干旱胁迫下外源钙对麻疯树相关生理指标的影响 - 毛俊娟 - 图文

2008年6月　第45卷第3期　四川大学学报(自然科学版)

JournalofSichuanUniversity(NaturalScienceEdition)　Jun.2008

Vol.45　No.3

文章编号:　0490-6756(2008)03-0669-05

干旱胁迫下外源钙对麻疯树相关

生理指标的影响

毛俊娟,倪　婷,王胜华,陈　放

(四川大学生命科学学院,成都610064)

摘　要:以0.01,0.05,0.1mol/LCaCl2溶液浸泡麻疯树种子及以0.01mol/LCa(NO3)2喷施麻疯树幼苗叶片.测定了不同条件和处理时间下种子萌发率、叶片相对含水量、脯氨酸(Pro)含量、丙二醛(MDA)含量等指标,考察麻疯树在干旱胁迫下相关生理指标的影响.实验结果表

明,CaCl2溶液浸种提高了干旱条件下叶片相对含水量和Pro含量,降低了叶片的MDA含量;低浓度CaCl2溶液浸种(≤0.05mol/L)能促进麻疯树种子的萌发势和萌发率,其中以0.01mol/LCaCl2溶液浸种效果最好.叶片喷施Ca(NO3)2显著提高了PEG胁迫下麻疯树幼苗叶片的相对含水量和Pro含量,降低了MDA含量.因此,外源钙能提高麻疯树幼苗的抗旱性,增强干旱胁迫下的渗透调节作用,保护细胞质膜的结构,调节干旱胁迫导致的生理反应.关键词:麻疯树;钙;干旱胁迫

中图分类号:Q945　　　文献标识码:A

Effectsofexogenouscalciumonsomephysiologicalcharacteristics

ofJatrophacurcasL.underdroughtstress

MAOJun-Juan,NITing,WANGSheng-Hua,CHENFang

(CollegeofLifeSciences,SichuanUniversity,Chengdu610064,China)

Abstract:TheexperimentinvestigatedtheeffectsofexogenouscalciumonsomephysiologicalcharacteristicsofJatrophacurcasunderdroughtstressaftersoakingJatrophacurcasseedswithCaCl2solutionof0.01,0.

05,0.1mol/LconcentrationandsprayingleaveswithCa(NO3)01mol/Lconcentration.In-2solutionof0.terrelatedphysiologicalindexeswasmensuratedincludingthegerminationrate,relativewatercontent,proline(Pro)contentandmalondialdehyde(MDA)contentofleaves.ResultsshowedthatsoakingseedswithCaCl2solutioncanincreasetherelativewatercontentandProcontent,decreasetheMDAcontent;lowconcentrationofCaCl2(≤0.05mol/L)canpromotethegerminationtrendandrateofseeds.SprayingleaveswithCa(NO3)2increasedtherelativewatercontentandProcontent,decreasedtheMDAcontentunderthestressofPEG.Theseresultsindicatedthatexogenouscalciummayimprovethedroughtresistantcapacity,enhanceinfiltra-tionregulationandprotectethestructureofplasmamembrane,regulatetherelatedphysiologicalresponsesin-ducedbydroughtstress.

Keywords:JatrophacurcasL.,calcium,droughtstress

收稿日期:2007-03-28;修回日期:2007-09-06

基金项目:国际合作项目(2003DFB00005,2004DFB00300)

作者简介:毛俊娟(1982-),硕士,主要研究方向为植物逆境生物学与生物技术.E-mail:janetamao@163.com通讯作者:王胜华.E-mail:shwang200@yahoo.com.cn

670四川大学学报(自然科学版)第45卷

1　引　言

钙是植物生长发育必需的营养元素,对植物细胞的结构和生理功能具有重要的作用.随着人们对植物钙信使系统功能的研究,钙不再仅仅被看作是一种营养元素,而是作为耦联胞外信号与胞内生理生化反应的第二信使起着更为复杂多样的重要作用[1].目前已经发现多种刺激因素,包括干旱和盐胁迫、机械刺激、低温、红光、植物激素和缺氧等都是通过细胞内钙离子作为第二信使来调节植物生长、发育、抗逆等生理反应细胞发生改变

[2]

[1]

2　材料与方法

2.1　实验材料

麻疯树(JatrophacurcasL.)种子采自四川攀枝花地区,25℃温室种植培养,光照为16h/d,光照强度1500～2000lx.

2.2　方　法2.2.1　测定指标和方法　叶片相对含水量RWC(%)=[(鲜重-干重)/(吸胀后重-干重)]×100.

Pro测定采用酸性茚三酮法g

-1

[10]

,用OD520nm·

.多数研究表明,环境

2+

因素的变化通过改变细胞内Ca的浓度而使植物

.钙信使系统可通过调控基因表

达而提高植物的逆境适应性,也可通过调节一些蛋白或酶活性引发有利于植物适应逆境的生理生化反应[3].干旱胁迫下,植物对Ca2+的吸收显著降低[4],由此造成植物体内Ca2+的缺乏,引起一系列不良反应.人工补充外源钙能够加强植物对Ca2+的吸收,提高植物内源钙的含量和钙调素(CaM)活性,在第二信使Ca-CaM充足的条件下,应激激素脱落酸(ABA)诱导气孔关闭,减少水分散失,同时ABA又能诱导细胞的胞液游离Ca

2+

2+

表示.

MDA测定采用硫代巴比妥酸法[11],用μmol·

g-1表示.

2.2.2　CaCl2溶液浸种　挑选籽粒饱满、健康无病虫害的麻疯树种子,分别放于0(对照CK),0.01,0.05,0.1mol/LCaCl2溶液中,25℃温室中浸泡24h后分别种于田园土中,待幼苗萌发并生长一定时间后将萌发的幼苗移栽到盆内,放于通风透光处,在自然光照、25℃、保证水分的条件下培养.1个月以后,停止浇水,并分别于缺水第1,3,6,9d测定生理指标,3次重复.

2.2.3　Ca(NO3)播种两个月左2溶液喷施叶片　右的麻疯树幼苗,根据CaCl2溶液浸种实验,确定叶片喷钙的浓度,分为两个处理组,分别喷0(对照),0.01mol/LCa(NO3)每天喷一次,喷2溶液.到叶片滴水为止,连续喷一个星期后分别移至含30%PEG溶液中模拟干旱胁迫,设无胁迫对照,24h后测定生理指标,3次重复.

水平迅速

升高.因此外源钙的施加能减缓干旱胁迫的伤害,提高植物的抗旱性.该措施在玉米、小麦和苜蓿等植物的应用上取得了很好的效果

[5-8]

.

麻疯树(JatrophacurcasL.)是具有较大开发潜力的一种大戟科(Euphorbiaceae)油料植物,广泛分布于热带及亚热带地区,在我国的云南、四川、贵州、广东、广西、海南、福建、台湾有大量分布,尤其繁茂生长于四川云南的金沙江干热河谷地带.麻疯树生长繁殖快,适合于光热充足的条件下生长,生物产量大,是绿化荒山,水土保持的良好树种

[9]

3　结果与分析

3.1　CaCl2溶液浸种后的生理指标

3.1.1　麻疯树种子萌发情况　由图1可见,不同浓度CaCl2浸种处理的种子在第5d以前萌发率都

高于对照.从第5d开始,对照萌发率开始高于0.1mol/LCaCl2浸种的处理组,直到第10d仍高出29.41%,但始终低于0.01和0.05mol/LCaCl2浸种的处理组.第5d时0.01mol/LCaCl2处理的种子萌发率高出对照最多,高出72.73%.

可见,浓度0.01,0.05mol/LCaCl2浸种提高了麻疯树种子的萌发势,其中0.01mol/LCaCl2处理能提高最终萌发率.而高浓度CaCl2(0.1mol/L)处理则使种子萌发率降低.另外,随着萌发时间的延长,CaCl2处理与清水处理的种子萌发率差距减小..

尽管较耐干旱贫瘠,如果能通过合理方式提高麻疯树的抗旱性,将对在干旱地区引种麻疯树有很大的促进作用.

外源钙对麻疯树抗旱方面的研究还未见报道,本实验以三个浓度CaCl2溶液(0.01,0.05,0.1mol/L)浸种和幼苗叶片喷施Ca(NO3)2溶液对麻疯树在干旱胁迫下相关生理指标的影响进行了研究,为施加外源钙在麻疯树抗旱性上的应用提供了理论基础.

第3期毛俊娟等:干旱胁迫下外源钙对麻疯树相关生理指标的影响671　

种处理对麻疯树幼苗在干旱条件下积累Pro有促进作用,增强了麻疯树幼苗的抗旱性.

3.1.4　叶片MDA含量测定　对MDA的测量可

见(图3),随着干旱时间的延长,各个样本麻疯树苗叶片MDA含量均呈上升趋势,但3种浓度Ca-Cl2浸种的幼苗叶片中MDA含量始终低于对照;从各自叶片中的MDA含量增长趋势来看,对照随着干旱程度的加剧,其MDA含量增长趋势明显更大.第9d时,0.01,0.05,0.1mol/LCaCl2处理的样品叶片中MDA含量相对于对照分别低了30.

图1　钙浸种对种子萌发率的影响Fig.1　Effectofsoakingseedswith

Ca2+ongerminationrate

19%,18.16%,12.03%.由此可见,相对对照,不同浓度的CaCl2浸种处理都降低了叶片中的MDA含量,其中0.01mol/LCaCl2浸种处理的植株叶片中MDA含量随缺水天数延长增长率最慢,最终含量最低,效果最好.

3.1.2　叶片相对含水量测量　本实验中,0.01,

0.05,0.1mol/LCaCl2浸种处理的叶片相对含水量平均值分别为90.02%,83.63%,83.75%,相对于对照83.37%,0.01mol/LCaCl2浸种能显著提高叶片相对含水量.可见,不同浓度的CaCl2浸种都提高了干旱条件下麻疯树叶片相对含水量,且以0.01mol/LCaCl2浸种处理的叶片相对含水量最高.3.1.3　叶片Pro含量测量　从本实验的结果来看(图2),CaCl2浸种处理的叶片中Pro含量都是随着缺水天数的延长而明显升高,当缺水第9d时,以0.01,0.05,0.1mol/LCaCl2浸种处理的叶片中Pro含量都高于对照.对照的Pro含量在第9d时反而下降了,这可能是因为缺水引起了叶片细胞部分死亡,因而Pro总含量降低.实验表明CaCl2浸

图3　钙浸种对叶片MDA含量的影响Fig.3　Effectofsoakingseedswith

Ca2+onMDAcontentinleaf

3.2　Ca(NO3)2溶液喷施叶片后的生理指标由表1可见,在PEG胁迫条件下,叶片喷施

Ca(NO3)2溶液处理的幼苗其叶片相对含水量相对无胁迫对照低了10.32%,但比喷施蒸馏水处理组高了38.51%;从Pro含量来看,从麻疯树幼苗Pro含量来看,叶片喷施Ca(NO3)2溶液的麻疯树幼苗Pro含量比喷施蒸馏水处理组高了125.62%;从MDA含量来看,喷施Ca(NO3)2溶液的叶片比喷施蒸馏水的叶片MDA含量低了6.07%,影响相对不太明显.总之,喷钙处理麻疯树叶片能提高干旱胁迫下麻疯树幼苗叶片相对含水量,增加Pro含量,降低MDA含量,能缓解干旱对麻疯树幼苗的不良影响,增加了植物的抗旱性.

图2　钙浸种对叶片脯氨酸含量的影响Fig.2　Effectofsoakingseedswith

Ca2+onProcontentinleaf

672四川大学学报(自然科学版)

表1　叶片喷钙对PEG胁迫下麻疯树生理指标的影响

Tab.1　EffectsofSprayingleaveswithCaonthephysiologicalcharacteristics

ofJatrophacurcasunderPEGstress

叶片相对含水量(%)

CK,无胁迫CK,30%PEG胁迫

0.01mol/LCa处理,30%PEG胁迫

81.7755.8373.33

Pro含量(OD520nm/g)0.1320.2030.458

MDA含量(μmol/L)1.82293.87413.6388

第45卷

4　讨　论

不同浓度CaCl2溶液对麻疯树浸种证明,低浓度CaCl2(≤0.05mol/L)浸种能促进麻疯树种子萌发,提高萌发率.CaCl2溶液浸种对种子萌发率的促进作用在花生[12]、玉米[13]、小麦[14]等植物中也有体现.由于Ca处理使酶活性提高,原生质膜稳

定,束缚水含量增加,从而促进了萌发.在对干旱胁迫Ca2+处理对小麦种子萌发的促进研究中,发现干旱胁迫下小麦种子经Ca2+处理后种子萌发率的提高,与α-淀粉酶、过氧化物酶活性的提高有关[14].

叶片相对含水量是反映植株水分状况最常用的指标,叶片相对含水量较高的植株,耗水后补充能力强,能够忍受长期的水分胁迫,因而抗旱性较高

[8]

2+

生和消除存在一个平衡,对植物不存在任何伤害.而在干旱胁迫情况下,产生大量的活性氧自由基而

又不能及时的清除,平衡被破坏,引发膜脂过氧化反应[19].MDA是膜脂过氧化的最终产物,其含量是反应细胞膜脂过氧化强弱的重要指标[23].本实验中,CaCl2溶液浸种或叶片喷施Ca(NO3)2降低了麻疯树幼苗叶片在干旱胁迫下的MDA含量,显示降低了膜脂过氧化程度,稳定细胞膜结构,缓解干旱伤害的作用.

总之,实验结果表明,低浓度CaCl2(≤0.05mol/L)浸种可以提高麻疯树种子的萌发势和萌发率,较高浓度CaCl2溶液(0.1mol/L)浸种反应降低了种子的萌发效率.而不同浓度CaCl2溶液(0.01,0.05,0.1mol/L)浸种均可提高干旱胁迫下麻疯树叶片相对含水量和叶片Pro含量,降低MDA含量,其中以0.01mol/LCaCl2处理对种子萌发率,叶片含水量的提高及MDA含量的降低最有效.同样,幼苗叶面喷施0.01mol/LCa(NO3)2处理也可以提高干旱下叶片相对含水量及叶片Pro含量,降低MDA含量等.因此,可以通过低浓度钙溶液(0.01mol/LCa)浸种或喷施叶片来补充干旱胁迫下麻疯树对Ca的需求,实验证明,适量的外源钙的施加能缓解干旱对麻疯树幼苗细胞的伤害,增强麻疯树幼苗的抗旱能力.参考文献:

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2+2+

.经CaCl2溶液浸种处理或叶片喷施Ca

(NO3)2处理过的麻疯树幼苗在干旱胁迫下,比对照有更高的叶片相对含水量,表现出不同程度的抗

旱优势,表明外源钙对麻疯树耐旱性的增强有一定的作用.在对苜蓿[8]、裸大麦[15]、棉花[16,17]和大豆[18]等的研究中都发现外源钙可提高干旱胁迫下叶片的相对含水量,保证了植株体内水分的运输,增强了植株的抗旱性.

植物为应对干旱造成的渗透胁迫,可通过积累可溶性渗透物质作为大分子的渗透保护物质.在这些可溶性物质中,Pro是分布最广的渗透剂,对植物抵抗干旱、进行渗透调节起了重要的作用.20世纪70年代以Pro积累被认为是逆境表征之一而广受重视[19,20].实验表明,外源钙处理后的麻疯树幼苗,在干旱胁迫下能更有效的于叶片中累积Pro.对番茄幼苗

[21]

和无花果愈伤组织

[22]

等的研究也

表明外源钙的处理可增加Pro的含量,缓解胁迫对植物的伤害作用.

植物在代谢过程中要产生超氧化物自由基等活性氧,正常生理条件下,这些活性氧自由基的产第3期毛俊娟等:干旱胁迫下外源钙对麻疯树相关生理指标的影响673　

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