棉花热激处理和施用脱落酸的效应

1、湖北农业科学2011年第50卷第14期2011年7月湖北农业科学Jul .,2011收稿日期:2011-02-24基金项目:农业部行业计划项目(3-5;湖北省农业科技创新中心资助项目(2007-620-001-03作者简介:陈于陇(1968-,男,湖北随州人,博士,主要从事农产品加工与保鲜研究,(电话027-*(电子信箱脱落酸(ABA 能够提高植物体的抗逆性。植物体内存在一个逆境反应系统,不同的逆境条件可能诱导不同的信号传导系统,而ABA 被认为是一种重要逆境胁迫激素1-4。热激蛋白(Heat shock pro-teins ,HSP 是指生物体受到高温、缺氧、饥饿、重金属离子等不良环境因素影

2、响时诱导合成的一类应激蛋白,存在于胞质溶胶、线粒体、叶绿体和内质网等不同部位。近20多年来,已发现在热激条件下,大豆、玉米、棉花、大麦、番茄、烟草、油菜和水稻等都能诱导合成热激蛋白,热应激研究已成为植物生物工程中较为活跃而且是发展较快的领域之一。HSP 可提高细胞的耐热性(Thermotolerance ,HSP的生成量与生物耐热性呈正相关。因此认为,HSP 可提高细胞的应激能力。当细胞受热或受其他外界应力刺激时,能获得抗性以保护细胞免受损伤。因此,研究ABA 和热激预处理后,在高温干旱条件下,棉苗体内HSP 的合成及相关抗性酶活性的适应性变化,对于探讨逆境预处理的免疫效应和提高棉苗抗逆能力,

3、保证棉花一播全苗、打下丰产基础具有重要的意义。棉花热激处理和施用脱落酸的效应陈于陇,陈求柱,杨国正,陈亮,祝珍珍,宋学贞,王德鹏,BATAUNG M(华中农业大学植物科学技术学院,武汉430070摘要:采用人工气候箱,研究了热激萌动种子(42、2h 、脱落酸(ABA (1×10-5mol /L 浸种(6h 、2叶期叶面喷施和根部灌施,对棉苗抵御(模拟高温干旱逆境能力的影响。结果表明,在高温干旱期间,与对照相比,所有处理都合成了差异蛋白质,但ABA 浸种所合成的热激蛋白(HSP 更丰富。另外,所有处理都显著提高了棉苗超氧化物歧化酶(SOD 活性;ABA 浸种、根部灌施处理和热激处理还显

4、著提高了棉苗过氧化物酶(POD 活性;ABA 叶面喷施处理和热激处理显著提高了棉苗过氧化氢酶(CAT 活性。ABA 叶面喷施处理和浸种处理降低了棉苗丙二醛(MDA 含量。关键词:棉花;脱落酸;热激;抗氧化酶中图分类号:S562;Q945.78文献标识码:A文章编号:0439-8114(201114-2828-03Effect of Heat Shock and ABA Application on Cotton SeedlingsCHEN Yu-long ,CHEN Qiu-zhu ,YANG Guo-zheng ,CHEN Liang ,ZHU Zhen-zhen ,SONG Xue-zhe

5、n ,WANG De-peng ,BATAUNG M(College of Plant Science and Technology ,Huazhong Agriculture University ,Wuhan 430070,China Abstract :In growth chamber ,the effect of heat shock on germination seeds (42,2h ,ABA (1×10-5mol /L soaking seeds(6h ,irrigating roots (5m L 1×10-5mol /L ABA per plant a

6、nd spraying on leaf (5m L 1×10-5mol /L ABA per plant at 2-leafstage on cotton seedlings were studied under simulated high temperature (35and water deficit (4d of drying condition.The results showed that ,during the high-temperature and drought period ,cotton plants treated produced HSP ,and the

7、 HSPs were more abundant in the treatment of soaking seed with ABA.All treatments increased significantly the SOD activity of seedlings.Heat s hock ,soaking seed and root irrigation with ABA all enhanced the activity of POD.Heat s hock and ABA leaf spraying also increased the activity of CAT.Besides

8、 ,soaking seed and leaf spraying with ABA lowered the content of MDA.Key words :cotton ;abscisic acid (ABA ;heat shock ;antioxidant enzyme第14期1材料与方法1.1棉苗培养方法2005年以DP99B(Gossypium hirsutum L.为试验材料,设置1×10-5mol/L ABA浸种、三叶期叶面喷施、根部灌施、热激和对照5个处理,三次重复。用1×10-5mol/L ABA浸种6h后播种(ABA浸种前,用清水在28下浸种12h,热激

9、处理用42、2h5处理萌动的棉花种子后播种,ABA叶面喷施处理和ABA根部灌施处理,在棉苗生长到三叶期时进行。试验棉苗在华中农业大学植物科学技术学院中心实验室的人工气候室内培养,培养温度为28,日光灯提供光照,光周期为光期14h、暗期10h。在装有蛭石的塑料杯(H为9cm、上为7cm、下为5cm中培养棉苗。每杯装蛭石60g,播种后总重78g,再浇水40mL。待棉苗长出后,每杯留两株苗,每4天给培养苗浇水30mL(其中,棉苗一叶期浇完全培养液,各培养杯在托盘内随机摆放,以保证每个处理处于相同的培养条件下。1.2可溶性蛋白质提取棉苗三叶期时,开始叶面喷施脱落酸(每杯10 mL1×10-5

10、mol/L ABA液、根部灌施脱落酸(每杯5 mL1×10-5mol/L ABA液,然后置于高温干旱条件下(温度35、4d左右不浇水。取叶片1g,加3 mL提取液于研钵中,提取可溶性蛋白质6。叶片研磨提取过程在冰浴上进行,静置10min,然后在410000r/min条件下离心20min,所得上清液即为蛋白质粗提液。SDS-PAGE电泳参考Laemmli的垂直板进行7。电泳凝胶用银染法染色,以分辨不同蛋白质种类,银染按The SilverQuest TM Silver Staining Kit提供的方法进行。采用Gene G enius B io-imaging S ystem (Sy

11、ngene,A D ivision of Synoptics Ltd.分析蛋白质分子量和含量。1.3超氧岐化酶(SOD活性测定采用氮蓝四唑(NBT测定法。0.05mol/L磷酸缓冲液(PBS,pH值7.8作提取液,冰浴研磨,4下10000r/min离心20min,所得的上清液即为SOD 粗提液。反应体系包括:0.05mol/L PBS1.5mL,130 mmol/L蛋氨酸(Met0.3mL,750mmol/L NBT0.3 mL,100mmol/L乙二胺四乙酸二钠(EDTA-Na20.3 mL,20mol/L核黄素0.3mL,酶液0.1mL,去离子水0.2mL,置于光下反应30min。SOD活

12、性以抑制NBT光化还原的50%为一个酶活性单位来表示8。1.4过氧化氢酶(CAT活性测定紫外分光光度法测定。提取方法同SOD。其反应体系为0.2%H2O21.0m L,去离子水1.9m L,最后加入0.1m L酶液启动反应,测定240nm处的A值降低程度。将每分钟A值减少0.01定义为1个酶活性单位9。1.5过氧化物酶(POD活性测定愈创木酚法测定。酶液的提取同SOD的提取方法。其反应体系为0.2%H21.6丙二醛(MDA含量测定硫代巴比妥(TBA法测定。以50mmol/L磷酸缓冲液(PBS,pH值7.0在冰浴中提取,4时以10000r/min离心20min,上清液即为丙二醛粗提液。反应体系包

13、括0.5%硫代巴比妥(TBA2.5mL,酶液1.5mL,混合后在沸水浴中煮15min,冷却后,分别测定酶液在450、532和600nm处的吸光度,按公式C(mol/L=6.45×(A532-A600-0.56×A450计算出MDA浓度,再计算出单位鲜重组织中MDA含量(mol/g8。1.7数据分析采用Excel2003作差异显著性检验(LSD法 2结果与分析2.1棉苗HSP表达从凝胶泳道上可以清楚地看出,与对照相比(泳道10、11,所有处理都合成了非常丰富的HSP,尤其以小分子量HSP为主(图1。采用凝胶自动成像系统扫描分析。结果(表1表明,ABA根部灌施处理检测到11种蛋

14、白质,其中6种HSP,关闭了1种蛋白质的合成;ABA浸种处理也合成了11种蛋白质,其中9种HSP,关闭了1、2.喷施;3、4.根部灌施;5、6.浸种;7.Marker;8、9.热激处理;10、11.对照图1棉苗叶片可溶性蛋白质凝胶电泳97400D66200D43000D31000D20100D陈于陇等:棉花热激处理和施用脱落酸的效应2829湖北农业科学2011年4种蛋白质的合成;热激处理合成了7种蛋白质,其中4种HSP,关闭了3种蛋白质的合成;ABA叶面喷施处理检测出5种蛋白质,其中2种HSP,同时关闭了3种蛋白质的合成。对照中87kD在所有处理中都没有得到表达,说明其与棉苗正常生长发育关系不

15、大;而30kD在所有处理中得到了表达,说明其是组成型表达的,与棉苗正常生长发育相关。ABA 根部灌施处理保留了6种蛋白质的合成,浸种处理保留了2种,叶面喷施处理和热激处理都保留了3种蛋白质。表明不同预处理后,棉苗对次生逆境的反应机制存在一定差异。ABA根部灌施处理和浸种处理不但表达了热激处理中所表达的热激蛋白,并且还表达了热激处理中所没有的大分子量蛋白质(>100kD和中等分子量蛋白质(40100kD。从各处理蛋白质的合成量来说,所有对照中合成的蛋白质的合成都受到了不同程度的抑制(除热激处理的15kD之外,其中对17kD的抑制最强。HSP合成量超过1g/g的有5种,其中含量最高的是ABA

16、浸种处理的HSP14kD,其含量达到4.24g/g,其次是ABA叶面喷施处理的HSP21kD,达到2.31g/g,热激处理的HSP14kD,含量为1.46g/g。2.2不同预处理抗氧化酶活性和MDA含量生物体内抗氧化酶活性可以反映其抵御逆境的能力,而MDA含量可以间接反映生物体遭受逆境破坏的程度。经受不同形式的逆境预处理之后,棉花幼苗在次生逆境条件下,其体内SOD活性,热激处理极显著高于对照,其他处理显著高于对照; CAT活性,ABA叶面喷施处理极显著高于对照,热激处理显著高于对照,其他处理与对照相当;POD 活性,除ABA叶面喷施处理与对照相当外,其余处理均显著高于对照;MDA含量,ABA叶

17、面喷施处理和浸种处理显著低于对照,其余处理与对照相当(表2。说明亚致死逆境预处理能提高棉苗抗次生逆境的能力。3小结与讨论ABA根部灌施处理、浸种处理和热激处理的棉苗在高温干旱条件下,能够表达比对照更多种类的HSP。由此可见逆境预处理能够诱导棉苗HSP基因的表达。分析测定棉苗在高温干旱条件下叶片内的抗氧化酶活性和MDA含量表明,这些被诱导的HS P基因的表达与棉苗在高温干旱条件下的抗性有关。不同处理,棉苗合成的HSP种类和数量不同,其中ABA浸种处理表达了9种HSP,特别是小分子量的HSP,而且其HSP的量最大。热激处理显著或极显著提高了3种抗氧化酶活性,ABA处理(浸种、根部灌施和叶面喷施都显

18、著提高了至少2种抗氧化酶活性。因此,各处理MDA含量显著低于对照或与对照相当。说明逆境锻炼有助于棉苗获得一定的抗逆能力,其机制是通过启动HSP基因的表达,提高抗氧化酶活性,保护细胞免受伤害。参考文献:1WANG X Q,UMAH H,JONES A M,et al.G protein regu-lation of ion channels and abscisic acid signaling in Arabidop-sis guard cellsJ.Science,2001,292:2070-2072.表1不同预处理棉苗叶片热激蛋白及其含量蛋白质分子量kD120766154443836301

19、71514蛋白质含量g/g0.200.180.551.020.310.480.160.723.511.081.17蛋白质分子量kD1501201007567614037302214蛋白质含量g/g0.280.150.281.060.350.340.200.392.410.574.24蛋白质分子量kD110743630171514蛋白质含量g/g0.290.140.380.591.217.991.46蛋白质分子量kD5630211715蛋白质含量g/g0.881.472.314.081.90ABA根部灌施ABA浸种热激ABA叶面喷施对照蛋白质分子量kD876154301715蛋白质含量g/g1.

20、490.722.092.436.332.69表2不同预处理棉苗抗氧化酶活性和MDA含量指标SOD CAT POD MDA ABA叶面喷施160*5.2*1.50.28*ABA根部灌施184*2.62.5*0.41ABA浸种201*2.62.4*0.32*热激444*3.9*2.9*0.40对照1072.31.90.40注:“*”表示与对照相比差异显著,“*”表示与对照相比差异极显著;酶活性的单位为U,MDA含量的单位为mol/g。2830第14期收稿日期:2010-07-15基金项目:国家测土配方施肥补贴资金项目(财政部财农200821号作者简介:祁大成(1974-,男,湖北红安人,农艺师,主

21、要从事土壤肥料技术推广工作,(电话135*(电子信箱haskz ;通讯作者,冯旭东,(电话0713-*(电子信箱30106580 。红安是全国花生重点产区之一,是全国花生集中程度最高的县市,素以“花生之乡”而享誉全国,也是湖北省花生产业大县。红安全县常用耕地面积3.8万hm 2,常年花生播种面积2.0万hm 2左右,占全县常用耕地面积的50%以上,近年来花生播种面积逐年增加。依据国家花生“3414”肥料效应试验及推荐施肥分析祁大成1,冯旭东2,董红梅2,王洪波2,刘萍2,吴学文2(1.湖北省红安县土壤肥料工作站,湖北红安438400;2.湖北省红安县农业技术推广中心站,湖北红安438400文献

22、标识码:A文章编号:0439-8114(201114-2831-03“3414”Fertilizer Trial of Peanut and Analysis on the Optimal Fertilization AmountsQI D a -cheng 1,FENG X u -dong 2,DONG H ong -mei 2,WANG H ong -bo 2,LIU Ping 2,WU X ue -wen 2(1.Soil and Fertilizer Station of Hongan County in Hubei Province ,Hongan 438400,Hubei ,Chi

23、na ;2.Agri-technical Extension Central Station of Hongan County in Hubei Province ,Hongan 438400,Hubei ,China Abstract :The optimal fertilization amounts of peanut in Hongan county was studied through “3414”fertilizer trial ,and es -tablishment of regression equation of fertilization amounts and yie

24、ld .Insufficient and incomplete fertilization would influence the growth and yield of peanut at different degree.The application of nitrogen ,phosphorus and potassium fertilizer with ratio-nal proportion could obviously promote the growth of peanut.In medium fertility situation ,the optimal amount o

25、f N ,P 2O 5and K 2O for peanut was 108.8kg /hm 2,116.4kg /hm 2and 131.3kg /hm 2respectively.The analysis result would provide rational fer -tilization scheme for peanut cultivation and would provide scientific basis for fertilization and utilization of the soil of peanut field.Key words :peanut ;fer

26、tilizer effect ;fertiliz ation recommendat ed2JIA W S ,ZHANG J H ,LIANG J S.Initiation and regulationof water deficit -induced abscisic acid accumulation in maize leaves and roots :cellular volume and water relation J .J Exp Bot ,2001,52(355:295-300.3XIONG L M ,LEE B H ,ISHITANI M ,et al.FIERY1encod-i