低溫弱光對苗期紫花苜蓿根頸生理特性的影響

張彩峽,呼天明

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,陜西楊凌 712100；2.西藏職業(yè)技術(shù)學(xué)院,西藏拉薩 850030）

①根頸是指根部上端膨大處,是聯(lián)系地上部和根系的關(guān)鍵部位,根頸上能夠形成大量的芽,是產(chǎn)生分枝的重要部位[1],同時(shí)也是吸收、運(yùn)輸、儲存養(yǎng)分和水分的重要器官,直接影響植物的再生性、耐寒性、抗旱性和抗病蟲害性等生產(chǎn)性能和植物的可持續(xù)利用[2-3]。苜蓿Medicago sativa根頸為冷凍害的最敏感部位[4],對苜蓿越冬和春季返青時(shí)的萌芽發(fā)枝至關(guān)重要。目前,國內(nèi)外有關(guān)苜蓿根系的研究主要集中于根系形態(tài)發(fā)育、根蘗特性與環(huán)境的關(guān)系等方面[5],有關(guān)苜蓿根頸的研究較少[6],只有少量研究涉及根頸病害及防治[5]。試驗(yàn)采用人工控制溫度及光照條件的方法,分析了低溫弱光脅迫對不同秋眠級紫花苜蓿根頸的影響,以期為紫花苜蓿的品種選育及栽培提供支持,為苜蓿種質(zhì)資源的鑒定、利用提供理論參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料試驗(yàn)選用的2個(gè)紫花苜蓿品種（WL414和巨人201）的種子由楊凌金道種子公司提供,秋眠級分別為6和2,發(fā)芽率90%以上。

1.2 處理方法將供試紫花苜蓿種子先用98%濃硫酸處理 1 h,再用5%次氯酸鈉溶液消毒5 min,最后用去離子水清洗5遍。將100粒種子置于鋪2層濾紙的培養(yǎng)皿（直徑10 cm）中,于培養(yǎng)箱（ZPQ350型）內(nèi)20℃恒溫連續(xù)暗培養(yǎng)3 d。試驗(yàn)期間根據(jù)種子吸脹情況適當(dāng)補(bǔ)加蒸餾水。

試驗(yàn)用苗于2009年6月1日-11月10日在西北農(nóng)林科技大學(xué)全自動(dòng)PVC溫室（光照培養(yǎng)16 h,暗培養(yǎng)8 h,恒溫25℃）營養(yǎng)盆培養(yǎng)。營養(yǎng)盆為圓錐形,內(nèi)徑10 cm,高 25 cm,盆底有小孔,營養(yǎng)盆內(nèi)裝細(xì)沙（0.8 kg/盆）,澆透水后將發(fā)芽的幼苗從培養(yǎng)皿移栽于營養(yǎng)盆中（1株/盆）,每隔1 d澆1次自來水,每周澆2次Hoagland營養(yǎng)液以促進(jìn)其生長。植株到分枝期（形成大量分枝）時(shí),將完整植株移至人工氣候培養(yǎng)箱（ZPQ350型）內(nèi),進(jìn)行不同低溫弱光處理,處理方式見表1。

處理72 h后,采取根頸樣品,測定各生理指標(biāo)。每處理中各參試材料分別為5株,每項(xiàng)測定設(shè)3次重復(fù)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法參照高俊鳳主編的《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》的方法[7]測定超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性和丙二醛（MDA）含量。

表1 處理方式

1.4 統(tǒng)計(jì)分析運(yùn)用SPSS13.0數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,Microsoft Office Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算及圖表處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫弱光對SOD活性的影響SOD作為植物體內(nèi)保護(hù)酶之一,能清除過多積累的超氧陰離子自由基,避免或減輕逆境傷害。低溫弱光處理72 h后,WL414和巨人201根頸中的SOD活性顯著降低（圖1）。72 h后,WL414根頸的SOD活性各處理分別比 CK下降 57.24%、41.06%、54.12%和 38.63%,巨人201根頸中的SOD活性各處理分別比 CK下降 29.65%、15.01%、27.47%和13.52%。相同弱光條件下,低溫0～5℃處理SOD活性下降幅度顯著大于5～10℃處理（P＜0.05）。相同低溫條件下,弱光50 μ mol/（m2·s）處理SOD活性下降幅度顯著大于 100 μ mol/（m2·s）處理（P＜0.05）,即2個(gè)品種的T1和T3處理的SOD活性下降幅度均大于T2和T4,T1的下降幅度最大,T4的下降幅度最小,且 WL414的SOD活性下降程度大于巨人201。在相關(guān)研究中也得到一致結(jié)論,秋眠級高的紫花苜蓿在低溫脅迫下SOD活性下降程度大于秋眠級低的[8]。

圖1 低溫弱光脅迫對紫花苜蓿根頸SOD活性的影響

2.2 低溫弱光對POD活性的影響POD是植物體內(nèi)普遍存在的、活性較高的一種保護(hù)酶,是分解H2O2的主要保護(hù)酶,其活性的高低及增強(qiáng)幅度的大小直接關(guān)系到植物細(xì)胞的損傷程度。低溫弱光處理72 h后,WL414和巨人201根頸中POD活性呈顯著上升趨勢（圖2）。相同弱光條件下,低溫5～10℃處理POD活性增加幅度顯著大于0～5℃處理（P＜0.05）。相同低溫條件下,弱光50和100 μ mol/（m2·s）處理組間 WL414差異不顯著,而巨人201的POD活性增加幅度弱光50 μ mol/（m2·s）處理顯著大 于 100 μ mol/（m2·s）處理（P＜0.05）。WL414根頸的POD活性增加幅度小于巨人201,WL414根頸的POD活性各處理分別比CK增加13.30%、20.20%、10.20%和 18.70%,而巨人201根頸中POD活性各處理則分別比CK增加41.97%、50.43%、35.83%和44.27%,T2和 T4處理的POD活性增加幅度均大于T1和T3,其中T2的增加幅度最大,T3的增加幅度最小。從整個(gè)變化過程來看,巨人201保持著較高的POD活性,具有較高的H2O2清除能力,抵御低溫弱光傷害的能力較強(qiáng)。

圖2 低溫弱光脅迫對紫花苜蓿根頸POD活性的影響

2.3低溫弱光對MDA含量的影響MDA是膜脂過氧化產(chǎn)物,是反映細(xì)胞膜傷害程度的重要指標(biāo)之一。低溫弱光處理72 h后,WL414和巨人201根頸中MDA含量顯著上升（圖3）。相同弱光條件下,低溫0～5℃處理MDA含量增加幅度顯著大于5～10℃處理（P＜0.05）。相同低溫條件下,弱光 50 μ mol/（m2·s）處理MDA 含量增加幅度顯著大于 100 μ mol/（m2·s）處理（P＜0.05）,WL414的MDA含量增加幅度大于巨人201。WL414根頸的MDA含量各處理分別比 CK 增加 79.53%、33.57%、62.90%和29.97%,而巨人201根頸中的MDA含量各處理則分別比CK增加21.44%、5.57%、14.99%和1.92%。T1和T3的MDA含量增加幅度均大于T2和T4,其中 T1的增加幅度最大,T4的增加幅度最小。與CK相比,低溫弱光脅迫均導(dǎo)致紫花苜蓿根頸中MDA含量的上升,這說明經(jīng)低溫弱光脅迫,紫花苜蓿根頸細(xì)胞膜遭到不同程度的破壞[9],MDA大量積累。

圖3 低溫弱光脅迫對紫花苜蓿根頸MDA含量的影響

3 討論與結(jié)論

植物體內(nèi)清除活性氧的酶類主要包括SOD、過氧化氫酶（CAT）和POD等,這些酶能減輕或消除逆境對植物造成的傷害,清除自由基并防止自由基毒害,它們活性的變化可作為植物的耐寒指標(biāo)[10]。當(dāng)植物遭遇逆境脅迫時(shí),往往保護(hù)酶活性越高其忍耐逆境的能力越強(qiáng)。近年來的研究表明,逆境下植物體內(nèi)活性氧超過正常水平時(shí),加劇了膜脂過氧化而導(dǎo)致膜系統(tǒng)受損,最終使組織結(jié)構(gòu)遭到破壞。SOD的主要功能是催化超氧物陰離子自由基（O2-）發(fā)生歧化反應(yīng),生成 O2和H2O2。H2O2可以產(chǎn)生更多的羥基自由基,影響植物生長與光合生理特性,而POD可以清除體內(nèi)的H2O2,維持體內(nèi)的活性氧代謝平衡,保護(hù)膜結(jié)構(gòu),從而使植物能在一定程度上忍耐、減緩或抵抗逆境的脅迫。MDA作為膜系統(tǒng)磷脂不飽和脂肪酸的過氧化產(chǎn)物對細(xì)胞膜起傷害作用[10]。

本試驗(yàn)中,低溫弱光處理72 h后,WL414和巨人201根頸中的POD活性上升,但SOD活性下降,MDA含量增大,表明為避免遭受低溫弱光逆境的傷害根頸作出了適應(yīng)性反應(yīng),而根頸活性氧積累過多,超出了SOD和POD等膜保護(hù)酶的清除能力,部分未能清除的活性氧引起膜脂過氧化（MDA含量的增加顯著）,導(dǎo)致膜的完整性被破壞。就相同弱光條件而言,低溫0～5℃對植株的影響比5～10℃更為顯著,POD活性上升幅度較小,而SOD活性的下降、MDA含量的增加幅度較大,這與蔡仕珍等[11]在花葉細(xì)辛Asarum gephilum的MDA變化研究中的結(jié)果一致,隨著濕度的降低MDA含量升高,使膜系統(tǒng)傷害更為嚴(yán)重。相同低溫條件下,弱光 50 μ mol/（m2·s）處理使POD活性上升、SOD活性的下降、MDA含量的增加幅度比 100 μ mol/（m2·s）更大。從品種間比較可知,巨人201對低溫弱光脅迫的適應(yīng)能力強(qiáng),能維持較高水平的SOD和POD活性[12-13],避免或減輕膜脂過氧化作用,細(xì)胞組織受的傷害較小[14]。結(jié)果表明,SOD和 POD活性、MDA含量可較好地反映植物抗逆能力[15]。

植物耐低溫弱光的機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜,僅從某一側(cè)面或?qū)哟稳パ芯恐参锏哪偷蜏厝豕饽芰κ沁h(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。植物耐低溫弱光的表現(xiàn)是多方面的,紫花苜蓿根頸的耐低溫弱光性與成株階段及開花結(jié)實(shí)階段的耐低溫弱光性是否一致,仍有待于進(jìn)一步研究。

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