電導(dǎo)法在植物研究中應(yīng)用

摘要 通過總結(jié)電導(dǎo)法在植物抗逆性、種子活力、植物養(yǎng)分等方面的研究，闡述了研究方向和研究進(jìn)展，并且結(jié)合自身的研究實(shí)踐，提出目前研究的不足和自身對未來研究的展望。

關(guān)鍵詞 電導(dǎo)法；植物研究；展望

中圖分類號(hào) S184 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）17-05358-02

Abstract This paper summarized the conductivity method in plant resistance， seed vigor， plant nutrients and so on to expound the research direction and research progress， and finally put forward the deficiency of the present research and prospect for the future research based on the author′s own research in this field.

Key words Conductivity method； Botanical research； Prospect

電導(dǎo)法是用于測量各種液體介質(zhì)簡單、快速、高效的科學(xué)方法。由于各種液體因所含成分和濃度不同，其導(dǎo)電性能存在差異，由此可通過測量液體電導(dǎo)率來判定所檢測液體中所含溶質(zhì)的成分和濃度。該技術(shù)已被廣泛用于工農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。隨著電導(dǎo)儀的系統(tǒng)開發(fā)和功能拓展，已充分顯示出其廣泛的應(yīng)用前景。在植物研究方面，電導(dǎo)法的運(yùn)用已非常普遍且卓有成就，如植物抗寒性[1-11]和耐熱性比較[12-27]等。電導(dǎo)法分析快速、操作簡便、不消耗樣品與試劑的優(yōu)勢為植物研究注入新的活力，尤其是研究者剛涉足的植物養(yǎng)分診斷分析研究。然而，關(guān)于電導(dǎo)法在植物研究方面的綜述性報(bào)告幾乎沒有。因此，總結(jié)前人關(guān)于電導(dǎo)法在植物方面的應(yīng)用研究，了解目前的研究方向和研究進(jìn)展，在植物研究與應(yīng)用上意義重大。

1 在植物抗逆性中的應(yīng)用

冷凍、高溫、干旱等不良環(huán)境會(huì)使植物細(xì)胞的質(zhì)膜結(jié)構(gòu)受損，透性增大。測定質(zhì)膜透性變化的最常用的方法是測定組織外滲液電導(dǎo)率的變化。傷害越大，電解質(zhì)外滲越多，電導(dǎo)率越大，從而用電導(dǎo)率來反映逆境對植物的傷害程度和植物的抗性強(qiáng)弱。

1.1 抗寒性

植物抗寒性是電導(dǎo)法在植物研究中最廣泛的研究。Lyons[1]早在20世紀(jì)70年代就提出電導(dǎo)法可用于植物抗寒性的比較，已應(yīng)用于葡萄[2]、棗[3-4]、油茶[5-6]、香樟[7-8]、大葉女貞[9-10]和竹子[11-12]等植物的抗寒性研究。然而，由于各種植物的自身性質(zhì)不同，研究的操作處理和結(jié)果有所差異。

由于不同植物存在電解質(zhì)豐度差異，初始電導(dǎo)率值往往掩蓋電導(dǎo)率變化值，從而掩蓋物種的受傷害程度[13]，因此很少采用直接電導(dǎo)率值作為抗寒力的指標(biāo)。Cornelissen等[14]認(rèn)為，葉片相對電導(dǎo)率是衡量植物耐凍性能的重要生理指標(biāo)。電解質(zhì)外滲率不同計(jì)量方式表現(xiàn)精度不一，且選擇適當(dāng)?shù)臏囟确秶浅Ｖ匾猍15]。試驗(yàn)材料、低溫持續(xù)時(shí)間、薄片浸泡、煮沸時(shí)間等也影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，目前研究材料大部分為葉片和枝條[2-3]。陳建白[16]研究表明，葉柄切段比葉圓片更適于各橡膠品系電導(dǎo)率的測定。孫文生等[17]認(rèn)為，低溫持續(xù)時(shí)間對電解質(zhì)滲出率的變化起決定性的作用，并且呈緊密的線性關(guān)系。章文才[18]認(rèn)為，低溫處理時(shí)間的選擇以能夠充分反映品種抗逆性強(qiáng)弱為原則。劉紹俊等[19]認(rèn)為，如果脅迫溫度和時(shí)間設(shè)置不當(dāng)，Logistic方程擬合度低，那么拐點(diǎn)溫度就不能很好地反映品種間的抗寒性差異。取材時(shí)期和材料生長狀態(tài)一致，才能得到相對準(zhǔn)確的結(jié)果。

電導(dǎo)法只是測試的其中一種方法。要全面、客觀地研究其抗寒性，還需與其他測試方法作比較，如低溫時(shí)細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化、酶活性測定等研究[11]。Logistic方程擬合得到的半致死溫度受試驗(yàn)材料、試驗(yàn)條件等多方面因素的影響，與實(shí)際可忍受的低溫極限值存在一定差異[2]。研究采用離體枝條，與其整個(gè)植株在田間的耐寒性之間存在差距，尚需進(jìn)一步研究找出它們之間可能存在的關(guān)系。

1.2 耐熱性

電導(dǎo)法配合Logistic方程是一種評價(jià)耐熱性常用且簡便的方法[20-22]。Martireau等[23]認(rèn)為可以測定葉片外滲電導(dǎo)率來確定高溫對葉片的傷害。Tischler 等[24]把相對電導(dǎo)率作為耐熱性研究一個(gè)重要指標(biāo)。張文娟等[25]發(fā)現(xiàn)，處理溫度與細(xì)胞傷害率之間呈現(xiàn)“S”型曲線，符合Logistic方程。饒貴珍等[26]認(rèn)為，觀賞南瓜苗期相對電導(dǎo)率和高溫期的座果率、產(chǎn)量、病毒病情指數(shù)作為耐熱性的指標(biāo)，其結(jié)果具有一致性。運(yùn)用電導(dǎo)法研究得出，熱鍛煉可提高細(xì)胞的耐熱性及其機(jī)理[27]。

由于研究是在植物離體條件下進(jìn)行，且材料多為葉片，不能全面代表植物的整體耐熱性。此外，植物的耐熱性受諸多環(huán)境因素的影響，因此可結(jié)合其他各類因子對植株的耐熱性進(jìn)行深入研究。

1.3 抗旱性

質(zhì)膜透性反映植物的耐旱性，是一種較綜合且準(zhǔn)確的抗旱指標(biāo)[28]。質(zhì)膜透性的增加是植物干旱傷害的本質(zhì)之一。通常，耐旱樹種具有較低的電解質(zhì)外滲率，耐旱性弱的品種電導(dǎo)率增加較快[29-30]。在干旱脅迫下，反映葉片受傷害程度的相對電導(dǎo)率和反映葉片滲透調(diào)節(jié)能力的電導(dǎo)率極值均表現(xiàn)出升高趨勢[31]。

目前，大部分抗旱性研究多是對比正常和脅迫條件下相對電導(dǎo)率來研究植物的耐旱性，而較少涉及電導(dǎo)率隨水分脅迫的動(dòng)態(tài)變化的研究。另外，研究多集中抗性強(qiáng)弱判斷，對抗性機(jī)理和增強(qiáng)抗性方面的探究較少。

2 在植物種子活力中的應(yīng)用

種子活力是比發(fā)芽率更敏感的指標(biāo)，是指高發(fā)芽率種子批間在田間表現(xiàn)的差異。通常，高發(fā)芽率的種子具有高活力，但兩者不存在正相關(guān)。電導(dǎo)率測定種子活力的原理是種子吸脹初期細(xì)胞膜重建和損傷修復(fù)的能力影響電解質(zhì)和可溶性物質(zhì)外滲的程度，重建膜完整性的速度越快，外滲物就越少，電導(dǎo)率與種子活力呈負(fù)相關(guān)[32]。Goel等[33]研究表明，棉花種子發(fā)芽率的降低與種子浸出液電導(dǎo)率的增加呈正比。

適宜的浸泡時(shí)間是保證電導(dǎo)法準(zhǔn)確測定種子活力的關(guān)鍵。雜交水稻種子在20 ℃條件下浸泡24 h[34]，穿心蓮種子浸泡6 h[35]，大豆新、陳種子分別浸液24和20 h[36]，其電導(dǎo)率所反映的種子活力高低狀況與活力指數(shù)一致。周大云等[37]則建議將測定值轉(zhuǎn)化成單位時(shí)間電導(dǎo)率的增加值，能更準(zhǔn)確地反映種子活力水平。

電導(dǎo)法測定種子活力也有局限性，因?yàn)殡妼?dǎo)率結(jié)果受包括種子大小、種皮的完整性、種子水分含量、電導(dǎo)率測定的儀器、機(jī)械損傷以及測量溫度等因素的影響；剔除種皮機(jī)械損傷的種子，肉眼觀察不夠準(zhǔn)確，而且剔除損傷種子后測定結(jié)果會(huì)高估種子活力。

3 在植物組織養(yǎng)分中的應(yīng)用

大量植物養(yǎng)分狀況的測試和評價(jià)方法已被廣泛用于生產(chǎn)，但多數(shù)方法價(jià)格昂貴、操作繁瑣、時(shí)間久，嚴(yán)重限制了大批量樣品養(yǎng)分測定和生產(chǎn)的快速實(shí)時(shí)判定。因此，急需探索便捷、實(shí)用的植物養(yǎng)分監(jiān)測技術(shù)。電導(dǎo)法是測試液體介質(zhì)的快速、高效的科學(xué)方法，已有研究者將電導(dǎo)法應(yīng)用到植物養(yǎng)分的研究中。

植物細(xì)胞中的養(yǎng)分物質(zhì)復(fù)雜多樣，故研究混合電解質(zhì)的電導(dǎo)率特征很有必要。研究表明，在低濃度范圍內(nèi)，當(dāng)溫度一定時(shí)，混合電解質(zhì)溶液濃度增加，混合溶液電導(dǎo)率升高；當(dāng)溶液濃度一定時(shí)，溫度升高，混合溶液電導(dǎo)率升高[38-39]。孫存華[40]應(yīng)用電導(dǎo)法測定植物組織中鉀含量，得出實(shí)用結(jié)果。

孫鐘雷等[41]研究表明，電導(dǎo)率與榨菜鹽分含量之間達(dá)0.01水平顯著的相關(guān)性。陳真權(quán)等[42]以油茶為材料，測定油茶葉片組織液的相對電導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)它與葉片N、P、K含量之間相關(guān)性良好，且均遵循多項(xiàng)式擬合方程。該研究為實(shí)現(xiàn)植物養(yǎng)分測定過程中快速分析進(jìn)行了有益的嘗試。

4 其他

由于電導(dǎo)率法具有分析快速、操作簡便、不消耗樣品與試劑的特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于植物細(xì)胞的研究中。薛偉明等[43]采用電導(dǎo)法反饋提取液中有效成分的提取規(guī)律及提取終點(diǎn)的研究，發(fā)現(xiàn)有效成分含量-電導(dǎo)率值、質(zhì)量轉(zhuǎn)移率-電導(dǎo)率值之間線性關(guān)系良好。電導(dǎo)率值可以直觀地表征提取過程中有效成分的提取規(guī)律和溶出程度。孟琴等[44]認(rèn)為，電導(dǎo)率法是測定植物細(xì)胞生長量的最佳方法。電導(dǎo)法通過測定培養(yǎng)液電導(dǎo)率可以準(zhǔn)確、快速地得到細(xì)胞生長速率，而且不產(chǎn)生任何不利于細(xì)胞生長的負(fù)效應(yīng)，不受細(xì)胞形態(tài)的局限，又可以實(shí)現(xiàn)在線測量。電導(dǎo)法也被用于測定植物細(xì)胞呼吸速率的研究中，且品種適用性廣泛[45]。

5 結(jié)語

目前，電導(dǎo)法關(guān)于植物的研究主要集中在植物抗逆性方面，且僅宏觀地反映電導(dǎo)率與植物抗性的相關(guān)性，而很少涉及內(nèi)部微觀物質(zhì)的研究，如與抗性相關(guān)的脯氨酸含量等。電導(dǎo)法應(yīng)與其他的測試方法相對比，從而更全面、客觀地評價(jià)植物的抗逆性。另外，研究采用的是離體材料，勢必與整個(gè)植株的生理有差異。

在電導(dǎo)法關(guān)于種子活力的研究中，種子浸泡時(shí)間段選擇較少，所用組合數(shù)量有限，較少測定種子的田間出苗率，利用自然老化種子進(jìn)行對比試驗(yàn)。

電導(dǎo)法應(yīng)用于植物養(yǎng)分診斷分析，通過測定植物組織電導(dǎo)率來實(shí)時(shí)判定植物的養(yǎng)分狀況的研究，是電導(dǎo)法在植物研究方面的一個(gè)新的方向，研究意義重大。

電導(dǎo)法對植物研究的操作過程技術(shù)規(guī)范還不完善，如材料的選擇與處理、浸泡溫度與時(shí)間、加入介質(zhì)的量以及對外界條件的控制等。電導(dǎo)儀是一個(gè)精密的儀器，然而應(yīng)用研究多為簡單的強(qiáng)弱比較如抗逆性、種子活力的比較，所以進(jìn)一步地研究應(yīng)量化指標(biāo)，使得結(jié)果精確化。

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