商麥5226對酸雨脅迫的響應(yīng)

高寶云，楊 強(qiáng)

（商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西商洛726000）

商麥5226對酸雨脅迫的響應(yīng)

高寶云，楊 強(qiáng)

（商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西商洛726000）

為了探討酸雨對小麥種子萌發(fā)的影響，以商麥5226為材料，模擬pH值為2.0、2.5、3.0、4.0、5.0五種酸雨，研究其對小麥萌發(fā)過程中種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)以及幼苗體內(nèi)SOD、POD活性、MDA含量7個(gè)指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，隨著酸度的增加，小麥的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和SOD活性整體呈下降趨勢，而POD活性和MDA含量呈增加趨勢。不同pH值的酸雨對小麥種子萌發(fā)有著不同程度的影響。

商麥5226；酸雨；種子萌發(fā)

小麥?zhǔn)鞘澜缟系闹饕Z食作物之一，而外界環(huán)境，如干旱、低溫、病蟲害等逆境對小麥的生長發(fā)育有著不同程度的影響。近些年來，由于全球氣候的變化，極端天氣日益加劇，酸雨也逐漸成為影響小麥生長發(fā)育的不利因素。關(guān)于酸雨對作物的影響已有相關(guān)報(bào)道。范玉貞等[1]模擬不同pH值酸雨的環(huán)境對小麥進(jìn)行處理，結(jié)果表明pH為2.5的酸雨逆境下小麥的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)最?。粐?yán)重玲等[2]對小麥研究發(fā)現(xiàn)，小麥葉片SOD、POD活性隨酸雨pH值的降低先升后降呈單峰曲線變化；倪壽濤等[3]模擬酸雨對北方小麥生長的研究表明，酸雨酸度和受害時(shí)間是小麥葉片造成傷害的主要因素，其中pH為2.0的酸雨環(huán)境下，葉片中丙二醛（MDA）積累量達(dá)到最大。魏常青等[4]研究表明，pH為5.5和5.0的酸雨溶液對綠豆種子萌發(fā)有一定的抑制作用，可以降低綠豆種子的活性。前人研究結(jié)果為隨后酸雨對小麥的影響研究提供了較好的參考與借鑒。小麥萌發(fā)期是小麥重要的生育期之一，其生長狀況直接影響到小麥的產(chǎn)量。商麥5226有關(guān)酸雨對其萌發(fā)期的影響未見報(bào)道。為此，本研究通過模擬不同強(qiáng)度酸雨，研究酸雨脅迫對小麥種子萌發(fā)的影響，以期為區(qū)域農(nóng)業(yè)種植規(guī)劃和抗酸品種的選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選用商麥5226（陜審麥2008011）為供試材料，由商洛學(xué)院生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 試劑配制

將分析純濃硝酸和濃硫酸按體積比1：4.7配制成pH值為1.0的模擬酸雨母液，將蒸餾水與母液混合，配成pH值分別為2.0、2.5、3.0、4.0、5.0的模擬酸雨溶液[5]。

1.2.2 種子處理

選取籽粒飽滿，大小相當(dāng)?shù)姆N子，用3%的高錳酸鉀溶液消毒10 min后，再用蒸餾水沖洗數(shù)次，以洗去表面殘留的高錳酸鉀溶液，然后用濾紙吸干。

1.2.3 種子萌發(fā)

挑選大小均勻的小麥種子100粒，用鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿做發(fā)芽床，用不同pH值的酸雨溶液進(jìn)行脅迫處理，對照為與母液離子成分相似的中性溶液。每組設(shè)置3個(gè)重復(fù)，25℃培養(yǎng)，每天更換相應(yīng)溶液以保持酸度穩(wěn)定，第二天開始統(tǒng)計(jì)。

1.3 生理指標(biāo)的測定

發(fā)芽率：測試種子發(fā)芽數(shù)占測試種子數(shù)的百分比。

發(fā)芽勢：發(fā)芽過程中發(fā)芽種子數(shù)達(dá)到最高峰時(shí)發(fā)芽的種子數(shù)占供測試樣品種子數(shù)的百分比。

發(fā)芽指數(shù)：當(dāng)天發(fā)芽數(shù)與發(fā)芽日數(shù)比的總和。活力指數(shù)：生長指數(shù)與發(fā)芽指數(shù)的乘積。

SOD活力的測定：取不同處理小麥葉片(去葉脈)及對照組各0.5 g于預(yù)冷的研缽中，加1 mL磷酸緩沖液在冰浴下研磨成勻漿，倒入10 mL刻度試管中，加緩沖液定容為5 mL。取2 mL提取液于4℃下10000 rpm離心15 min，上清液即為SOD粗提液[6]。于25℃、4000 lx日光燈下反應(yīng)20 min，在560 nm波長下，測定其吸光度。視NBT光化還原被抑制50%的酶液量為一個(gè)酶活單位。

POD活力的測定：準(zhǔn)確稱取小麥葉片0.1 g，剪碎后放入預(yù)冷的研缽中，加磷酸緩沖液冰浴研磨成勻漿。殘?jiān)儆? mL磷酸緩沖液提取一次，合并兩次勻漿液，以4000 rpm低溫離心15 min，上清液即為粗酶液，定容25 mL，酶液貯于低溫下備用[7-8]。于470 nm處測出的吸光值(OD)，計(jì)算過氧化物酶活性。

丙二醛含量測定：準(zhǔn)確稱取小麥葉片1 g，加入少許石英砂和10 mL三氯乙酸溶液研磨，充分研磨后4000 r·min-1離心10 min[9]。取上清液分別在532、600、450 nm波長下測定吸光值(A)，計(jì)算樣品中MDA含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬酸雨對小麥種子萌發(fā)的影響

由圖1、圖2可知，在pH為2.0-3.0時(shí)小麥種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢最?。?）。隨著脅迫的持續(xù)(6 d內(nèi)),完全抑制了小麥的發(fā)芽過程。這表明高強(qiáng)度的酸雨抑制了小麥種子的活性進(jìn)而引起胚細(xì)胞的死亡。最終的結(jié)果是小麥種子不能正常萌發(fā)。在pH為3.0-5.0時(shí)，發(fā)芽率隨酸度的降低而上升。pH為5.0的發(fā)芽率高于對照組(4 d內(nèi))的發(fā)芽率，表明低濃度的酸液有助于小麥種子的萌發(fā)。發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)是反映種子綜合活力的指標(biāo)，由圖3、圖4中可以看出，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢相似，說明指數(shù)越高，抗逆能力越強(qiáng)。在相同的pH值下隨著脅迫時(shí)間的延長抑制了小麥幼苗的生長，在2.0-3.0更為明顯。

圖1 模擬酸雨對小麥發(fā)芽率的影響

圖2 模擬酸雨對小麥發(fā)芽勢的影響

2.2 不同pH值酸雨溶液對小麥幼苗生理活性的影響

2.2.1 模擬酸雨對小麥幼苗體內(nèi)SOD活性的影響SOD可消除自由基，控制細(xì)胞的膜脂過氧化。植物在正常生長狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)的活性氧自由基的產(chǎn)生和消除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。由圖5可看出，模擬酸雨溶液對小麥幼苗中的保護(hù)酶SOD的影響。酸雨對小麥幼苗中SOD的活性有抑制作用，隨著酸的強(qiáng)度增大SOD的活性逐漸減少，從而破壞小麥幼苗的防御系統(tǒng)加快小麥的衰老，但其變化幅度較小。到達(dá)一定程度甚至?xí)衅渌麄Φ某霈F(xiàn)。

圖3 模擬酸雨對小麥活力指數(shù)的影響

圖4 模擬酸雨對小麥發(fā)芽指數(shù)的影響

2.2.2 模擬酸雨對小麥幼苗體內(nèi)POD活性的影響

過氧化物酶是植物體內(nèi)普遍存在的一種保護(hù)酶，它與呼吸作用、光合作用及生長素的氧化等生長發(fā)育過程有著密切關(guān)系。它的活性隨著植物生長發(fā)育進(jìn)程不斷發(fā)生變化。因此通過測定POD活性可反映某一時(shí)期植物體內(nèi)代謝的變化。由圖6可看出，隨著酸度增強(qiáng)幼苗中POD的活性先緩慢增加，隨后上升較快，表明了酸液可直接影響幼苗中的POD保護(hù)酶活性，但增幅有限。POD作為小麥的一種保護(hù)酶，其活性處于增強(qiáng)的狀態(tài)，但并沒有起到緩解酸雨對小麥的傷害。

圖5 模擬酸雨對小麥幼苗SOD活性的影響

圖6 模擬酸雨對小麥幼苗POD活性的影響

2.2.3 模擬酸雨對小麥幼苗體內(nèi)MDA含量的影響

植物在衰老或逆境脅迫后，其組織或器官膜脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應(yīng)產(chǎn)生MDA。其含量通常可反映植物衰老及受逆境傷害程度。由圖7可以看出，pH值為2.0的酸雨下小麥幼苗中丙二醛含量最高，小麥幼苗中的MDA含量變化與POD變化基本相似，隨著酸度和脅迫時(shí)間的增加MDA的累積量增加，促進(jìn)了小麥的衰老。其變化幅度越大，說明酸雨對小麥幼苗中的MDA影響較大。

圖7 模擬酸雨對小麥幼苗MDA含量的影響

3 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，不同強(qiáng)度的酸雨對小麥種子萌發(fā)有著不同程度的影響。在處理前期，pH 2.0-3.0的酸雨對商麥5226的萌發(fā)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑制作用，原因主要是酸雨強(qiáng)度和受害時(shí)間,具體表現(xiàn)為發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均為0，其他組的幼苗隨著pH值的升高而上升，說明脅迫強(qiáng)度下降，種子的萌發(fā)活力急劇上升。這與倪壽濤、崔興國等[3,10]的研究結(jié)果一致。

SOD和POD作為生物體保護(hù)酶系統(tǒng)的主要組分,可緩解氧過量自由基對生物膜造成的傷害[11]。本研究認(rèn)為，商麥5226隨著酸雨強(qiáng)度的增大SOD的活性逐漸減少，這與唐正義等[12]研究小麥在pH值為2.0-3.0時(shí)研究結(jié)果一致。隨著酸雨強(qiáng)度增強(qiáng)商麥5226幼苗中POD的活性先是緩慢增加，隨后上升較快。pH值為2.0的酸雨下商麥5226幼苗中丙二醛含量最高，分析原因可能是商麥5226幼苗在正常情況下的酶促反應(yīng)等一系列生理代謝中，產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物均被小麥體內(nèi)的保護(hù)酶所清除，使代謝產(chǎn)物的清除和產(chǎn)生處于動(dòng)態(tài)平衡中，當(dāng)逆境脅迫超過一定限度后，這種平衡被打破，植物細(xì)胞內(nèi)活性氧的生成速率高于清除速率，導(dǎo)致活性氧的積累，植物細(xì)胞膜脂過氧化，最終表現(xiàn)為生物膜透性增加，影響植物的發(fā)育。可見酸雨對商麥5226的傷害主要是小麥幼苗的膜脂過氧化引起的，這與童貫和等[13]的研究結(jié)果相似。而在低酸度的幾組中丙二醛含量增加不是很明顯，這可能是商麥5226自身抗性的緣故。此時(shí)的處理對其造成傷害的程度不明顯。除了這些因素外還有其他因素隨著時(shí)間可能也會(huì)成為影響商麥5226的主要因素,其有待于進(jìn)一步研究。

[1]范玉貞.小麥種子萌發(fā)的抗酸性研究[J].現(xiàn)代農(nóng)村科技,2010(21)：62.

[2]嚴(yán)重玲,洪業(yè)湯,林 鵬,等.菠菜對酸雨脅迫的響應(yīng)及稀土元素的作用[J].園藝學(xué)報(bào),1999,6(1)：61-66.

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[8]李 玲.植物生理學(xué)模塊實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：科學(xué)出版社,2009：97-98.

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（責(zé)任編輯：李堆淑）

Effect of Acid-rain Stress on Shangmai 5226

GAO Bao-yun，YANG Qiang
(College of Biopharmaceutiacl and Food Engineering,Shangluo University,Shangluo 726000,Shaanxi)

In order to study the effect of acid-rain stress on seedling of germination of wheat，taking Shangmai 5226 as tested material,7 indexes,namely germination rate,germination energy,germination index,SOD activity,POD activity and MDA content,were measured during germination of wheat in its leaves under 5 different acid-rain levels(2.0、2.5、3.0、4.0、5.0).The results showed that germination rate, germination energy,germination index and SOD activity decreased as the acidity increased,while the POD activity and MDA content showed opposite trend.Acid rain of different pH values has an effect on germination of wheat at different levels.

Shangmai 5226,acid rain,germination

S512.1

：A

：1674-0033（2014）06-0061-04

10.13440/j.slxy.1674-0033.2014.06.018

2014-10-09

高寶云，女，陜西洛南人，講師