干旱脅迫對苗期紫花苜蓿3種生理指標的影響

霍學敏,呼天明,楊培志,孫偉澤,韓云華

（西北農林科技大學動物科技學院,陜西 楊凌 712100）

紫花苜蓿Medicago sativa是我國干旱半干旱地區廣泛種植的一種牧草,具有抗逆性強、產量高、品質好等諸多優點,是反芻動物的理想飼料,在我國的畜牧業發展和改善生態環境中起著非常重要的作用[1]。

干旱是造成苜蓿產量和品質下降的一個主要原因[2]。近年來有許多關于植物抗旱生理方面的研究[3-11],大多采用PEG處理的方法模擬干旱脅迫,但此方法同時也造成滲透脅迫。本試驗首次采用了改良空氣干旱法對苜蓿進行干旱處理,用試劑盒測定了丙二醛（MDA）含量、抗壞血酸（AsA）含量和過氧化物酶（POD）活性3項生理指標,以期了解苜蓿抗旱的生理機制,為苜蓿抗旱育種提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料試驗選用紫花苜蓿品種金皇后商品種子,浸于質量分數98%濃硫酸中1 h打破休眠,再用質量分數 5%次氯酸鈉溶液消毒5 min,最后用蒸餾水沖洗至pH值中性。將處理后的種子擺放在直徑12 cm的培養皿中（100粒/皿）于人工氣候培養箱（ZPQ-350型）內20℃恒溫連續暗培養3 d后再移入營養缽（內徑9 cm,高9 cm）中繼續培養。培養基質為河沙,培養液為1/4Hoagland營養液。幼苗培養于2008年12月在西北農林科技大學全自動PVC溫室進行。

1.2 試驗方法待苜蓿長出3～5片真葉時,用自來水洗出根,得到完整植株。用改良空氣干旱法進行干旱處理：即用高級吸水紙將根部包起后懸于細鐵絲上進行0、1.5、3、4.5和6 h的干旱處理（室內溫度15℃,濕度55%～50%）,每個時間點分別準確稱取0.5 g地上部分和地下部分新鮮樣品待測,重復3次。每份樣品加入pH值7.4的磷酸緩沖液4.5 mL,冰浴研磨,8 000 r/min下低溫離心15 min,取上清液測定其中的MDA含量、AsA含量和POD活性。指標測定均采用南京建成生物公司生產的試劑盒按說明書步驟操作,測定原理分別為硫代巴比妥酸（TBA）法、啡羅啉法和愈創木酚法。以每毫克組織蛋白每分鐘催化產生1 μ g底物的酶量定義為一個酶活力單位（U）。

1.3 數據處理方差分析采用SPSS16.0軟件；繪圖采用Excel2003軟件。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對紫花苜蓿MDA含量的影響MDA是質膜過氧化作用的產物之一,其含量一般用來指示膜脂質過氧化的程度[12]。試驗中苜蓿地上部分和地下部分的MDA含量均隨著干旱時間的延長呈現逐漸增加的趨勢（圖1）。地上部分增加緩慢,6 h后才有顯著變化；地下部分在干旱3 h內增加緩慢,3 h后急速增加,增加速率是之前的13倍,說明此時苜蓿根系已經受到一定程度的過氧化傷害,發生了脂質過氧化作用。干旱6 h,苜蓿地下部分的MDA含量達到最大,為14.54 μ mol/g。在整個干旱過程中,苜蓿地下部分的MDA含量始終高于地上部分,說明根部比地上部分對干旱更為敏感。

圖1 干旱脅迫對紫花苜蓿MDA含量的影響

2.2 干旱脅迫對紫花苜蓿AsA含量的影響AsA在氧化脅迫防御中起重要作用,作為植物體內重要的抗氧化劑,它可通過多種機制來減少活性氧的量,一方面AsA能直接清除超氧陰離子、單線態氧、羥自由基和過氧化氫等活性氧,另一方面AsA能作為抗壞血酸過氧化物酶清除過氧化氫的電子供體,來間接地清除活性氧[13]。隨著干旱處理時間的延長,苜蓿地上部分和地下部分的AsA含量均呈逐漸增加的趨勢（圖2）。干旱4.5 h,地上部分的AsA含量與對照相比有了顯著增加；地下部分的AsA含量在3 h前增加緩慢,3 h后增加速率加大,是之前的6.35倍。說明此時苜蓿已經感受到由干旱引起的氧化脅迫,并啟動了非酶系統來減輕自身的受害程度。整個過程中,地下部分的AsA含量始終高于地上部分,AsA含量顯著增加的時間也短于地上部分,說明根系對干旱脅迫的反應較地上部分更為靈敏。

圖2 干旱脅迫對紫花苜蓿ASA含量的影響

2.3 干旱脅迫對紫花苜蓿POD活性的影響POD是植物體內一種非常重要的保護酶,可以清除體內的過氧化氫和其他一些活性氧自由基,與其他一些保護酶（如SOD、CAT等）一起保護植物免受氧脅迫傷害。苜蓿地下部分的POD活性隨著干旱時間延長呈現出先降低后升高的趨勢,地上部分并未發生明顯變化（圖3）。干旱1.5 h,地下部分的 POD活性與對照相比下降了7.79%,但方差分析并不顯著。之后一直呈上升趨勢。3 h后上升速率加快,是之前的9.11倍,說明此時苜蓿根部已經感受到活性氧的脅迫并且啟動了保護酶系統進行防御。干旱6 h后,POD活性達到最大,比對照增加了81.7%,說明此時正是POD發揮其清除自由基作用的黃金時期。

圖3 干旱脅迫對紫花苜蓿POD活性的影響

3 討論與結論

李文嬈等[14]研究發現：紫花苜蓿葉片及根系MDA含量在脅迫初期未發生明顯變化,但隨著脅迫的延續而逐漸累積,根系MDA含量變化幅度明顯大于葉片,與本試驗研究結果一致。阿爾岡金葉片及根系的POD活性隨著脅迫時間的延長而顯著增強,葉片POD活性在脅迫12 h達到最大值,并保持較高活性,根系POD活性在脅迫24 h達到最大值后略有下降,而本試驗結果顯示苜蓿根部POD活性呈逐漸增加的趨勢,地上部分POD活性則無明顯變化。可能是干旱處理程度輕,時間短所致。王文斌等[15]研究發現：苜蓿芽中POD活性在氯化鈉脅迫前后無顯著變化,且明顯低于根,認為其具有器官差異性,POD在根中比在芽中可能發揮著更為重要的作用,與本試驗的研究結果一致。他們還發現芽中同工酶譜帶少于根,各同工酶活性也較弱,認為由此導致芽中的POD活性明顯低于根。

呂長平等[16]在對草莓Fragaria ananassa的研究中發現：隨水分脅迫程度的加深,抗壞血酸含量不斷降低,且抗旱性強的品種高于抗旱性中等和抗旱性弱的品種,其含量與抗旱性呈正相關。但也有研究[17]顯示：植物在諸如臭氧、SO2高鹽、低溫和干旱等逆境中,體內的AsA含量至少會暫時的增加,其原因主要是由于AsA合成酶和再生酶活性的增強。本試驗結果表明：在短時間的輕度干旱脅迫下,隨著干旱時間的延長,紫花苜蓿地上部分和地下部分的AsA含量均逐漸增加,可能也與其合成酶與再生酶活性增強有關。

本試驗（采用改良空氣干旱法模擬干旱脅迫）所觀察到的紫花苜蓿在干旱脅迫下3種生理物質的動態變化與前人[15,17-18]研究結果一致,說明改良空氣干旱法模擬干旱脅迫效果明顯且不產生滲透脅迫,可以作為一種模擬方法選用。

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