PEG模擬干旱脅迫下外源生長調節劑對大豆生理生化指標的影響

吳政霖 章有知

摘要：研究了經外源生長調節劑（IAA）處理的大豆[Glycine max （Linn.） Merr.）]幼苗在PEG-6000模擬干旱脅迫下的生理生化的變化。結果表明，干旱脅迫可以顯著降低葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量，IAA處理則顯著提高葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量。干旱脅迫顯著增加MDA含量，IAA處理則顯著降低MDA含量。干旱脅迫顯著降低AsA含量，增加了GSH含量;IAA處理也顯著增加GSH含量。干旱脅迫時，大豆體內CAT、SOD、POD、AsA-POD活性均升高，增強了大豆的抗氧化能力。IAA處理則顯著增強了SOD、POD、AsA-POD活性。IAA處理可以增強大豆幼苗對干旱脅迫的抵抗能力。

關鍵詞：干旱脅迫;大豆[Glycine max （Linn.） Merr.）];IAA;葉綠素;MDA

中圖分類號：S565.1? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）06-0016-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.06.004? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Several physiological and biochemical indexes changes of soybean seedlings treated with exogenous auxin （IAA） under PEG-6000 simulated drought stress were studied. The results showed that drought stress could significantly reduce the contents of chlorophyll a， chlorophyll b and total chlorophyll， while IAA could significantly increase the contents of chlorophyll a， chlorophyll b and total chlorophyll. Drought stress significantly increased MDA content， while IAA significantly decreased MDA content. Drought stress significantly decreased AsA content and increased GSH content; IAA also significantly increased GSH content. Under drought stress， the activities of CAT， SOD， POD and AsA-POD of soybean were increased， and the antioxidant capacity of soybean was enhanced. IAA significantly increased SOD， POD and AsA-POD activity. It is concluded that IAA treatment could enhance the resistance of soybean seedlings to drought stress.

Key words： drought stress; soybean plants [Glycine max （Linn.） Merr.）]; IAA; chlorophyll; MDA

在植物的正常生長過程中，其體內可以利用的水分的多少嚴重影響植物的生理生化過程[1，2]。因此，干旱是植物生長中最為重要的影響因子之一。此外，植物在遭受干旱脅迫時，體內活性氧的產生與清除之間的平衡被破壞，活性氧的含量升高，從而對蛋白質、核酸和細胞膜等產生氧化性損傷[3，4]。

大豆[Glycine max （Linn.） Merr.）]是東北地區重要的糧食作物和經濟作物之一，在生長過程中需要較多的水分。由于氣候的變化，東北地區大豆的生長過程中，也經常遭遇階段性干旱。近年來對大豆干旱脅迫的相關研究發現[5-8]，葉綠素含量、丙二醛含量、抗氧化酶活性都一定程度發生改變。為了更為詳細地了解干旱脅迫條件下大豆幼苗的生理和生化特征變化，本研究以8% PEG-6000進行模擬干旱脅迫，從葉綠素含量、丙二醛含量、抗氧化物含量以及抗氧化酶活性的變化等方面對大豆幼苗進行研究。此外，正常的生長條件下，生長調節劑調控植物生長和發育等諸多過程[9]。在植物遭受脅迫的環境中，生長調節劑也能改善脅迫環境對植物的損害程度[10，11]。因此，本研究采用0.5 μmol/L IAA對大豆幼苗進行處理，研究了前述指標在IAA處理下的變化情況，以期為大豆栽培提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 材料

以普通黃豆種子為試驗材料。選取子粒飽滿、大小均一的黃豆種子，均勻種植于裝有經去離子水清洗并浸濕的河沙種植盆（長30 cm，寬30 cm，深10 cm，其中河沙深度8 cm）中，6行6列（36顆/盆），塑料薄膜覆蓋，種植盆置于光照培養箱內，條件為白天28 ℃、12 h，夜間20 ℃、12 h，光照度800 μmol/（m2·s），相對濕度75%，第二周開始每隔1 d向種植盆內噴灑試驗設計中的營養液200 mL。

1.2? 試驗設計

將“1.1”中培育的黃豆幼苗分為3個處理組：①對照組（CK），以Hoagland全營養液正常培養材料;②PEG-6000處理組（PEG），前兩周使用Hoagland全營養液正常培養材料，第三周使用含有8%（m/V，下同）PEG-6000的Hoagland全營養液進行干旱脅迫;③IAA處理組（IAA），第一周還是用Hoagland全營養液正常培養材料，第二周開始使用含有0.5 μmol/L IAA的Hoagland全營養液培養材料，第三周開始用8% PEG-6000的Hoagland全營養液進行干旱脅迫。每個處理設3次重復。分別于PEG處理后0、4、7 d取樣測試。

1.3? 方法

葉綠素（葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素）含量的測定采用乙醇浸提法[12]。

超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（AsA-POD）活性等抗氧化酶的提取和活性測定以及丙二醛（MDA）含量的測定參考文獻[12]。

還原型抗壞血酸（AsA）和還原型谷胱甘肽（GSH）等抗氧化物的含量測定采用Solarbio試劑盒。測定方法嚴格按照試劑盒說明書進行。AsA和GSH含量按樣本質量計算。

1.4? 儀器與試劑

儀器：UV-mini 1240型紫外可見分光光度計，Sartorius BS124S型電子分析天平，上海精宏GZP-250型光照培養箱。

試劑：所用試劑均為分析純。

2? 結果與分析

2.1? PEG模擬干旱脅迫下外源生長調節劑對大豆葉綠素含量的影響

在0 d時，3個處理組的大豆葉綠素a含量沒有明顯差異。4、7 d時，對照（CK）組的葉綠素a含量最高，遭受干旱脅迫的PEG組和IAA組都較低，PEG處理組的葉綠素a含量最低，IAA處理組則高于PEG處理組，處理間差異顯著。在0 d時，各處理大豆葉綠素b含量的大小順序為IAA、PEG、CK。在4、7 d時，對照（CK）組的葉綠素b含量最高，遭受干旱脅迫的PEG組和IAA組都較低，且葉綠素b含量IAA處理組高于PEG處理組，各處理間差異顯著。對總葉綠素含量而言，在0 d時，3個處理組沒有明顯差異。在4、7 d時，對照（CK）組的總葉綠素含量最高，遭受干旱脅迫的PEG組和IAA組都較低，且總葉綠素含量IAA處理組高于PEG處理組，各處理間差異顯著。

2.2? PEG模擬干旱脅迫下外源生長調節劑對大豆丙二醛含量的影響

在0 d時，IAA處理組的大豆MDA含量最低，各處理組間無顯著差異。4、7 d時，遭受干旱脅迫的PEG組和IAA組都具有較高的MDA含量，且隨著脅迫時間的延長，MDA含量呈明顯的增加趨勢。另外，IAA處理組較PEG處理組具有較低的MDA含量，各處理間差異顯著。

2.3? PEG模擬干旱脅迫下外源生長調節劑對大豆抗氧化物含量的影響

在0 d時，3個處理組的大豆AsA含量沒有顯著差異。4、7 d時，遭受干旱脅迫的PEG組和IAA組都具有較低的AsA含量，且隨著脅迫時間的延長，AsA的含量呈明顯的降低趨勢。在7 d時，IAA處理組和PEG處理組間大豆AsA含量有顯著差異。

在0 d時，3個處理組的大豆GSH含量沒有顯著差異。4、7 d時，遭受干旱脅迫的PEG組和IAA組都具有較高的GSH含量，且隨著脅迫時間的延長，GSH的含量呈明顯的升高趨勢，IAA處理組較PEG處理組有較高的GSH含量，二者差異顯著。

2.4? PEG模擬干旱脅迫下外源生長調節劑對大豆抗氧化酶活性的影響

在0 d時，3個處理組的大豆CAT活性沒有顯著差異。4、7 d時，遭受干旱脅迫的PEG組和IAA組都具有較高的CAT活性。隨著干旱脅迫時間的延長，7 d時PEG處理組的CAT活性顯著高于其他2個處理。

在3個測定時間內，IAA處理組的SOD、POD、AsA-POD活性均為最高。4、7 d時，遭受干旱脅迫的PEG組和IAA組都具有較高的SOD、POD、AsA-POD活性，且3個處理間差異顯著。隨著脅迫時間的延長，SOD、POD、AsA-POD活性均有增加的趨勢。

3? 討論

3.1? 葉綠素和丙二醛含量的變化

干旱脅迫降低了大豆幼苗中葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素的含量。隨著脅迫時間的延長，葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素的含量都呈降低的趨勢，說明干旱脅迫下，大豆幼苗的葉綠體結構受到嚴重破壞，葉綠素含量顯著降低。經IAA處理的大豆幼苗，葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素的含量都高于PEG處理組，表明IAA處理可以減輕干旱脅迫對大豆幼苗的損傷程度。植物體內葉綠素的含量與植物本身的光合作用作用關系密切，葉綠素含量高的植物，其光合作用速率較高[13，14]。表明干旱脅迫時，大豆幼苗的光合作用效率顯著降低，IAA處理可以提高大豆幼苗的光合作用效率，增強其對干旱脅迫的抵抗能力。

MDA是膜脂被過氧化物或者超氧化物氧化的產物，當植物體內過氧化物或超氧化物的大量積累時，MDA的含量增加[15]。對照組（CK）在3個測定時間的MDA含量基本保持不變，說明在對照組（CK）中，MDA的含量處于相對平衡的狀態。干旱脅迫時，MDA的含量顯著升高，IAA處理一定程度上降低了植物體內MDA的含量，說明IAA處理可以減輕膜脂的過氧化程度。

3.2? ?抗氧化物含量和抗氧化酶活性的變化

AsA作為植物體內的還原劑，在植物體內可以與過氧化物和超氧化物等活性氧起反應，從而降低活性氧的含量，減輕活性氧對植物的損傷。此外，AsA也參與植物體內光合結構的保護[16]和衰老調控[17]。對照組在3個測定時間的AsA含量也基本維持不變，說明在大豆幼苗的生長階段，體內AsA含量達到了平衡狀態。PEG處理組中，AsA含量顯著降低，且隨著時間延長，降低的程度越來越大。IAA可以增加AsA的含量，表明IAA提高了大豆幼苗對活性氧的抵抗能力，增強了對光合結構的保護，這也可能是IAA處理組中葉綠素含量高的原因。

GSH也是植物體內重要的活性物質，可以清除植物體內的自由基，減輕自由基對植物體的傷害[18]。對照組在3個測定時間GSH含量變化較小，說明在大豆幼苗的生長階段，體內GSH含量同樣也維持在平衡狀態。PEG和IAA處理組中，GSH含量顯著升高，說明GSH受干旱脅迫和IAA進行上行調節。植物感知環境的變化，從而使GSH水平進行上行調節，保證GSH和AsA在環境脅迫下緊密的共同調節作用[19]。就抗氧化物AsA和GSH 而言，隨干旱脅迫時間的延長，AsA呈降低的趨勢，GSH呈增加的趨勢。因此，通過對大豆幼苗AsA和GSH含量的調節，使其維持了整個植物體內抗氧化物質含量處于較為穩定的水平。

CAT、SOD和POD是植物體內主要的抗氧化酶。CAT可以催化過氧化氫的分解反應，是植物體內抗氧化防御機理之一。CAT活性的增強可能是植物對過氧化氫產生的一種適應性反應，增加了過氧化氫的清除速率，從而提高了植物的抗脅迫能力。SOD是生物體內清除自由基的首要酶類。POD具有消除過氧化氫、酚類、胺類、醛類和苯類毒性的作用。PEG處理組中，CAT，SOD和POD活性在3個測定時間基本呈升高的趨勢，從而保證干旱脅迫下對大豆幼苗體內有害物質的有效清除。同時，IAA可以顯著提高SOD的活性，表明IAA處理后對自由基清除的作用可能較為突出。特別地，對于AsA-POD，干旱脅迫也促進其活性的增加。IAA處理也可以顯著提高AsA-POD的活性。

4? 小結

IAA處理可以減輕大豆幼苗遭受的干旱脅迫，具體表現在可以顯著提高葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素的含量，減輕干旱脅迫對葉綠素的降低作用;可以顯著減輕膜脂的過氧化程度，降低MDA的含量;可以顯著提高抗氧化物AsA和GSH的含量，增強大豆幼苗的抗氧化能力;可以顯著提高SOD、POD和AsA-POD活性。

參考文獻：

[1] HENDRY G A F. Oxygen free radical process and seed longevity[J].Seed science research，1993，3：141-153.

[2] 李? 偉，曹坤芳.干旱脅迫對不同光環境下的三葉漆幼苗光合特性和葉綠素熒光參數的影響[J].西北植物學報，2006，26（2）：266-275.

[3] ASADA K. Production and action of active oxygen in photosynthetic tissue[M].Boca Raton：CRC press，1994.

[4] MOLLER I M，JENSEN P E，HANSSON A. Oxidative modifications to cellular components in plants[J].Annual review of plant biology，2007，58：459-481.

[5] 高? 蕾，劉麗君，董守坤，等.干旱脅迫對大豆幼苗葉片生理生化特性的影響[J].東北農業大學學報，2009，40（8）：1-4.

[6] 蒲偉鳳，李桂蘭，張? 敏，等.干旱脅迫對野生和栽培大豆根系特征及生理指標的影響[J].大豆科學，2010，29（4）：615-622.

[7] 董興月，林? 浩，劉麗君，等.干旱脅迫對大豆生理指標的影響[J].大豆科學，2011，30（1）：83-88.

[8] 紀展波，蒲偉鳳，李桂蘭，等.野生大豆、半野生大豆和栽培大豆對苗期干旱脅迫的生理反應[J].大豆科學，2012，31（4）：598-604.

[9] 呂? 劍，喻景權.植物生長素的作用機制[J].植物生理學通訊，2004，40（5）：624-628.

[10] 張會靈，吳正景，郭大龍，等.IAA和SA對鹽脅迫下蘿卜幼苗生理特性的影響[J].北方園藝，2017（8）：32-34.

[11] 李亞萍，彭? 燕.IAA改善PEG處理下白三葉幼苗葉片抗氧化保護和滲透調節能力[J].草業科學，2017，34（11）：2295-2302.

[12] 孔祥生，易現峰.植物生理學實驗技術[M].北京：中國農業出版社，2008.

[13] 徐惠風，劉興土，金研銘，等.向日葵葉片葉綠素和比葉重及其產量研究田[J].農業系統科學與綜合研究，2003，19（2）：94-97.

[14] HUSEYNOVA I M. Photosynthetic characteristics and enzymatic antioxidant capacity of leaves from wheat cultivars exposed to drought[J].Biochim biophys acta，2012，1817：1516-1523.

[15] 杜潤峰，郝文芳，王龍飛.達烏里胡枝子抗氧化保護系統及膜脂過氧化對干旱脅迫及復水的動態響應[J].草業學報，2012， 21（2）：51-61.

[16] TOTH S Z，SCHANSKER G，GARAB G. The physiological roles and metabolism of ascorbate in chloroplasts[J].Physiol plant，2013，148：161-175.

[17] FOTOPOULOS V，KANELLIS A K. Altered apoplastic ascorbate redox state in tobacco plants via ascorbate oxidase overexpression results in delayed dark-induced senescence in detached leaves[J].Plant physiol biochem，2013，73：154-160.

[18] ZETTERSTROM R，EIJKMAN C，SIR HOPLINS F G. The dawn of vitamins and other essential nutritional growth factors[J].Acta paediatrica，2006，95（11）：1331-1333.

[19] 杜? 琳，張? 荃.植物谷胱甘肽與抗氧化脅迫[J].山東科學，2008，21（2）：27-32.