PEG6000和甘露醇模擬干旱脅迫效應(yīng)比較研究

何正付 王鳳立 柏新盛

摘 ?要：PEG6000和甘露醇都是常用的模擬干旱的滲透劑，但兩者對(duì)植物的影響可能存在一定的差異。實(shí)驗(yàn)研究了滲透勢(shì)為-0.38MPa的甘露醇和PEG6000對(duì)玉米幼苗凈光合速率、膜透性及根呼吸速率的影響。結(jié)果表明，甘露醇處理的玉米根細(xì)胞質(zhì)膜透性大于PEG6000處理的;葉片凈光合速率和根系呼吸速率的下降幅度也都大于PEG6000處理的。由此可見，PEG6000作為滲透劑比甘露醇對(duì)植物的傷害要小。

關(guān)鍵詞：PEG6000;甘露醇;滲透脅迫;玉米

中圖分類號(hào) Q945.78文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）10-0019-02

干旱會(huì)引起植物細(xì)胞失水、膨壓?jiǎn)适А⑸L(zhǎng)發(fā)育受阻甚至死亡等[1]。揭示植物的抗旱機(jī)理、提高植物的抗旱性，是很多研究工作者一直以來的目標(biāo)。在植物抗旱研究的過程中，土壤作為研究系統(tǒng)，具有組分復(fù)雜難以控制、與土壤其他脅迫效應(yīng)難以區(qū)分的問題。目前，聚乙二醇6000（PEG6000）是廣泛選用的模擬干旱的滲透劑[2]，但也有報(bào)道認(rèn)為，PEG6000溶液的粘度會(huì)造成植物根系缺氧而產(chǎn)生傷害[3]。甘露醇也是一種常用的滲透劑，其分子量較小，不會(huì)引起根系缺氧，但能夠進(jìn)入植物細(xì)胞的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜。PEG6000和甘露醇模擬的干旱脅迫效應(yīng)可能存在一定的差異。為此，本研究通過比較PEG6000和甘露醇處理的玉米幼苗根呼吸速率、電導(dǎo)率及其光合速率的變化，對(duì)二者作為滲透劑對(duì)植物的影響進(jìn)行分析，以期為今后植物抗旱研究中滲透劑的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料培養(yǎng)與處理 將玉米（Zea mays）種子（品種： 農(nóng)大108）在培養(yǎng)箱中催芽，待胚根長(zhǎng)4～5cm時(shí)移至含有Hoagland營(yíng)養(yǎng)液的培養(yǎng)槽中培養(yǎng)。培養(yǎng)7d后，選擇36株長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗分成2組，分別移入具有相等滲透勢(shì)的PEG600和甘露醇處理液中進(jìn)行滲透脅迫處理，2種處理液的滲透勢(shì)均為-0.38MPa。培養(yǎng)過程中，用充氣泵連續(xù)充氣，以保證根系的氧氣供應(yīng)。處理后每24h測(cè)定1次根呼吸速率、細(xì)胞質(zhì)膜透性和葉片光合速率，以未處理的植株為對(duì)照。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 光合速率的測(cè)定 每處理中選取3株植株，用TPS-2型光合儀（System公司，美國）測(cè)定葉片的凈光合速率。

1.2.2 根系呼吸速率的測(cè)定 每處理取出3株植株，剪取根前端5～6cm，再切成約0.5cm小段，用液體氧電極（Hansatech公司，英國）測(cè)定根呼吸速率。

1.2.3 根細(xì)胞質(zhì)膜透性的測(cè)定 切取植株根前端約15cm，放入小燒杯中，用蒸餾水沖洗3次。然后各加入20mL蒸餾水，靜置30min后測(cè)電導(dǎo)率A1，隨后煮沸。冷卻后再測(cè)定電導(dǎo)率A0，以相對(duì)電導(dǎo)率=A1/A0作為質(zhì)膜透性的指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG6000和甘露醇脅迫對(duì)玉米幼苗葉片光合速率的影響 如圖1所示，處理后的前24h，甘露醇和PEG6000處理的玉米幼苗葉片凈光合速率均快速下降，隨后處理的持續(xù)下降，而PEG6000處理的則基本維持不變。總體上看，甘露醇處理導(dǎo)致的凈光合速率下降幅度更大。

2.2 PEG6000和甘露醇脅迫對(duì)玉米幼苗根細(xì)胞質(zhì)膜透性的影響 如圖2所示，處理后24h后，2種處理的玉米幼苗根細(xì)胞的相對(duì)電導(dǎo)率無明顯變化，48h后明顯升高，隨后甘露醇處理的繼續(xù)上升，而PEG6000處理的開始下降。PEG6000處理的玉米幼苗根系相對(duì)電導(dǎo)率明顯低于甘露醇處理的，說明PEG6000處理對(duì)玉米幼苗根系質(zhì)膜的影響小于甘露醇處理的。

2.3 PEG6000和甘露醇脅迫對(duì)玉米幼苗根呼吸速率的影響 如圖3所示，2種處理液處理在24h內(nèi)均引起玉米幼苗根呼吸速率的快速下降，但24h以后，PEG處理有恢復(fù)的趨勢(shì)，而甘露醇處理繼續(xù)下降;48h后，PEG處理的玉米幼苗根系呼吸速率保持在250nmol·g-1·min-1左右，而甘露醇處理的穩(wěn)定在58nmol·g-1·min-1左右。可見，PEG6000處理對(duì)玉米幼苗根呼吸影響較小，而甘露醇處理的影響較大。

3 討論與結(jié)論

PEG6000作為滲透劑模擬干旱研究已有了較多的報(bào)道，其具有分子量大，不穿過植物細(xì)胞膜及細(xì)胞壁，能夠模擬類似土壤干旱的脅迫效應(yīng)等特點(diǎn)[4]。雖然PEG6000廣泛應(yīng)用于植物滲透脅迫的溶液培養(yǎng)中，但仍存在著一些問題。首先是氧氣供應(yīng)不足。在溶液培養(yǎng)時(shí)，氧氣擴(kuò)散與溶液的粘度有關(guān)[5]，溶液的粘度大氧氣擴(kuò)散率低。PEG6000溶液的粘度較大，不利于根系的氧氣供應(yīng)。其次，PEG還可能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部對(duì)根系產(chǎn)生傷害。再次，PEG所含雜質(zhì)也可能產(chǎn)生有害作用[6]。甘露醇作為滲透劑則粘度較低，不會(huì)造成培養(yǎng)液缺氧。但本試驗(yàn)結(jié)果顯示，PEG600處理的玉米幼苗，其葉片光合速率、根細(xì)胞膜透性和呼吸速率雖然在處理初期受到水分脅迫的明顯影響，但48h后會(huì)趨于穩(wěn)定或恢復(fù)。而甘露醇處理的玉米幼苗，這3項(xiàng)指標(biāo)均持續(xù)劣化。推測(cè)甘露醇對(duì)植物的影響可能不單是水分脅迫，它可以進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)影響植物的代謝、易于發(fā)酵，導(dǎo)致培養(yǎng)液中微生物活動(dòng)增強(qiáng)等，從而對(duì)植物造成危害。總之，甘露醇模擬土壤水分脅迫可能更會(huì)使研究問題復(fù)雜化，不適合作為模擬土壤水分脅迫的滲透劑。

參考文獻(xiàn)

[1]張立軍，樊金娟，阮燕曄.聚乙二醇在植物滲透脅迫生理研究中的應(yīng)用[J].植物生理學(xué)通訊，2004，40（3）：361-362.

[2]王繼玥，石登紅，白禹，等.PEG6000 模擬干旱脅迫對(duì)黃秋葵種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響[J].熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào)，2018，26（6）：611-616.

[3]馬廷臣，陳榮軍，余蓉蓉，等.在PEG模擬干旱下水稻根系幾個(gè)疑似PEG毒害響應(yīng)轉(zhuǎn)錄本研究[J].分子植物育種，2010，8（6）： 1090-1094.

[4]Carpita NC，Sabularse D，Montezinos D，et al.Determination of the pore size of cell walls of living plant cells[J].Science，1979，205：1144-1147.

[5]Drew MC.Sensing soil oxygen[J].Plant Cell and Environment，1990，13：681-693

[6]龔子端，李高陽.PEG干旱脅迫對(duì)植物的影響[J].河南林業(yè)科技，2006，26（3）：21-23. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（責(zé)編：張宏民）