聚乙二醇模擬干旱對甜高粱幼苗生長及抗旱性的影響

聚乙二醇模擬干旱對甜高粱幼苗生長及抗旱性的影響

馮曉東，王悅，王曉潔，王思思，鄧倩，惠小紅

(延安大學生命科學學院，陜西延安716000)

摘要：研究了不同濃度聚乙二醇(PEG2000)溶液處理對甜高粱幼苗苗高、鮮重、葉長、脯氨酸以及丙二醛含量的影響。結(jié)果表明：不同濃度PEG2000脅迫下，隨著PEG2000濃度的升高，甜高粱幼苗的鮮重、苗高和葉長均減小，濃度在20%以下，降低不明顯，當濃度達到30%時，顯著降低；而丙二醛和脯氨酸含量隨著PEG2000濃度的升高均上升，濃度在20%以下，降低不明顯，當濃度達到30%時，升高顯著。表明甜高粱幼苗在20%PEG2000處理下具有較強的耐旱性，當濃度達到30%時，甜高粱幼苗抗旱性降低，生長受到抑制。

關(guān)鍵詞：甜高粱幼苗；聚乙二醇(PEG2000)；丙二醛；脯氨酸

中圖分類號：Q943.1

文獻標識碼：A

文章編號：1004-602X(2015)01-0033-04

收稿日期：2014-12-22

基金項目：2013年省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃創(chuàng)新訓練項目(項目編號：1247)

作者簡介：馮曉東(1968—)男，山西河津人，延安大學副教授。

Abstract：Study on the change of height, fresh weight, leaf length,proline and MDA content of the sweet sorghum seedling at the different concentration of polyethylene glycol (PEG2000).The results show that:with the increasing of the concentration of PEG2000,the fresh weight,seedling height and leaf length of sweet sorghum seedling decreased. Under 20% PEG2000,no significant decrease and reduce significantly when 30% PEG2000.With the increasing of the concentration of PEG2000,the content of MDA and proline were increased.PEG2000 Concentration below 20%,no significant increase and increase significantly when 30% PEG2000.The sweet sorghum seedlings have stronger drought resistance under 20% PEG2000,when the concentration is 30%,the drought resistance of sweet sorghum seedling reduce and the growth restrain.

甜高粱(Sorghumbicolor(L.)Moench)是一種抗旱性較強的植物，具有耐鹽堿、耐貧瘠、耐澇耐高溫等優(yōu)良特性，因此它在土壤惡劣的條件下適應(yīng)能力較強，生長速度也非?？欤a(chǎn)量高。甜高粱種子和莖稈含有較高的糖分，可為人類提供食物，并為人類開發(fā)生物能源提供豐富更為廉價的可再生能源，有造酒、制糖、造紙等用途而被重視，因而成為全球重要的能源植物之一。在全球能源及其危機的情況下，開發(fā)一種清潔的、可再生的能源對于解決能源危機具有非常重要的意義。甜高粱分布在我國東北、華北、西北和黃河流域，具有生物產(chǎn)量高、含糖高、耐鹽堿、耐澇、抗旱等優(yōu)良特征，所以甜高粱成為我國主要的栽培作物之一[1]。由于近年氣候變化，土壤逐漸干旱化和沙漠化以成為影響植物生長的一個重要因素[2-4]。據(jù)統(tǒng)計，全世界干旱土約10億hm2，約占陸地總面積的10%，我國約有干旱土2700萬hm2。對于我國是一個糧食需求大國來說，將干旱地區(qū)土壤充分利用起來是非常必要的。

陜北地處于黃土高原中間，氣候干燥，土壤偏干性。因此，研究甜高粱的抗干旱性對有效利用陜北干旱化土地和發(fā)展生物質(zhì)能源具有重要意義。植物的耐旱性機理比較復雜，存在于植物的整個生長發(fā)育過程中[5]。并且植物的耐旱性通常在幼苗期建立起來，如果幼苗能夠在干旱脅迫下生長，那么植物后期在干旱的環(huán)境下也能夠正常的生長發(fā)育[6-7]。利用不同濃度PEG2000溶液處理，通過幼苗期生理生化指標檢測，確定甜高粱抗旱育種生理指標，為抗干旱甜高粱品種的選育提供參考依據(jù)。

1實驗材料與方法

1.1　材料

大力士甜高粱(Sorghumbicolor(L.)Moench.cv.

Ddlishi)。

1.2　方法

1.2.1　培養(yǎng)與處理

將萌發(fā)的甜高粱種子播種于預先浸透水的石英砂中，播種深度為1 cm左右，放置生化培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng)，溫度為25℃，相對濕度為70%左右，待幼苗苗高約為3 cm左右時，移至光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，溫度和濕度保持不變，待幼苗苗高約為7 cm左右時，先用氯化鈉和鹽酸緩苗3 d，再用四分之一的營養(yǎng)液培養(yǎng)5 d，之后分別在濃度為0%、10%、20%、30%PEG2000溶液中培養(yǎng)，每組三個重復。培養(yǎng)15 d后進行各項形態(tài)指標及生理生化指標的測定。

1.3　測量方法

1.3.1甜高粱幼苗單株鮮重、苗高、葉長的測定

在PEG2000脅迫處理16 d后，從培養(yǎng)盆中取出完整植株，將根部小石英石輕輕漂去，用蒸餾水快速漂洗根部，用濾紙吸干植株表面水分。稱量鮮重，測量苗高及葉長。

1.3.2脯氨酸含量的測定[8]

1.3.3丙二醛(MDA)含量的測定[8]

1.4　數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel和SPSSl6.0軟件進行數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1　不同濃度PEG2000對甜高粱幼苗鮮重的影響

如圖1、2所示：在干旱脅迫條件下，甜高粱幼苗地上部分和根的鮮重都有所下降。而且隨著處理PEG2000濃度的增加，甜高粱幼苗鮮重的下降幅度也隨之增加。30%濃度PEG2000溶液處理后下降最明顯。經(jīng)方差分析，與對照相比，30%PEG2000溶液處理后幼苗鮮重降低顯著(P<0.05)。

圖1　干旱脅迫下甜高粱幼苗地上鮮重變化

圖2　干旱迫下甜高粱幼苗根鮮重變化

2.2不同濃度PEG2000對甜高粱幼苗苗高的影響

如圖3所示：在干旱脅迫條件下，隨著處理PEG2000濃度的增加，甜高粱幼苗的苗高依次降低，甜高粱幼苗苗高的下降幅度也隨之增加。經(jīng)方差分析，與對照相比，30%PEG2000溶液處理后甜高粱幼苗苗高降低顯著(P<0.05)。

圖3　干旱脅迫下甜高粱幼苗苗高變化

2.3不同濃度PEG2000對甜高粱幼苗葉長的影響

如圖4所示：由圖可見，在干旱脅迫條件下，甜高粱幼苗的葉長均有所下降，隨著處理濃度的增加，甜高粱幼苗葉長的下降幅度也隨之增加。經(jīng)方差分析，對照的幼苗葉長與30%PEG2000溶液處理后甜高粱幼苗葉長達到了顯著水平(P<0.05)。

圖4　干旱脅迫下甜高粱幼苗葉長變化

2.4不同濃度PEG2000對甜高粱幼苗葉片丙二醛(MDA)的影響

如圖5所示：在本試驗中，隨著PEG2000濃度的增加，甜高粱幼苗葉片中丙二醛的含量有所上升。經(jīng)方差分析，對照葉片MDA含量與30%PEG2000溶液處，后的差異達到顯著水平(P<0.05)。

圖5　干旱脅迫下甜高粱幼苗丙二醛含量變化

2.5不同濃度PEG2000對甜高粱幼苗葉片脯氨酸的影響

如圖6所示：在本試驗中，隨著PEG2000濃度的增加，甜高粱幼苗葉片中脯氨酸含量有所上升。經(jīng)方差分析，對照葉片脯氨酸含量與30%PDE2000溶液處理后的差異達到顯著水平(P<0.05)。

圖6　干旱脅迫下甜高粱幼苗脯氨酸含量變化

3討論和結(jié)論

由于干旱的脅迫，甜高粱的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能都會發(fā)生一定的改變，因此人們通過研究甜高粱的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能來判斷它在逆境下的抵抗能力[9-10]。研究結(jié)果表明，干旱脅迫條件下甜高粱幼苗鮮重、苗高、葉長均有較大幅度的下降。經(jīng)過方差分析，對照的鮮重、苗高、葉長和30%PEG2000溶液處理后鮮重、苗高、葉長的差異均達到顯著水平，隨著PEG2000濃度增大，甜高粱幼苗生長受到的抑制越明顯，特別是30%PEG2000處理后，甜高粱幼苗生長受到明顯影響，植株變矮、葉片干枯還有嚴重的倒伏。

在干旱脅迫下，植物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)首先發(fā)生改變，其細胞質(zhì)膜受到脅迫而脅變，導致質(zhì)膜受傷，丙二醛是質(zhì)膜過氧化的主要產(chǎn)物之一，所以丙二醛可以作為細胞膜質(zhì)過氧化程度的體現(xiàn)，如果丙二醛含量高，說明植物細胞膜質(zhì)過氧化程度高，表明細胞膜受到的傷害嚴重。研究表明，植物在鹽堿，高溫等極端條件下，植物體內(nèi)丙二醛含量較高，即植物在逆境條件下會發(fā)生質(zhì)膜過氧化[11]。因此丙二醛含量的高低是反映細胞膜脂過氧化作用強弱和質(zhì)膜損傷程度大小的重要指標[12-13]。在PEG2000脅迫條件下，甜高粱幼苗葉片中丙二醛含量上升幅度越小，說明該品種(系)幼苗葉片的細胞質(zhì)膜因膜脂過氧化作用而受到的損傷越小，此品種的甜高粱耐干旱越強。本試驗結(jié)果表明：在干旱脅迫條件下，與對照組相比，甜高粱幼苗葉片丙二醛含量在30%PEG2000濃度條件下上升幅度最大，10%PEG2000濃度條件下上升幅度最小。

脯氨酸是植物在逆境下的最為有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其作用有穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)、有利于維持水分、降低細胞酸性、防止植物脫水、降低滲透壓、解除毒氨、提供代謝能源及合成蛋白質(zhì)的碳源和氮源[14]。在逆境條件下(旱、鹽堿、熱、冷、凍)，植物體內(nèi)脯氨酸的含量會大量積累，脯氨酸作為一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，它在一定程度上反映了植物的抗逆性，抗旱性強的植物往往積累較多的脯氨酸。因而植物受到干旱脅迫時，脯氨酸的含量會明顯增加，脯氨酸含量的增加有利于防止植物脫水，維持細胞水分，降低細胞酸化，提供代謝能源及蛋白質(zhì)合成的原料[15-17]。結(jié)果表明，與對照組相比，甜高粱幼苗葉片脯氨酸含量在30%PEG2000濃度條件下達到最高。

在不同濃度的PEG2000脅迫條件下，甜高粱幼苗的鮮重、苗高、葉長、丙二醛含量和脯氨酸含量這5項生態(tài)生理指標呈現(xiàn)出以下規(guī)律：甜高粱幼苗的鮮重、苗高、葉長都有所下降；丙二醛含量、脯氨酸含量均有所上升，濃度均在20%以下差異不明顯，濃度達到30%時，有顯著差異，且甜高粱幼苗生長矮小，出現(xiàn)干枯及倒伏的現(xiàn)象。因此，適宜甜高粱幼苗生長的PEG2000濃度在10%到20%之間。

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[責任編輯李曉霞]

Effects of Drought Stress Simulated by PEG on the Growth and

the Drought Tolerance of Sweet Sorghum Seedlings

FENG Xiao-dong,WANG YUE,WANG Xiao-jie,WANG Si-si

DENG QIAN,HUI Xiao-hong

(College of Life Science,Yan'an university,Yan'an,Shaanxi 716000)

Key words：sweet sorghum seedling; polyethylene glycol(PEG2000); malondialdehyde; proline