处理后12h达到最低,然后随着胁迫程度的加强SOD活性上升,但在胁迫后期在所有处理都呈现下降趋势,此时SOD活性对活性氧自由基的清除能力已大大减弱.由此可以看出,适度水分胁迫能增强SOD活性,也即增加叶片清除自由基的能力,这是植物细胞对外界胁迫条件的一种适应性反应.不过,当水分胁迫程度过大时,自由基产生与清除平衡失调时,就会导致SOD酶活性的降低.3水分胁迫对清除sod和pod活性的影响植物对水分胁迫的适应性反应是一个非常复杂的生理生态学问题.形态解剖结构、生理生化的变化等都是紧密联系在一起的,是综合性的反应.实验结果表明,柚木苗随胁迫程度的增加,叶片内因出现显著的生理变化.不同程度的水分胁迫处理条件下,游离的脯氨酸与可溶性糖变化规律有相似之处,同时也存在一定的差异性.相同的是各处理脯氨酸与可溶性糖含量均随胁迫进程表现“低—高”的变化趋势.不同的是在中度胁迫下,游离脯氨酸先于可溶性糖积累,而在重度胁迫下,脯氨酸先于可溶性糖停止积累.游离脯氨酸和可溶性糖有互补的现象.活性氧代谢变化规律也有相似之处,同时也存在一定差异.相同的是各处理的活性氧清除酶(SOD、POD)活性随胁迫进程多表现“低—高—低”的变化趋势.不同的是各处理中适度的水分胁迫可导致各种酶活性上升最快、下降较慢,并始终保持较高水平.轻度胁迫或对照处理随胁迫的进行酶活性上升缓慢;而重度胁迫虽上升较快,但下降也极快.SOD、POD是机体清除超氧化物自由基或H2O2的酶类.与本实验结果类似,很多实验也证明,在水分胁迫前期SOD、POD活性有增加趋势.这种增加是植物适应水分胁迫条件下、H2O2等增多,维持细胞内活性氧累积与清除系统平衡的一种适应性调节;是减轻细胞伤害的一种反馈性代谢变化,但是胁迫时间的延长或者胁迫程度过大,SOD、POD活性大幅度下降.这是因为超氧化物自由基的过量生成超过了抗氧化酶系统的清除能力,从而造成活性氧类物质的累积,启动脂质过氧化物,并进入链式循环反应系统,同时产生类似丙