N+輻照與高溫?zé)峒π←溣酌缈购缘挠绊?/h1>
2013-04-29 11:13:34張佳佳，代西梅，趙帥鵬
湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2013年5期
張佳佳，代西梅，趙帥鵬
摘要：植物抗寒性是衡量其抗逆性的一個(gè)重要方面，以小麥（Triticum aestivum L.）干種子為材料，經(jīng)低能離子束輻照處理后，常規(guī)培養(yǎng)至其三葉期時(shí)經(jīng)42 ℃熱激處理，再經(jīng)4 ℃冷處理，研究其抗寒性變化。結(jié)果表明，在某些離子注入量下幼苗的抗寒性明顯提高，膜傷害程度降低；高溫?zé)峒な沟玫碗x子注入量下幼苗的脯氨酸和丙二醛含量比常溫時(shí)升高，而高離子注入量下低于常溫；真空高溫處理的幼苗細(xì)胞膜傷害最小，說明低能離子注入與高溫?zé)峒す餐饔媚軌蜻M(jìn)一步提高植物抗寒性。
關(guān)鍵詞：小麥（Triticum aestivun L.）；幼苗；抗寒性； N+輻照；高溫?zé)峒?；影?/p>
中圖分類號：S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）05-1012-03
Influence of N+ Irradiation and High Temperature Heat Shock on Wheat Seedling
Cold Hardiness
ZHANG Jia-jia，DAI Xi-mei，ZHAO Shuai-peng
（Henan Provincial Key Laboratory of Ion Beam Bioengineering， Zhengzhou University， Zhengzhou 450052，China）
Abstract： The cold hardiness of plants is one of the important aspects to measure its resistance. The dry seeds of wheat （Triticum aestivun cv. Xiaoyan81） were irradiated by low-energy N+， and heat shocked at 42 ℃ at 3-leaves stage to study the dynamics of its hardiness at 4 ℃. The results showed that the cold hardiness of seedling was obviously increased under some ion implantation quantity as the damage of cell membrane reduced. High temperature increased praline and malondialdehyde content in wheat seedlings with low dose of ion implantation compared to those under normal temperature； while decreased with high ion implantation quantity. The cell membrane of seedling treated by vacuum and high temperature had the minimum damage， indicating that combination of low-energy N+ and high temperature could enhance the cold hardiness of plant.
Key words： wheat（Triticum aestivum L.）；seedling； cold hardiness； N+ irradiation； high temprature heat shock； influence
植物的抗寒能力與可溶性糖、膜磷脂、游離氨基酸、膜脂肪酸的飽和度有關(guān)[1]，低溫引起的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞是導(dǎo)致植物寒害損傷和死亡的根本原因[2]，膜系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是維持和發(fā)展植物抗寒能力的基礎(chǔ)。細(xì)胞膜是分割細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的屏障，具有選擇透性，是細(xì)胞與周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的主要通道。細(xì)胞膜是細(xì)胞感受外界脅迫最敏感的部位，逆境脅迫會(huì)使細(xì)胞膜選擇透性改變或消失，導(dǎo)致細(xì)胞中包括電解質(zhì)在內(nèi)的物質(zhì)大量外漏，使組織浸泡液的電導(dǎo)率變大[3]。電解質(zhì)的滲出量是衡量細(xì)胞膜受損害程度的重要指標(biāo)之一。植物在逆境中會(huì)產(chǎn)生自由基和丙二醛（MDA）等中間產(chǎn)物，丙二醛可以引發(fā)或加劇細(xì)胞膜脂過氧化作用，對細(xì)胞膜有毒害作用[4]，丙二醛含量越高細(xì)胞膜的損害程度越大，則細(xì)胞膜的透性越強(qiáng)。丙二醛的積累量代表細(xì)胞膜脂過氧化的程度，可間接反映植物組織抗氧化能力的大小。脯氨酸是植物蛋白質(zhì)的組分之一，以游離狀態(tài)廣泛存在于植物體中。在逆境條件下植物體內(nèi)脯氨酸的含量顯著增加。由于脯氨酸親水性極強(qiáng)，能穩(wěn)定原生質(zhì)膠體及組織內(nèi)的代謝過程，因而能降低凝固點(diǎn)，有防止細(xì)胞脫水的作用。在低溫條件下，植物組織中脯氨酸增加可提高植物的抗寒性，因此植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性[5]。黃上志等[6]通過研究熱激對水稻幼苗的影響，認(rèn)為水稻種子經(jīng)42 ℃高溫?zé)峒ぬ幚砗笥酌绲哪屠湫悦黠@增強(qiáng)，膜傷害程度降低，脯氨酸及各種保護(hù)酶的含量增加，而丙二醛的含量降低。綜上所述，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的損害強(qiáng)度是在植物受逆境脅迫后多種產(chǎn)物共同作用的結(jié)果，即植物的抗寒性也是由這些產(chǎn)物共同影響的。
高溫?zé)峒χ参锟购缘挠绊懸延泻芏鄨?bào)道[6-8]，而離子束輻照作為一種誘變源，誘變優(yōu)勢也早已被認(rèn)同[9]，但是關(guān)于離子束輻照與熱激共同作用對抗寒性的影響未見報(bào)道。本研究將小麥種子進(jìn)行離子束輻照，幼苗經(jīng)42 ℃高溫處理后測定電解質(zhì)滲出率及丙二醛和脯氨酸的含量，并與常溫條件下的幼苗進(jìn)行了比較，以研究離子束輻照及高溫?zé)峒?xì)胞膜的損害程度（抗寒性）的影響，旨在通過研究細(xì)胞膜透性的改變來探索植物在不同脅迫下的抗寒性。
1 材料與方法
1.1 材料
供試小麥（Triticum aestivun L.）品種為小偃81。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
選取飽滿均一的小麥種子，用低能氮離子束直接照射種子胚部。使用鄭州大學(xué)離子束生物工程省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Titan脈沖式離子注入機(jī)在靶室中進(jìn)行氮離子注入。離子注入能量為30 keV，真空度為5×10-2 Pa，采用脈沖式注入，束流為200 mA。注入量分別設(shè)為：真空10 min、1×1016、3×1016、5×1016 N+/cm2，以未注入氮離子的種子為對照。然后將低能氮離子處理好的種子每處理都分為2組，將其種入營養(yǎng)土中，待幼苗長至3葉期時(shí)，將其中一組放入42 ℃中培養(yǎng)4 h，另一組25 ℃培養(yǎng)4 h。之后將兩組小麥幼苗都放入4 ℃培養(yǎng)，2 d后再將兩組材料25 ℃恢復(fù)生長2 d[6]。
1.3 測定指標(biāo)及方法
1.3.1 電解質(zhì)滲出率 稱取1 g幼苗，放入50 mL錐形瓶中，加入15 mL 0.3 mol/L的甘露醇，去離子水定容到50 mL，25 ℃ 60 r/min振蕩3 h后測定滲出液的電阻率，由此算出電導(dǎo)率。將測量過的帶有幼苗的溶液高溫滅菌20 min，自然冷卻，加去離子水至50 mL，60 r/min振蕩15 min測總電阻率，算出電導(dǎo)率[6]。由公式：電解質(zhì)滲出率=浸泡液電導(dǎo)率/煮沸后電導(dǎo)率×100%，計(jì)算電解質(zhì)滲出率[3]。
1.3.2 丙二醛含量 取1 g葉片剪碎，加入10%三氯乙酸研磨提取丙二醛，以4 000 r/min離心10 min，取上清液，下一步進(jìn)行顯色反應(yīng)及測量。方法及藥品的配制均參照文獻(xiàn)[3]。
1.3.3 脯氨酸含量 取0.5 g葉片剪碎，3%磺基水楊酸研磨，將勻漿移至離心管中沸水浴10 min，冷卻，3 000 r/min離心10 min后取上清液，然后參照文獻(xiàn)[3]測定游離脯氨酸含量。
2 結(jié)果與分析
2.1 各處理對細(xì)胞膜透性的影響
由圖1可以看出，42 ℃熱激組的電解質(zhì)滲出率隨氮離子注入量增加呈先上升后下降趨勢，在真空處理達(dá)到最低值，3×1016 N+/cm2處理達(dá)到最高值；25 ℃組電解質(zhì)滲出率隨注入量的增加呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，真空處理達(dá)最大值， 3×1016 N+/cm2處理達(dá)最小值。說明高溫?zé)峒ξ唇?jīng)離子注入的幼苗細(xì)胞膜具有保護(hù)作用，但離子注入后高溫?zé)峒τ酌缂?xì)胞膜的作用具有隨機(jī)性，真空高溫處理對膜的保護(hù)作用較好。
2.2 各處理對脯氨酸含量的影響
從圖2可以看出，隨離子注入量的增加，25 ℃組的脯氨酸含量呈先下降后上升的趨勢，5×1016 N+/cm2處理時(shí)達(dá)最大值；42 ℃組呈先上升后下降再上升的趨勢，1×1016 N+/cm2處理時(shí)達(dá)最大值。25 ℃時(shí)，真空處理和1×1016 N+/cm2處理脯氨酸含量均低于對照，其他處理均高于對照。以上結(jié)果說明熱激在低離子注入量下對幼苗具有保護(hù)作用，而在高離子注入量下則有損害作用。42 ℃時(shí)，3×1016 N+/cm2處理的脯氨酸含量最小，僅有0.26%，與其他高溫處理組存在明顯差異，這與其電解質(zhì)滲出率最高結(jié)果相一致，說明可能經(jīng)3×1016 N+/cm2低能氮離子束輻照及高溫處理后，其抗寒性反而下降。
2.3 各處理對丙二醛含量的影響
由圖3可見，25 ℃處理后，幼苗丙二醛含量隨離子束注入量的增加呈上升趨勢，且變化區(qū)間較大，真空處理達(dá)到最小值，5×1016 N+/cm2處理達(dá)到最大值；42 ℃處理后，幼苗丙二醛含量在不同離子束注入量處理下變化不大。說明在低注入量下高溫反而會(huì)使丙二醛含量增加，高注入量高溫會(huì)使丙二醛含量下降；常溫（25 ℃）下離子注入量對幼苗丙二醛含量影響較大，而高溫后隨離子注入量的變化丙二醛含量變化不明顯，可能是由于高溫?zé)峒ぴ谝欢ǔ潭壬闲迯?fù)了離子注入對丙二醛含量的影響。
3 討論
植物受到脅迫后，細(xì)胞膜會(huì)從液晶狀態(tài)變?yōu)槟z狀態(tài)，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)被破壞，膜的透性會(huì)增大電解質(zhì)外漏，從而電解質(zhì)滲出率增大[2]，因此電解質(zhì)滲出率的大小能夠粗略地反映植物的抗逆性。前人已通過研究細(xì)胞膜的透性研究了植物的抗寒性、抗旱性以及抗鹽堿等，證明膜透性是植物抗逆性的有效指標(biāo)之一[10]。
本實(shí)驗(yàn)中未經(jīng)離子束處理的對照組表明高溫?zé)峒た梢允辜?xì)胞膜透性降低，證實(shí)了前人所研究的高溫?zé)峒?huì)提高小麥幼苗的抗寒性。小麥幼苗在受到離子束及高溫脅迫后，細(xì)胞膜透性在某些注入量下低于不做任何處理的幼苗，說明離子束及高溫脅迫在一定條件下可以提高幼苗的抗寒性。幼苗經(jīng)真空高溫（42 ℃）、3×1016 N+/cm2常溫（25 ℃）和5×1016 N+/cm2高溫處理后的抗寒能力強(qiáng)于對照，真空高溫處理幼苗抗寒性能力最強(qiáng)，說明此方法是提高植物抗寒性的另一途徑，而這種方法對幼苗抗寒能力的提高比單純高溫?zé)峒ばЧ谩］椪者^的小麥與對照存在差異，可能是因?yàn)殡x子束的輻照誘變使得小麥自由基、保護(hù)酶以及脂質(zhì)過氧化發(fā)生改變[9]，從而提高了小麥的抗寒性。高溫能夠提高抗寒性可能是高溫?zé)峒ぎa(chǎn)生的熱激蛋白，熱激蛋白具有參與新生肽的折疊、運(yùn)輸和組裝及參與逆境損傷蛋白的修復(fù)和降解的功能，熱激蛋白的合成能提高植物的抗寒性[6]。
當(dāng)植物受到脅迫時(shí)體內(nèi)游離脯氨酸含量會(huì)發(fā)生很大變化。脯氨酸是植物細(xì)胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，還能夠穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)、降低細(xì)胞酸性、解除氨毒以及作為能量庫調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原勢等。冷脅迫下脯氨酸迅速增加，作為防脫水劑降低水勢保護(hù)植物[11]，幼苗中游離脯氨酸含量越高說明幼苗的抗寒性越強(qiáng)。1×1016 N+/cm2高溫處理的幼苗脯氨酸含量最高，說明此脅迫有助于提高幼苗的抗逆性。而丙二醛是細(xì)胞膜脂過氧化作用的產(chǎn)物之一，因此丙二醛的增加則意味著植物抗逆性的降低[12]。5×1016 N+/cm2常溫處理下幼苗的丙二醛含量最高，則幼苗抗逆性最低。
本研究中細(xì)胞膜的電解質(zhì)滲出率的變化趨勢與脯氨酸及丙二醛的變化并不完全一致，這可能是由于細(xì)胞膜的透性與膜脂過氧化和膜脂肪酸以及植物體內(nèi)各種生理指標(biāo)相聯(lián)系，而脯氨酸與丙二醛僅是眾多影響因素之一，因此細(xì)胞膜的損傷程度并不能完全依賴這二者來判斷。
綜上所述，離子束輻照與高溫?zé)峒τ酌缈购缘挠绊戨S離子注入量的變化有一定的變化，但在某個(gè)適合幼苗生長的脅迫下（如真空高溫），幼苗的抗寒性高于僅進(jìn)行高溫脅迫的幼苗，此研究為選育具有更強(qiáng)抗寒性能作物提供了新的途徑。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王春艷，王立志，李 銳，等.黑龍江水稻冷害Ⅶ苗期低溫對水稻秧苗電導(dǎo)率及可溶性糖含量的影響[J].育種栽培，2010（5）：21-22.
[2] 巨 偉，楊彩鳳，趙 勇，等.低溫脅迫下冬小麥葉片細(xì)胞膜透性與抗寒性的相關(guān)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（19）：11416-11417.
[3] 李 玲.植物生理學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2011.78-88.
[4] 呂秀華，喬 辰，張三潤，等.低溫脅迫對鈍頂螺旋藻細(xì)胞過氧化和質(zhì)膜透性的影響[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，32（1）：52-57.
[5] 宋紅生，徐靜斐，趙正龍.干旱對桑樹質(zhì)膜透性脯氨酸積累的影響[J].蠶業(yè)科學(xué)，1992，18（2）：65-70.
[6] 黃上志，黃祥富，林曉東，等.熱激對水稻幼苗耐冷性及熱激蛋白合成的誘導(dǎo)[J]. 植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào)，2004，30（2）：189-194.
[7] 朱世江.芒果采后熱處理誘導(dǎo)抗冷性的生理生化機(jī)理研究[D].廣州：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2001.
[8] 羅自生.熱處理誘導(dǎo)采后柿果抗冷性機(jī)理的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2002.
[9] 周小云，劉亞萍，計(jì)巧靈.離子束注入對小麥幼苗保護(hù)酶活性及脂質(zhì)過氧化作用的影響[J].新疆大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，22（2）：194-196.
[10] 楊鵬輝，李貴金，郭 麗，等.干旱脅迫對不同抗旱大豆品種質(zhì)膜透性的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，31（3）：23-26.
[11] 李海林，殷緒明，龍小軍.低溫脅迫對水稻幼苗抗寒性生理生化指標(biāo)的影響[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，12（11）：50-53.
[12] 裴冬麗.干旱脅迫對小麥幼苗過氧化物同工酶的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50（8）：1530-1532.
猜你喜歡
基于全球離子注入機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀探析中國離子注入機(jī)突破之路電子元器件與信息技術(shù)(2022年1期)2022-03-26 07:37:16 離子注入常見問題分析與研究湖北農(nóng)機(jī)化(2020年4期)2020-07-24 09:07:22 利用透性化黑曲霉細(xì)胞制備稀有人參皂苷Rh1的方法研究延邊大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）(2019年2期)2019-10-08 03:03:22 棗樹抗寒性檢測方法的篩選新疆農(nóng)墾科技(2016年2期)2016-08-21 13:50:26 不同水、氮條件對岑溪軟枝油茶葉片膜透性和相對含水量的影響廣西林業(yè)科學(xué)(2016年2期)2016-03-20 05:53:25 巴梨的抗寒性試驗(yàn)情況初報(bào)中國果菜(2016年9期)2016-03-01 01:28:40 馬鈴薯普通栽培種雜交后代抗寒性分析中國馬鈴薯(2015年5期)2016-01-09 06:11:11 基于海泡石的細(xì)胞透性化生物加工過程(2015年2期)2015-11-11 06:02:32 不同品種大花萱草抗寒性比較園藝與種苗(2015年10期)2015-02-27 11:27:51 N+離子注入對辣椒生長特性的影響長江蔬菜(2012年20期)2012-03-29 06:15:16
張佳佳，代西梅，趙帥鵬
摘要：植物抗寒性是衡量其抗逆性的一個(gè)重要方面，以小麥（Triticum aestivum L.）干種子為材料，經(jīng)低能離子束輻照處理后，常規(guī)培養(yǎng)至其三葉期時(shí)經(jīng)42 ℃熱激處理，再經(jīng)4 ℃冷處理，研究其抗寒性變化。結(jié)果表明，在某些離子注入量下幼苗的抗寒性明顯提高，膜傷害程度降低；高溫?zé)峒な沟玫碗x子注入量下幼苗的脯氨酸和丙二醛含量比常溫時(shí)升高，而高離子注入量下低于常溫；真空高溫處理的幼苗細(xì)胞膜傷害最小，說明低能離子注入與高溫?zé)峒す餐饔媚軌蜻M(jìn)一步提高植物抗寒性。
關(guān)鍵詞：小麥（Triticum aestivun L.）；幼苗；抗寒性； N+輻照；高溫?zé)峒?；影?/p>
中圖分類號：S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）05-1012-03
Influence of N+ Irradiation and High Temperature Heat Shock on Wheat Seedling
Cold Hardiness
ZHANG Jia-jia，DAI Xi-mei，ZHAO Shuai-peng
（Henan Provincial Key Laboratory of Ion Beam Bioengineering， Zhengzhou University， Zhengzhou 450052，China）
Abstract： The cold hardiness of plants is one of the important aspects to measure its resistance. The dry seeds of wheat （Triticum aestivun cv. Xiaoyan81） were irradiated by low-energy N+， and heat shocked at 42 ℃ at 3-leaves stage to study the dynamics of its hardiness at 4 ℃. The results showed that the cold hardiness of seedling was obviously increased under some ion implantation quantity as the damage of cell membrane reduced. High temperature increased praline and malondialdehyde content in wheat seedlings with low dose of ion implantation compared to those under normal temperature； while decreased with high ion implantation quantity. The cell membrane of seedling treated by vacuum and high temperature had the minimum damage， indicating that combination of low-energy N+ and high temperature could enhance the cold hardiness of plant.
Key words： wheat（Triticum aestivum L.）；seedling； cold hardiness； N+ irradiation； high temprature heat shock； influence
植物的抗寒能力與可溶性糖、膜磷脂、游離氨基酸、膜脂肪酸的飽和度有關(guān)[1]，低溫引起的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞是導(dǎo)致植物寒害損傷和死亡的根本原因[2]，膜系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是維持和發(fā)展植物抗寒能力的基礎(chǔ)。細(xì)胞膜是分割細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的屏障，具有選擇透性，是細(xì)胞與周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的主要通道。細(xì)胞膜是細(xì)胞感受外界脅迫最敏感的部位，逆境脅迫會(huì)使細(xì)胞膜選擇透性改變或消失，導(dǎo)致細(xì)胞中包括電解質(zhì)在內(nèi)的物質(zhì)大量外漏，使組織浸泡液的電導(dǎo)率變大[3]。電解質(zhì)的滲出量是衡量細(xì)胞膜受損害程度的重要指標(biāo)之一。植物在逆境中會(huì)產(chǎn)生自由基和丙二醛（MDA）等中間產(chǎn)物，丙二醛可以引發(fā)或加劇細(xì)胞膜脂過氧化作用，對細(xì)胞膜有毒害作用[4]，丙二醛含量越高細(xì)胞膜的損害程度越大，則細(xì)胞膜的透性越強(qiáng)。丙二醛的積累量代表細(xì)胞膜脂過氧化的程度，可間接反映植物組織抗氧化能力的大小。脯氨酸是植物蛋白質(zhì)的組分之一，以游離狀態(tài)廣泛存在于植物體中。在逆境條件下植物體內(nèi)脯氨酸的含量顯著增加。由于脯氨酸親水性極強(qiáng)，能穩(wěn)定原生質(zhì)膠體及組織內(nèi)的代謝過程，因而能降低凝固點(diǎn)，有防止細(xì)胞脫水的作用。在低溫條件下，植物組織中脯氨酸增加可提高植物的抗寒性，因此植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性[5]。黃上志等[6]通過研究熱激對水稻幼苗的影響，認(rèn)為水稻種子經(jīng)42 ℃高溫?zé)峒ぬ幚砗笥酌绲哪屠湫悦黠@增強(qiáng)，膜傷害程度降低，脯氨酸及各種保護(hù)酶的含量增加，而丙二醛的含量降低。綜上所述，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的損害強(qiáng)度是在植物受逆境脅迫后多種產(chǎn)物共同作用的結(jié)果，即植物的抗寒性也是由這些產(chǎn)物共同影響的。
高溫?zé)峒χ参锟购缘挠绊懸延泻芏鄨?bào)道[6-8]，而離子束輻照作為一種誘變源，誘變優(yōu)勢也早已被認(rèn)同[9]，但是關(guān)于離子束輻照與熱激共同作用對抗寒性的影響未見報(bào)道。本研究將小麥種子進(jìn)行離子束輻照，幼苗經(jīng)42 ℃高溫處理后測定電解質(zhì)滲出率及丙二醛和脯氨酸的含量，并與常溫條件下的幼苗進(jìn)行了比較，以研究離子束輻照及高溫?zé)峒?xì)胞膜的損害程度（抗寒性）的影響，旨在通過研究細(xì)胞膜透性的改變來探索植物在不同脅迫下的抗寒性。
1 材料與方法
1.1 材料
供試小麥（Triticum aestivun L.）品種為小偃81。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
選取飽滿均一的小麥種子，用低能氮離子束直接照射種子胚部。使用鄭州大學(xué)離子束生物工程省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Titan脈沖式離子注入機(jī)在靶室中進(jìn)行氮離子注入。離子注入能量為30 keV，真空度為5×10-2 Pa，采用脈沖式注入，束流為200 mA。注入量分別設(shè)為：真空10 min、1×1016、3×1016、5×1016 N+/cm2，以未注入氮離子的種子為對照。然后將低能氮離子處理好的種子每處理都分為2組，將其種入營養(yǎng)土中，待幼苗長至3葉期時(shí)，將其中一組放入42 ℃中培養(yǎng)4 h，另一組25 ℃培養(yǎng)4 h。之后將兩組小麥幼苗都放入4 ℃培養(yǎng)，2 d后再將兩組材料25 ℃恢復(fù)生長2 d[6]。
1.3 測定指標(biāo)及方法
1.3.1 電解質(zhì)滲出率 稱取1 g幼苗，放入50 mL錐形瓶中，加入15 mL 0.3 mol/L的甘露醇，去離子水定容到50 mL，25 ℃ 60 r/min振蕩3 h后測定滲出液的電阻率，由此算出電導(dǎo)率。將測量過的帶有幼苗的溶液高溫滅菌20 min，自然冷卻，加去離子水至50 mL，60 r/min振蕩15 min測總電阻率，算出電導(dǎo)率[6]。由公式：電解質(zhì)滲出率=浸泡液電導(dǎo)率/煮沸后電導(dǎo)率×100%，計(jì)算電解質(zhì)滲出率[3]。
1.3.2 丙二醛含量 取1 g葉片剪碎，加入10%三氯乙酸研磨提取丙二醛，以4 000 r/min離心10 min，取上清液，下一步進(jìn)行顯色反應(yīng)及測量。方法及藥品的配制均參照文獻(xiàn)[3]。
1.3.3 脯氨酸含量 取0.5 g葉片剪碎，3%磺基水楊酸研磨，將勻漿移至離心管中沸水浴10 min，冷卻，3 000 r/min離心10 min后取上清液，然后參照文獻(xiàn)[3]測定游離脯氨酸含量。
2 結(jié)果與分析
2.1 各處理對細(xì)胞膜透性的影響
由圖1可以看出，42 ℃熱激組的電解質(zhì)滲出率隨氮離子注入量增加呈先上升后下降趨勢，在真空處理達(dá)到最低值，3×1016 N+/cm2處理達(dá)到最高值；25 ℃組電解質(zhì)滲出率隨注入量的增加呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，真空處理達(dá)最大值， 3×1016 N+/cm2處理達(dá)最小值。說明高溫?zé)峒ξ唇?jīng)離子注入的幼苗細(xì)胞膜具有保護(hù)作用，但離子注入后高溫?zé)峒τ酌缂?xì)胞膜的作用具有隨機(jī)性，真空高溫處理對膜的保護(hù)作用較好。
2.2 各處理對脯氨酸含量的影響
從圖2可以看出，隨離子注入量的增加，25 ℃組的脯氨酸含量呈先下降后上升的趨勢，5×1016 N+/cm2處理時(shí)達(dá)最大值；42 ℃組呈先上升后下降再上升的趨勢，1×1016 N+/cm2處理時(shí)達(dá)最大值。25 ℃時(shí)，真空處理和1×1016 N+/cm2處理脯氨酸含量均低于對照，其他處理均高于對照。以上結(jié)果說明熱激在低離子注入量下對幼苗具有保護(hù)作用，而在高離子注入量下則有損害作用。42 ℃時(shí)，3×1016 N+/cm2處理的脯氨酸含量最小，僅有0.26%，與其他高溫處理組存在明顯差異，這與其電解質(zhì)滲出率最高結(jié)果相一致，說明可能經(jīng)3×1016 N+/cm2低能氮離子束輻照及高溫處理后，其抗寒性反而下降。
2.3 各處理對丙二醛含量的影響
由圖3可見，25 ℃處理后，幼苗丙二醛含量隨離子束注入量的增加呈上升趨勢，且變化區(qū)間較大，真空處理達(dá)到最小值，5×1016 N+/cm2處理達(dá)到最大值；42 ℃處理后，幼苗丙二醛含量在不同離子束注入量處理下變化不大。說明在低注入量下高溫反而會(huì)使丙二醛含量增加，高注入量高溫會(huì)使丙二醛含量下降；常溫（25 ℃）下離子注入量對幼苗丙二醛含量影響較大，而高溫后隨離子注入量的變化丙二醛含量變化不明顯，可能是由于高溫?zé)峒ぴ谝欢ǔ潭壬闲迯?fù)了離子注入對丙二醛含量的影響。
3 討論
植物受到脅迫后，細(xì)胞膜會(huì)從液晶狀態(tài)變?yōu)槟z狀態(tài)，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)被破壞，膜的透性會(huì)增大電解質(zhì)外漏，從而電解質(zhì)滲出率增大[2]，因此電解質(zhì)滲出率的大小能夠粗略地反映植物的抗逆性。前人已通過研究細(xì)胞膜的透性研究了植物的抗寒性、抗旱性以及抗鹽堿等，證明膜透性是植物抗逆性的有效指標(biāo)之一[10]。
本實(shí)驗(yàn)中未經(jīng)離子束處理的對照組表明高溫?zé)峒た梢允辜?xì)胞膜透性降低，證實(shí)了前人所研究的高溫?zé)峒?huì)提高小麥幼苗的抗寒性。小麥幼苗在受到離子束及高溫脅迫后，細(xì)胞膜透性在某些注入量下低于不做任何處理的幼苗，說明離子束及高溫脅迫在一定條件下可以提高幼苗的抗寒性。幼苗經(jīng)真空高溫（42 ℃）、3×1016 N+/cm2常溫（25 ℃）和5×1016 N+/cm2高溫處理后的抗寒能力強(qiáng)于對照，真空高溫處理幼苗抗寒性能力最強(qiáng)，說明此方法是提高植物抗寒性的另一途徑，而這種方法對幼苗抗寒能力的提高比單純高溫?zé)峒ばЧ谩］椪者^的小麥與對照存在差異，可能是因?yàn)殡x子束的輻照誘變使得小麥自由基、保護(hù)酶以及脂質(zhì)過氧化發(fā)生改變[9]，從而提高了小麥的抗寒性。高溫能夠提高抗寒性可能是高溫?zé)峒ぎa(chǎn)生的熱激蛋白，熱激蛋白具有參與新生肽的折疊、運(yùn)輸和組裝及參與逆境損傷蛋白的修復(fù)和降解的功能，熱激蛋白的合成能提高植物的抗寒性[6]。
當(dāng)植物受到脅迫時(shí)體內(nèi)游離脯氨酸含量會(huì)發(fā)生很大變化。脯氨酸是植物細(xì)胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，還能夠穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)、降低細(xì)胞酸性、解除氨毒以及作為能量庫調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原勢等。冷脅迫下脯氨酸迅速增加，作為防脫水劑降低水勢保護(hù)植物[11]，幼苗中游離脯氨酸含量越高說明幼苗的抗寒性越強(qiáng)。1×1016 N+/cm2高溫處理的幼苗脯氨酸含量最高，說明此脅迫有助于提高幼苗的抗逆性。而丙二醛是細(xì)胞膜脂過氧化作用的產(chǎn)物之一，因此丙二醛的增加則意味著植物抗逆性的降低[12]。5×1016 N+/cm2常溫處理下幼苗的丙二醛含量最高，則幼苗抗逆性最低。
本研究中細(xì)胞膜的電解質(zhì)滲出率的變化趨勢與脯氨酸及丙二醛的變化并不完全一致，這可能是由于細(xì)胞膜的透性與膜脂過氧化和膜脂肪酸以及植物體內(nèi)各種生理指標(biāo)相聯(lián)系，而脯氨酸與丙二醛僅是眾多影響因素之一，因此細(xì)胞膜的損傷程度并不能完全依賴這二者來判斷。
綜上所述，離子束輻照與高溫?zé)峒τ酌缈购缘挠绊戨S離子注入量的變化有一定的變化，但在某個(gè)適合幼苗生長的脅迫下（如真空高溫），幼苗的抗寒性高于僅進(jìn)行高溫脅迫的幼苗，此研究為選育具有更強(qiáng)抗寒性能作物提供了新的途徑。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王春艷，王立志，李 銳，等.黑龍江水稻冷害Ⅶ苗期低溫對水稻秧苗電導(dǎo)率及可溶性糖含量的影響[J].育種栽培，2010（5）：21-22.
[2] 巨 偉，楊彩鳳，趙 勇，等.低溫脅迫下冬小麥葉片細(xì)胞膜透性與抗寒性的相關(guān)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（19）：11416-11417.
[3] 李 玲.植物生理學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2011.78-88.
[4] 呂秀華，喬 辰，張三潤，等.低溫脅迫對鈍頂螺旋藻細(xì)胞過氧化和質(zhì)膜透性的影響[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，32（1）：52-57.
[5] 宋紅生，徐靜斐，趙正龍.干旱對桑樹質(zhì)膜透性脯氨酸積累的影響[J].蠶業(yè)科學(xué)，1992，18（2）：65-70.
[6] 黃上志，黃祥富，林曉東，等.熱激對水稻幼苗耐冷性及熱激蛋白合成的誘導(dǎo)[J]. 植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào)，2004，30（2）：189-194.
[7] 朱世江.芒果采后熱處理誘導(dǎo)抗冷性的生理生化機(jī)理研究[D].廣州：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2001.
[8] 羅自生.熱處理誘導(dǎo)采后柿果抗冷性機(jī)理的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2002.
[9] 周小云，劉亞萍，計(jì)巧靈.離子束注入對小麥幼苗保護(hù)酶活性及脂質(zhì)過氧化作用的影響[J].新疆大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，22（2）：194-196.
[10] 楊鵬輝，李貴金，郭 麗，等.干旱脅迫對不同抗旱大豆品種質(zhì)膜透性的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，31（3）：23-26.
[11] 李海林，殷緒明，龍小軍.低溫脅迫對水稻幼苗抗寒性生理生化指標(biāo)的影響[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，12（11）：50-53.
[12] 裴冬麗.干旱脅迫對小麥幼苗過氧化物同工酶的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50（8）：1530-1532.
猜你喜歡
電子元器件與信息技術(shù)(2022年1期)2022-03-26 07:37:16
湖北農(nóng)機(jī)化(2020年4期)2020-07-24 09:07:22
延邊大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）(2019年2期)2019-10-08 03:03:22
新疆農(nóng)墾科技(2016年2期)2016-08-21 13:50:26
廣西林業(yè)科學(xué)(2016年2期)2016-03-20 05:53:25
中國果菜(2016年9期)2016-03-01 01:28:40
中國馬鈴薯(2015年5期)2016-01-09 06:11:11
生物加工過程(2015年2期)2015-11-11 06:02:32
園藝與種苗(2015年10期)2015-02-27 11:27:51
長江蔬菜(2012年20期)2012-03-29 06:15:16
