逆境胁迫对植物生理生化代谢的影响

1、逆境胁迫对植物生理生化代谢的影响20093391魏晓明 农学0901摘要：对植物产生伤害的环境称为逆境，又称胁迫。常见的逆境有 寒冷、干旱、高温、盐渍等。逆境会伤害植物，严重时会导致植物死 亡。逆境对植物的伤害主要表现在细胞脱水、膜系统受破坏，酶活性 受影响，从而导致细胞代谢紊乱。有些植物在长期的适应过程中形成 了各种各样抵抗或适应逆境的本领，在生理上，以形成胁迫蛋白、增 加渗透调节物质（如脯氨酸含量）、提周保护酶活性等方式提周细胞 对各种逆境的抵抗能力。关键词：逆境胁迫，抗逆性，相对电导率，脯氨酸，丙二醛，样 品，细胞膜透性，过氧化物酶活性，叶绿素，可洛性糖。前言：植物细胞膜起调节控制细胞内

2、外物质交换的作用，它的选择透性是其最重要的功能之一。当植物谱受逆境伤害时， 细胞膜受到不同程度的破坏，膜的透性增加，选择透性丧失，细胞内部 分电解质外渗。膜结构破坏的程度与逆境的强度、持续的时间、 作物品种的抗性等因素有关。 因此，质膜透性的测定常可作为逆 境伤害的一个生理指标，广泛应用在植物抗性生理研究中。当质膜的选择透性被破坏时细胞内电解质外渗，其中包括盐类、有机酸等，这些物质进入环境介质中，如果环境介质是蒸僻 水，那么这些物质的外渗会使蒸僻水的导电性增加，表现在电导 i / ii率的增加上。植物受伤害愈严重，外渗的物质越多，介质导电性 也就越强，测得的电导率就越高（不同抗性品种就会显示出

3、抗性 上的差异）。在植物胁迫处理过程中，叶绿素含量会下降，可以把叶绿素 含量下降看作是胁迫发展中由功能性影响到器质性伤害的一个 中间过程。过氧化物酶是植物体内普遍存在的、 活性较高的一种酶，他 与呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有密切关系，在植物生长发育过程中，他的活性不断变化，因此测量这种酶，可以反 映某一时期植物体内代谢的变化。植物体内的碳素营养状况以及农产品的品质性状，常以糖含量作为重要指标。植物为了适应逆境条件，如干旱、低温，也会 主动积累一些可洛性糖，降低渗透势和冰点，以适应外界环境条 件的变化。植物器官衰老时，或在逆境条件下，往往发生膜脂过氧化作 用，丙二醛（MDA）是其产物之

4、一，通常利用它作为脂质过氧 化指标，表示细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件反应的强弱。植物细胞膜对维持细胞的微环境和正常的代谢起着重要作 用。在正常情况下，细胞膜对物质具有选择透性能力。当植物受 到逆境影响时，如高温、干旱、盐渍、病原菌侵染后，细胞膜谱 到破坏，膜透性增大，从而使细胞内的电解质外渗，以至于植物 细胞侵提液的电导率增大。膜透性增大的程度与逆境胁迫强度有关，也与植物抗逆性的强弱有关。1材料与方法1.1供试材料取生长状况相同的健康八角金盘叶片，随机取若干叶片置于 冰箱中低温胁迫处理一段时间，另一组置于常温阴凉的室内， 待低温胁迫处理完毕，将两组叶片分别取出，作为实验材料。1.2实验设

5、计与方法将经过低温胁迫处理过的叶片标记为样品A,未经处理的叶片为样品B(1)叶绿体含量的测定。 分别取样品A与样品B叶片的剪碎样品(去掉叶中脉)各 0.18g. 将样品分别放入研钵中，加入少量石英砂和碳酸钙及95%的乙醇23ml，待研磨成匀浆，将提取液过滤至25ml棕色容量瓶中，用少量 95%乙醇冲洗研钵、研棒及残渣 数次，最后连同残渣一起倒入漏斗中。 用滴管吸取乙醇，将滤纸上的叶绿体色素全部洗入容量瓶 中，直至滤纸和残渣中无绿色为止。最后用乙醇定容至 25ml ,摇匀。 把叶绿体色素提取液 A和B分别离/3分钟后，分别倒 入光径1cm的比色皿内。以 95%乙醇为空白，在波长 652nm下测定

6、吸光度。3 / 11 相对电导率的测定。 用相同的打孔器分别在样品 A和样品B上各取30个小圆 片，在打孔过程中应尽量避开叶脉。 将样品A的30个小圆片置于大试管1中，将样品B的 30个小圆片置于大试管2中，分别向两试管各加入15ml 的蒸僻水。 将试管1和2置于37 C的恒温振荡锅中振荡 40分钟后 冷至室温后在电导仪下测电导率。 测过电导率之后，再将两试管放入100 °C沸水浴15分钟,以杀死植物组织，取出后用自来水冷却10分钟，在室温下测其煮沸电导率。过氧化物酶活性的测定。 分别取1.0g样品A和B,将其剪碎研磨至匀浆，分别过滤 至两个50ml的容量瓶中，用蒸僻水定容，分别全部

7、装入 离心管中，在每分钟 4000转的条件下离心3分钟。 各取0.1ml的离心提取液（上层清液），分别加入0.05mol/L磷酸缓冲液 2.9ml,2%H 2O2 1.0ml,0.05mol/L 愈创木酚 1.0ml 将上述溶液分别置于比色皿中，在 470nm的波长下测定 吸光度，每隔1分钟测一次，每种样品测三次吸光度。丙二醛含量的测定。 分别取1.66g样品A和样品B,再分别加入少量10%三 氯乙酸（TCA），研磨充分后再用刻度管加 TCA至溶液10ml, 将溶液在每分钟4000转条件下离，L、3分钟。 各取2ml离心上层液，分别再加入硫代巴比妥酸（TBA）2ml，充分混合后分别置于沸水浴中

8、15分钟，冷却后再离心次。 分别测定中上清液在 532nm,600nm处的吸光度值，并 以2ml的TCA作比色的空白对照，根据公式，算出 MDA 浓度。可溶性糖含量的变化。 分别取1.0g的剪碎A样品和B样品，置于两试管中，各 加入10ml蒸僻水，放在沸水浴中15分钟。 将上述溶液过滤，用蒸僻水反复漂洗试管及残渣并定容至 50ml。 各取中相应提取液 0.1ml,再分别加入5ml蕙酮试剂， 置于沸水浴中1分钟，冷却后在620nm的波长下分别测其吸 光度，以蕙酮试剂作比色皿的空白对照。2结果与分析。2.1数据记录和处理实验一样品652nm下的吸光度色素浓度（mg/l）色素总量（mg/g）样品A0

9、.42312.2611.703样品B0.2918.4351.171其中一次吸光度A652，色素浓度Ct,5 / 11Ct= A652X1000/34.5色素总量=色素浓度x提取总量/样品重实验二样品电导率(us/cm)煮沸电导率伤害率(%)样品A26170137.2样品B587018.3其中 相对电导率=处理电导率/煮沸电导率用相对电导率来反映植物的伤害率，室温下纯水的电导率为0.084 ,实验三样品第1次第2次第3次过氧化物酶活性样品A0.1700.1800.1850.0015样品B0.3100.3700.4100.0100以每分钟A470变化0.01为1个过氧化物酶活性单位(U )。过氧化

10、物酶活性U/(g.min)= ZA470xVt/WxV sx0.01xt式中：AA470为反应时间内吸光度的变化；W为叶片鲜质量(g);t为反应时间(min);VT为提取酶液总体积(ml);VS为测定时取用酶 液体积(ml)。实验四样品532nm吸光度600nm吸光度MDA含量(umol/g )样品A0.1510.0374.43x10 -9样品B0.2790.1016.92x10 -9其中 A532-A600=155000XCXL算出MDA浓度(u mol/L )，进一步算出单位质量组织中 MDA 含量(u mol/g )。式中A532和A600分另U表示532nm 和600nm 波 长处的吸

11、光度值。L为比色杯厚度(cm)，一般为1cm。实验五在620nm的波长下，样品 A的吸光度为0.428，样品B的吸光度为0.958 ,2.2实验结果分析注：图表中相应数据做了一定倍数的扩大，以便于绘制图表，反映出不同样品间各物质的差异，从而了解植物在低温胁迫下生理生化代谢的变化。(其中色素总量x10-1(mg/g);伤害率为图表中的 实际数据，无单位；酶活性x10-3U/(g.min);MDA 含量x10-9(u 7 / iimol/g）;从实验五数据可知，低温胁迫处理的叶片吸光度低，说明细 胞内积累的可洛性糖较多，致使吸光度降低。从图表中可以看出，经过胁迫处理的叶片细胞通透性增加， 色素及电

12、解质分子外流，使色素加速流出，电解质流出，使电导 率增大，代谢活动受到抑制，过氧化物酶活性降低，膜脂过氧化 作用减少，丙二醛 MAD含量减少，细胞开始积累可洛性糖。 3小结与讨论从实验中我们可以看到在低温胁迫处理下， 引起的一系列生 理生化指标的差异性变化，相比于未作处理的样品B,经过低温胁迫处理的样品A色素浓度明显增大，电导率大，过氧化物酶的 活性较低，MDA含量减少。通过实验，我们看到，经过低温胁迫处理的八角金盘叶片细 胞膜的透性增大，使大量色素和电解质流出细胞外，实验中色素浓度和电导率都比未经处理的叶片明显较大，这是细胞透性增大的依据，从实验三中，我们可以看到，样品A的过氧化物酶活性 为

13、0.0015 ,样品B的过氧化物酶活性为 0.0100 ,样品A的过氧 化物酶活性明显降低，说明此时植物体内代谢变慢，在此，我们 不能排除低温对酶活性的暂时钝化。从实验二可以看到，样品 A的伤害率（%）为37.2，样品B 的伤害率（%）为8.3，排除实验操作过程中的机械损伤，样品 A 的实际伤害率（%）为28.9（计算方式为37.2-8.3）,实验说明，低 温不仅影响细胞膜的透性，也会造成细胞结构和物理机械性损害， 给细胞组织造成伤害。由实验四可知，样品A的MDA含量(u mol/g )为 4.43x10 -9 样品B的MDA 含量(u mol/g )为6.92x10-9,其中样品 A的 MD

14、A含量明显小于样品B,又由于两种样品为同类植物，排除不 同植物种类的抗逆性差异，植物器官衰老时，或在逆境条件下， 往往发生膜脂过氧化作用，MDA是其产物之一，通常利用它作为脂质过氧化指标，表示细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件 反应的强弱，样品 A在低温胁迫下，MDA含量反而降低，说明 在胁迫过程中，细胞膜结构和膜脂含量发生变化，使膜脂过氧化作用不能顺利进行，此过程中仍不能排除低温胁迫对酶活性的影 响。植物为了适应逆境条件(如干旱、低温等)，也会主动积累 一些可洛性糖，降低渗透势和冰点，以适应外界环境条件的变化。 实验五以样品在620nm的波长下的吸光度为观察可洛性糖变化 的指标，可洛性糖含量

15、越多，吸光度越小，实验五中，样品 A 的吸光度为0.428，样品B的吸光度为0.958，说明样品A中可 落性糖的含量增加。综上实验，我们可以看出，八角金盘类植物抗逆性较差， 在低温胁迫处理后，细胞膜透性增大，低温对植物造成不可恢复 的伤害大，过氧化物酶的活性降低，细胞代谢减慢，膜结构及成 分(如膜脂)发生变化，使得膜脂过氧化作用产生障碍，在逆境9 / 11条件下，细胞开始大量积累可洛性糖，以度过不良环境。【参考文献】11郑国华，张贺英，低温胁迫对批把幼果细胞超微结构及膜透性和保护酶活性的影响，热带作物学报，2008年12月第29卷第6期。【2】王学奎 主编，植物生理生化实验原理和技术（第2版），高等教育出版社， 2006年版。【3】陈珂 徐刚,十旱胁迫对植物光合作用和活性氧代谢的影响，安徽农学通报（下半月刊）2009年16期。【4】郑元，杨途熙，魏安智，宋晓军，杨向娜，低温胁迫对仁用杏几个抗寒生理指标的影响，西北农林科技大学学报（自然科学版），2008年1日第36卷第1期。【5】王晓琴；玉米幼苗