干旱处理对黄瓜幼苗相对电导率的影响

前言多年来，水资源短缺和干旱一直是全球性问题，也是农业巨大损失的主要原因之一[1]。我国干旱地区可分为：东北地区、黄海和淮海平原地区、西北和内陆地区、长江中下游和太湖区、华南地区以及西南地区[2]。近几年来，由于偶然性和周期性的降水减少以及不合理的农业灌溉，造成大部分地区水资源短缺，从而使干旱胁迫现象迅速增加[3]。当植物受到干旱胁迫后，会破坏体内的水分平衡，导致气孔关闭和光合速率降低[4]。当干旱变得严重时，植物体内会产生和积累大量的活性氧，使得叶绿体结构被破坏，光合作用的相关酶失活或变性，并最终抑制植物的生长[5]，导致作物减产，造成经济损失。由于干旱会严重影响作物的生长、产量和品质，因此耐旱品种的选育以及抗旱栽培的研究显得尤其重要。黄瓜（学名：CucumissativusL.），是甜瓜属中幼果具刺的栽培种，葫芦科一年生蔓生或攀援草本植物[6]。黄瓜是深受人们喜爱的蔬菜之一，在全国各地均有种植，也是设施栽培中的主要农产品之一。黄瓜的含水量很高，达到了9成以上，且黄瓜对水分变化敏感，干旱严重影响其生长、产量和品质[7]。因此，水对黄瓜的生长和发育具有很明显的影响，与其他耐旱作物相比，黄瓜生长期较短，水管理频率更为明显[8]。黄瓜对水分需求量高，我国西北地区干燥缺水，雨量较少，耕作大多靠人工浇灌，导致干旱胁迫的严重性尤为显著[9]。经济不断上升，黄瓜的需求量也日渐增加，而干旱半干旱地区的干旱胁迫对黄瓜的危害也逐渐加重。本试验利用PEG600对黄瓜进行模拟干旱胁迫并测定其相关生理生化指标变化，为选育良种黄瓜和栽培中抵抗干旱环境提供实用依据。材料与方法材料黄瓜种子，取浸种催芽后的黄瓜种子种于育苗穴盘中，放入光照培养箱（白天28℃，夜间16℃）中培养，待苗长至四叶一心时，用20%聚乙二醇溶液进行模拟干旱处理，分别于处理0d,3d,6d（d，天）对叶片（去除叶脉以及叶边缘）进行取样（将叶片剪碎分别称取0.3g于塑封袋中放入冰箱中保存）测定相关生理生化指标。实验方法相对电导率的测定（1）方法：浸泡法[10]丙二醛含量的测定（1）方法：硫代巴比妥酸显色法[11]过氧化物酶活性的测定（1）方法：愈创木酚法[12]过氧化氢酶活性的测定（1）方法：高锰酸钾滴定法[13]注：2.2.1-2.2.4中所有计算过程根据附录中的公式来算数据分析Excel(office2010)进行实验数据的统计和作图,SPSS17.0进行数据分析。结果干旱处理对黄瓜幼苗相对电导率的影响见图1，实验组电导率有增幅，与对照相比，干旱处理0d和3d后黄瓜幼苗叶片的相对电导率升高都不显著，而在干旱处理6d后黄瓜幼苗叶片的相对电导率升高极显著（图1）。这说明在干旱胁迫下细胞膜的结构和功能受到伤害，细胞膜透性增大，使细胞中电解质外渗，细胞内可溶性有机物也随之渗出。图SEQ图\*ARABIC1干旱处理对黄瓜幼苗相对电导率的影响干旱处理对黄瓜幼苗丙二醛含量的影响见图2，实验组丙二醛含量小幅度降低后又大幅度升高，与对照相比，干旱处理3d和6d后黄瓜幼苗的丙二醛含量都差异显著，且干旱处理6d后黄瓜幼苗的丙二醛含量差异极显著（图2）。黄瓜幼苗在遭受干旱胁迫后，其丙二醛含量增加，可知干旱胁迫加速了黄瓜幼苗组织或器官膜脂质的过氧化程度，对黄瓜幼苗正常生长造成阻碍。图SEQ图\*ARABIC2干旱处理对黄瓜幼苗丙二醛含量的影响干旱处理对黄瓜幼苗过氧化物酶活性的影响见图3，只在干旱胁迫进行到第6d时实验组与对照组的过氧化物酶活性差异显著（图3）。过氧化物酶活性于长时间干旱胁迫后升高，说明黄瓜受到干旱胁迫后会刺激过氧化物酶活性，使其增高，从而来清除自由基活性氧，以维持自身的生长，近而减少干旱胁迫所给自己带来的伤害。图SEQ图\*ARABIC3干旱处理对黄瓜幼苗过氧化物酶活性的影响干旱处理对黄瓜幼苗过氧化氢酶活性的影响见图4，实验组与对照组过氧化氢酶活性走势相近，均先上后下降，较对照组而言，在6d时干旱处理与对照黄瓜幼苗的过氧化氢酶活性差异极显著。（图4）。说明过久的干旱胁迫会使其内的过氧化氢酶活性降低，减小了过氧化氢酶的活性使黄瓜的氧化性损伤变重，使黄瓜的抗旱能力下降，加重了干旱胁迫对黄瓜的伤害。图SEQ图\*ARABIC4干旱处理对黄瓜幼苗过氧化氢酶活性的影响讨论干旱胁迫对细胞质膜有负面作用，一般体现为丢失选择透性，大批电解质和小分子有机物渗透[14]。细胞膜的透性与植物细胞受害的严重性有很大关联，干早胁迫中，细胞膜结构的完整性与细胞膜的透性息息相关，细胞膜结构损害程度大其透性随之增大，而细胞膜结构的完整性可由电解质渗漏的值检测[15]。本试验中，胁迫过程黄瓜的电导率的走势为上升，且在胁迫6d后黄瓜叶片的电导率较对照有明显的增幅，而在0-3d间干旱处理的相对电导率较对照无明显变化，表明随着干旱胁迫时间的增加，细胞膜受损程度和细胞内物质外渗程度逐渐增大，膜损伤程度逐渐增大，抗旱性逐渐减弱[16]。细胞膜过氧化后会衍生出丙二醛，随着过氧化的加剧，丙二醛的含量也随之增多，最终使流动性及膜电阻下降而膜的生理完整性遭到损害[17]。在黄瓜幼苗经干旱处理后，其丙二醛的含量呈现了先下降后升高的趋势，且在第3d的时候干旱处理黄瓜幼苗的丙二醛含量低于对照，这说明在干旱胁迫前期，会刺激其体内的保护酶，使抗氧化酶活性增高从而消除干旱胁迫初期产生的自由氧活性基，控制丙二醛的含量[18]；在第6d时黄瓜幼苗丙二醛的含量较对照升高且达到了极显著水平，说明随着胁迫时间的增加，黄瓜幼苗体内的调节机制遭到破坏，加剧了丙二醛在细胞内的产生和累积，加速了膜系统的损伤和细胞的死亡[17]。黄瓜抵抗干旱胁迫有多种途径，膜脂过氧化防御系统有众多保护酶，而过氧化物酶最重要的一种，抵抗逆境环境的作用尤为突出[19]。过氧化氢酶是生物防御体制的重要酶之一，它能消除体内的H2O2使其分离为分子氧和水，从而使细胞维持较正常的生理状况，减少H2O2带来的损害[20]。黄瓜幼苗遭受干旱胁迫后，其过氧化物酶的活性在0d和3d时较对照组都无明显变化，在第6d时过氧化物酶的活性较对照升高且达到显著水平，说明在干旱胁迫6d后触发了黄瓜幼苗的酶保护机制，迫使过氧化物酶活性升高从而提高黄瓜幼苗的抗旱性。而过氧化氢酶的活性在经过干旱胁迫后，在0d和3d时较对照也无明显变化，在第6d时过氧化氢酶活性较对照降低且达到了显著水平，与过氧化物酶在第6d时的活性完全相反。有研究表明，黄瓜幼苗在干旱胁迫过程中会大幅度提高过氧化氢酶活性，而本试验结果则完全相反，这可能是因为黄瓜幼苗通过过氧化物酶活性和过氧化氢酶活性的升高、降低的协调作用使得干旱胁迫产生的有害代谢物质保持在低水平,进而保护黄瓜幼苗可以存活。也可能是由于干旱胁迫的时间过短，还不足以迫使黄瓜幼苗触发酶保护机制。结论本文通过分析干旱胁迫下黄瓜幼苗的四个生理生化指标，表明：随着干旱胁迫时间的增加，黄瓜幼苗中的相对电导率逐渐升高，且6d时较对照明显升高达到极显著水平；丙二醛的含量呈现先降低后升高的趋势，且较对照而言3d时达到了显著水平，6d时达到了极显著水平；过氧化物酶的活性和过氧化氢酶的活性在0d和3d时与对照相比都无明显变化，过氧化物酶活性在6d时较对照升高且达到显著水平，而过氧化氢酶的活性在6d时较对照降低且达到显著水平。说明干旱胁迫对黄瓜幼苗生长有鲜明的遏制作用，且相