电导法在植物研究中应用.doc

窗体顶端电导法在植物研究中应用窗体顶端安徽农业科学 2014年17期摘要 通过总结电导法在植物抗逆性、种子活力、植物养分等方面的研究，阐述了研究方向和研究进展，并且结合自身的研究实践，提出目前研究的不足和自身对未来研究的展望。关键词 电导法；植物研究；展望中图分类号 S184 文献标识码A 文章编号 0517-6611（2014）17-05358-02Abstract This paper summarized the conductivity method in plant resistance， seed vigor， plant nutrients and so on to expound the research direction and research progress， and finally put forward the deficiency of the present research and prospect for the future research based on the authors own research in this field.Key words Conductivity method； Botanical research； Prospect电导法是用于测量各种液体介质简单、快速、高效的科学方法。由于各种液体因所含成分和浓度不同，其导电性能存在差异，由此可通过测量液体电导率来判定所检测液体中所含溶质的成分和浓度。该技术已被广泛用于工农业等各个领域。随着电导仪的系统开发和功能拓展，已充分显示出其广泛的应用前景。在植物研究方面，电导法的运用已非常普遍且卓有成就，如植物抗寒性1-11和耐热性比较12-27等。电导法分析快速、操作简便、不消耗样品与试剂的优势为植物研究注入新的活力，尤其是研究者刚涉足的植物养分诊断分析研究。然而，关于电导法在植物研究方面的综述性报告几乎没有。因此，总结前人关于电导法在植物方面的应用研究，了解目前的研究方向和研究进展，在植物研究与应用上意义重大。1 在植物抗逆性中的应用冷冻、高温、干旱等不良环境会使植物细胞的质膜结构受损，透性增大。测定质膜透性变化的最常用的方法是测定组织外渗液电导率的变化。伤害越大，电解质外渗越多，电导率越大，从而用电导率来反映逆境对植物的伤害程度和植物的抗性强弱。1.1 抗寒性植物抗寒性是电导法在植物研究中最广泛的研究。Lyons1早在20世纪70年代就提出电导法可用于植物抗寒性的比较，已应用于葡萄2、枣3-4、油茶5-6、香樟7-8、大叶女贞9-10和竹子11-12等植物的抗寒性研究。然而，由于各种植物的自身性质不同，研究的操作处理和结果有所差异。由于不同植物存在电解质丰度差异，初始电导率值往往掩盖电导率变化值，从而掩盖物种的受伤害程度13，因此很少采用直接电导率值作为抗寒力的指标。Cornelissen等14认为，叶片相对电导率是衡量植物耐冻性能的重要生理指标。电解质外渗率不同计量方式表现精度不一，且选择适当的温度范围非常重要15。试验材料、低温持续时间、薄片浸泡、煮沸时间等也影响结果的准确性，目前研究材料大部分为叶片和枝条2-3。陈建白16研究表明，叶柄切段比叶圆片更适于各橡胶品系电导率的测定。孙文生等17认为，低温持续时间对电解质渗出率的变化起决定性的作用，并且呈紧密的线性关系。章文才18认为，低温处理时间的选择以能够充分反映品种抗逆性强弱为原则。刘绍俊等19认为，如果胁迫温度和时间设置不当，Logistic方程拟合度低，那么拐点温度就不能很好地反映品种间的抗寒性差异。取材时期和材料生长状态一致，才能得到相对准确的结果。电导法只是测试的其中一种方法。要全面、客观地研究其抗寒性，还需与其他测试方法作比较，如低温时细胞结构变化、酶活性测定等研究11。Logistic方程拟合得到的半致死温度受试验材料、试验条件等多方面因素的影响，与实际可忍受的低温极限值存在一定差异2。研究采用离体枝条，与其整个植株在田间的耐寒性之间存在差距，尚需进一步研究找出它们之间可能存在的关系。1.2 耐热性电导法配合Logistic方程是一种评价耐热性常用且简便的方法20-22。Martireau等23认为可以测定叶片外渗电导率来确定高温对叶片的伤害。Tischler 等24把相对电导率作为耐热性研究一个重要指标。张文娟等25发现，处理温度与细胞伤害率之间呈现“S”型曲线，符合Logistic方程。饶贵珍等26认为，观赏南瓜苗期相对电导率和高温期的座果率、产量、病毒病情指数作为耐热性的指标，其结果具有一致性。运用电导法研究得出，热锻炼可提高细胞的耐热性及其机理27。由于研究是在植物离体条件下进行，且材料多为叶片，不能全面代表植物的整体耐热性。此外，植物的耐热性受诸多环境因素的影响，因此可结合其他各类因子对植株的耐热性进行深入研究。1.3 抗旱性质膜透性反映植物的耐旱性，是一种较综合且准确的抗旱指标28。质膜透性的增加是植物干旱伤害的本质之一。通常，耐旱树种具有较低的电解质外渗率，耐旱性弱的品种电导率增加较快29-30。在干旱胁迫下，反映叶片受伤害程度的相对电导率和反映叶片渗透调节能力的电导率极值均表现出升高趋势31。目前，大部分抗旱性研究多是对比正常和胁迫条件下相对电导率来研究植物的耐旱性，而较少涉及电导率随水分胁迫的动态变化的研究。另外，研究多集中抗性强弱判断，对抗性机理和增强抗性方面的探究较少。2 在植物种子活力中的应用种子活力是比发芽率更敏感的指标，是指高发芽率种子批间在田间表现的差异。通常，高发芽率的种子具有高活力，但两者不存在正相关。电导率测定种子活力的原理是种子吸胀初期细胞膜重建和损伤修复的能力影响电解质和可溶性物质外渗的程度，重建膜完整性的速度越快，外渗物就越少，电导率与种子活力呈负相关32。Goel等33研究表明，棉花种子发芽率的降低与种子浸出液电导率的增加呈正比。上一页1 2 3 下一页 余下全文 共 3 页 适宜的浸泡时间是保证电导法准确测定种子活力的关键。杂交水稻种子在20 条件下浸泡24 h34，穿心莲种子浸泡6 h35，大豆新、陈种子分别浸液24和20 h36，其电导率所反映的种子活力高低状况与活力指数一致。周大云等37则建议将测定值转化成单位时间电导率的增加值，能更准确地反映种子活力水平。电导法测定种子活力也有局限性，因为电导率结果受包括种子大小、种皮的完整性、种子水分含量、电导率测定的仪器、机械损伤以及测量温度等因素的影响；剔除种皮机械损伤的种子，肉眼观察不够准确，而且剔除损伤种子后测定结果会高估种子活力。3 在植物组织养分中的应用大量植物养分状况的测试和评价方法已被广泛用于生产，但多数方法价格昂贵、操作繁琐、时间久，严重限制了大批量样品养分测定和生产的快速实时判定。因此，急需探索便捷、实用的植物养分监测技术。电导法是测试液体介质的快速、高效的科学方法，已有研究者将电导法应用到植物养分的研究中。植物细胞中的养分物质复杂多样，故研究混合电解质的电导率特征很有必要。研究表明，在低浓度范围内，当温度一定时，混合电解质溶液浓度增加，混合溶液电导率升高；当溶液浓度一定时，温度升高，混合溶液电导率升高38-39。孙存华40应用电导法测定植物组织中钾含量，得出实用结果。孙钟雷等41研究表明，电导率与榨菜盐分含量之间达0.01水平显著的相关性。陈真权等42以油茶为材料，测定油茶叶片组织液的相对电导率，发现它与叶片N、P、K含量之间相关性良好，且均遵循多项式拟合方程。该研究为实现植物养分测定过程中快速分析进行了有益的尝试。4 其他由于电导率法具有分析快速、操作简便、不消耗样品与试剂的特点，被广泛地应用于植物细胞的研究中。薛伟明等43采用电导法反馈提取液中有效成分的提取规律及提取终点的研究，发现有效成分含量-电导率值、质量转移率-电导率值之间线性关系良好。电导率值可以直观地表征提取过程中有效成分的提取规律和溶出程度。孟琴等44认为，电导率法是测定植物细胞生长量的最佳方法。电导法通过测定培养液电导率可以准确、快速地得到细胞生长速率，而且不产生任何不利于细胞生长的负效应，不受细胞形态的局限，又可以实现在线测量。电导法也被用于测定植物细胞呼吸速率的研究中，且品种适用性广泛45。5 结语目前，电导法关于植物的研究主要集中在植物抗逆性方面，且仅宏观地反映电导率与植物抗性的相关性，而很少涉及内部微观物质的研究，如与抗性相关的脯氨酸含量等。电导法应与其他的测试方法相对比，从而更全面、客观地评价植物的抗逆性。另外，研究采用的是离体材料，势必与整个植株的生理有差异。在电导法关于种子活力的研究中，种子浸泡时间段选择较少，所用组合数量有限，较少测定种子的田间出苗率，利用自然老化种子进行对比试验。电导法应用于植物养分诊断分析，通过测定植物组织电导率来实时判定植物的养分状况的研究，是电导法在植物研究方面的一个新的方向，研究意义重大。电导法对植物研究的操作过程技术规范还不完善，如材料的选择与处理、浸泡温度与时间、加入介质的量以及对外界条件的控制等。电导仪是一个精密的仪器，然而应用研究多为简单的强弱比较如抗逆性、种子活力的比较，所以进一步地研究应量化指标，使得结果精确化。参考文献1LYONS J M.Chilling injury in plantsJ.Ann Rev Plant Physiol，1973，24：445-446.2 马小河，唐晓萍，董志刚，等.6个酿酒葡萄品种抗寒性比较J.山西农业大学学报：自然科学版，2013（1）：1-5.3 王晓玲，胡亚岚，毛丽衡.不同枣品种抗寒性的比较J.北方园艺，2012（19）：1-4.4 万仲武，王文举.用电导法配合Logistic方程确定灵武长枣抗寒性的研究J.宁夏农林科技，2012（11）：89-90.5 王东雪，曾雯珺，金颐熙，等.4个油茶无性系耐热、耐寒性研究J.安徽农业科学，2012（32）：787-789，803.6 曾雯珺，江泽鹏，陈伟，等.广西油茶主栽无性系低温半致死温度与耐寒性研究J.中国农学通报，2013（4）：23-25.7 化黎玲，胡明月，袁俊云，等.香樟大树相对电导率测定试验J.山东林业科技，2013（1）：65，54.8 王团荣，马俊青.电导法测大叶樟和小叶樟的抗寒性研究J.河南农业科学，2012（12）：138-140.9 林艳，郭伟珍，徐振华，等.大叶女贞抗寒性及冬季叶片相对电导率变化研究J.天津农业科学，2012（5）：145-149.10 李忠喜，姚莹莹，罗晓雅，等.抗寒型大叶女贞的筛选及其抗寒性与相对电导率的关系J.上海农业学报，2012（2）：21-24.11 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