干旱胁迫对稻幼苗 PEG6000模拟干旱胁迫对黄瓜幼苗生长的影响
摘要：选用５种不同的黄瓜品种进行ＰＥＧ６０００模拟干旱胁迫试验，对这些品种在不同体积分数的ＰＥＧ６０００胁迫下的幼苗的叶绿素ａ＋ｂ含量、ＭＤＡ含量、脯氨酸含量、ＳＯＤ活性等生理指标进行了测定。结果表明，在不同体积分数的ＰＥＧ６０００胁迫后，冀杂１号表现出了最强的抗旱性，该品种在叶绿素ａ＋ｂ含量和ＭＤＡ含量的表现方面均优于其他品种；从不同体积分数的ＰＥＧ６０００胁迫下的脯氨酸含量和ＳＯＤ活性来看，鞍绿３号的表现优于其他品种。
关键词：ＰＥＧ6000胁迫；叶绿素含量；ＭＤＡ含量；脯氨酸含量；ＳＯＤ活性
中图分类号：S642.2；Q945.78文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）12－2394-03
Ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＰＥＧ6000－ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ｄｒｏｕｇｈｔ Ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ Ｓｅｅｄｌｉｎｇ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ
Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｃｕｃｕｍｂｅｒ （Ｃｕｃｕｍｉｓ ｓａｔｉｖｕｓ Ｌ．） Ｖａｒｉｅｔｉｅｓ
ＳＯＮＧ Ｗｅｉ－ｙｉ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｓｈａｎｇｑｉｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｑｉｕ ４７６０００， Ｈｅｎａｎ， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： ５ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｕｃｕｍｂｅｒ （Ｃｕｃｕｍｉｓ ｓａｔｉｖｕｓ Ｌ．） ｖａｒｉｅｔｉｅｓ ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｏｒ ＰＥＧ６０００－ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ． Pｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｄｅｘｅｓ such ａｓ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ａ＋ｂ ｃｏｎｔｅｎｔ， ＭＤＡ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｐｒｏｌｉｎｅ ｃｏｎｔｅｎｔ， ＳＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ＰＥＧ６０００ ｓｔｒｅｓｓ， ｖａｒｉｅｔｙ Ｊｉｚａ Ｎｏ．１ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇｅｓｔ ｄｒｏｕｇｈｔ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｔｈｅｓｅ ｖａｒｉｅｔｉｅｓ as it had ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｉｎ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ａ＋ｂ ｃｏｎｔｅｎｔ， ａｎｄ ＭＤＡ ｃｏｎｔｅｎｔ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｖａｒｉｅｔｉｅｓ． Ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ＰＥＧ６０００ ｓｔｒｅｓｓ， ｖａｒｉｅｔｙ Ａｎｌｖ Ｎｏ．３ ｈｅｌｄ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｐｒｏｌｉｎｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ＳＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＰＥＧ6000 ｓｔｒｅｓｓ； ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ； ＭＤＡ ｃｏｎｔｅｎｔ； ｐｒｏｌｉｎｅ ｃｏｎｔｅｎｔ； ＳＯＤ ａｃｔｉｖｉｔｙ
干旱胁迫是世界性的主要自然灾害之一，提高蔬菜作物和粮食作物抗旱性也是国内外许多学者研究探讨的重要问题［１］。与粮食作物和其他农作物相比，蔬菜是需水量较大的作物，因此，如何降低蔬菜作物对于干旱胁迫的敏感性，通过提高蔬菜作物的抗旱性或者耐旱性增加蔬菜作物产量已经成为当前研究的热点。黄瓜是一种需水量很大的蔬菜作物，且对水分的反应尤为敏感，因此，如何通过提高黄瓜幼苗对于水分胁迫的应对能力以增加黄瓜产量已成为当前亟待解决的问题。目前，多采用苗期室内水培和进行ＰＥＧ渗透胁迫相结合的方法进行一些蔬菜作物幼苗抗旱性的研究，因为聚乙二醇（ＰＥＧ）作为一种高分子渗透剂，可以人为地限制水分进入种子的速率从而控制种子的吸水速率和发芽进程。目前，实验室条件下大多采用ＰＥＧ６０００高渗溶液来模拟干旱胁迫，该法简单易行，条件容易控制，重复性好，试验周期短，适于大批量蔬菜品种（系）苗期抗旱性早期鉴定［２］。采用不同体积分数的ＰＥＧ６０００高渗溶液模拟干旱胁迫的方法，研究不同程度的干旱胁迫对黄瓜幼苗生理生化性状的影响，并探索黄瓜品种抗旱性的快速鉴定方法，可为黄瓜育种和抗旱品种选育提供参考。
１材料与方法
１．１材料
供试材料为黄瓜品种中农６号、冀杂１号、鞍绿３号、津优４号和津优３５，其中，中农６号和冀杂１号种子由河北省农林科学院遗传生理研究所提供，鞍绿３号种子由辽宁省鞍山市园艺科学研究所提供，津优４号和津优３５种子由天津市黄瓜研究所提供。
１．２方法
１．２．１ＰＥＧ６０００胁迫下水培幼苗处理方法用１／２Ｈｏｇｌａｎｄ培养液水培幼苗至三叶一心期，在营养液中分别加入不同体积分数的ＰＥＧ６０００对各个品种的幼苗进行为期２ ｄ的干旱胁迫处理，设８个处理，分别为０、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％ 和５０％（体积分数，下同），每个处理３次重复。
１．２．２相关生理指标的测定胁迫完成后测定各个品种的幼苗在ＰＥＧ６０００胁迫处理下的相关抗旱生理指标，包括叶绿素含量、脯氨酸含量、ＭＤＡ（丙二醛）含量、ＳＯＤ（超氧化物歧化酶）活性。其中，采用乙醇丙酮法提取叶绿素，分光光度法测定６６３、６４５ ｎｍ的吸光度，采用下列公式计算叶绿素ａ、ｂ含量［３］：叶绿素含量（ｍｇ／ｇ）＝（叶绿素浓度×提取液总体积）/样品质量；脯氨酸含量采用磺基水杨酸法［４］测定；ＳＯＤ酶活性测定采用氮蓝四唑（ＮＢＴ）光化还原法测定［５］； ＭＤＡ含量采用硫代巴比妥酸ＴＢＡ显色法测定［６］。
２结果与分析
２．１ＰＥＧ６０００胁迫对黄瓜品种叶绿素ａ＋ｂ含量的影响
由表１可知，在不同体积分数的ＰＥＧ６０００胁迫２ｄ后，各个品种的叶绿素ａ＋ｂ含量变化较快，每个品种均呈现出随ＰＥＧ６０００体积分数升高而降低的趋势，其中以鞍绿３号变化最大，该品种在５０％ＰＥＧ６０００胁迫下的叶绿素ａ＋ｂ含量仅为ＣＫ的３９．０％，反映出这一品种的叶绿素ａ＋ｂ含量对于ＰＥＧ６０００胁迫比其他品种敏感。鞍绿３号和津优４号两品种在１０％ＰＥＧ６０００胁迫下的叶绿素ａ＋ｂ含量比在５％ＰＥＧ６０００胁迫下的叶绿素ａ＋ｂ含量要高，这一点与其他３个品种不同。在所有品种中，津优３５的叶绿素含量在２５％ＰＥＧ６０００胁迫下为所有品种最高，而在其他体积分数的ＰＥＧ６０００胁迫下为所有品种最低，说明这一品种对于２５％ＰＥＧ６０００胁迫不敏感。冀杂１号和津优３５两个品种在２５％ＰＥＧ６０００胁迫下比在２０％的ＰＥＧ６０００胁迫下叶绿素含量有了明显上升，津优４号仅有小幅上升，而另外两个品种从２０％到２５％ＰＥＧ６０００胁迫处理叶绿素含量均有了下降，从而表现出不同品种对ＰＥＧ６０００胁迫的不同反应。在干旱胁迫下，植物往往会表现出叶绿素含量下降的现象［７，８］，而叶绿素含量升高也是植物抗性增强的一种体现，因此这一现象同时也说明有些品种在较低体积分数的ＰＥＧ６０００胁迫下对于胁迫产生出了某种程度的抗性。总之，从叶绿素含量变化以及叶绿素含量高低的情况看，５个黄瓜品种的抗旱性为冀杂１号＞津优４号＞中农６号＞鞍绿３号＞津优３５。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 ２．２ＰＥＧ６０００胁迫对黄瓜品种ＭＤＡ含量的影响
从表２可以看出，在不同体积分数的ＰＥＧ６０００胁迫２ｄ后，各个品种ＭＤＡ（丙二醛）含量均呈现出随ＰＥＧ６０００胁迫处理的增强而显著升高的特点，各个品种的幼苗在５０％ＰＥＧ６０００胁迫下的ＭＤＡ均比对照有了非常显著的提高，提高幅度为7.69~9.43倍，其中，以中农６号的ＭＤＡ含量提高幅度最大，其在５０％ＰＥＧ６０００胁迫下的ＭＤＡ含量为对照的９．４３倍，冀杂１号在５０％ＰＥＧ６０００胁迫下ＭＤＡ含量的提高幅度最小，为对照的７．６９倍，说明ＰＥＧ6000胁迫使各个品种幼苗中的ＭＤＡ含量均有了显著升高。在干旱胁迫下，植物往往会表现出ＭＤＡ含量上升的现象，这一现象是植物对胁迫作出的一种反应［９］。一般来讲，高ＭＤＡ含量表明抗逆性减弱［９］，因此，从ＭＤＡ含量的变化，也可以了解到５个黄瓜品种对于干旱胁迫的反应能力。总之，从ＭＤＡ含量的变化过程和变化情况来看，５个品种的抗旱性为冀杂１号＞津优35＞鞍绿３号＞津优4号＞中农６号。
２．３ＰＥＧ６０００胁迫对黄瓜品种Ｐｒｏ（脯氨酸）含量的影响
由表３可知，在不同体积分数的ＰＥＧ６０００胁迫２ｄ后，各个品种的脯氨酸含量均呈现出随胁迫增强而上升的趋势。在５０％ ＰＥＧ６０００下，各个品种的脯氨酸含量与对照相比均有了显著的升高，其中，以鞍绿３号的脯氨酸含量变化最大，达到对照的４．７４倍；而津优４号的脯氨酸含量变化最小，达到对照的３．８７倍；中农６号在不同体积分数的ＰＥＧ６０００胁迫下的脯氨酸积累量均最低，说明这一品种在胁迫下脯氨酸积累速度比较慢，对于胁迫的反应较慢。近年来国外对植物抗逆性与脯氨酸关系的研究日益重视。通常情况下植物体内脯氨酸的含量很低，但在逆境（旱、热、冷、冻）条件下，脯氨酸含量可猛增数十倍。植株体内脯氨酸含量在一定程度上反映了植株体内水分状况；另外，在同样逆境条件下，不同品种反应不同，抗旱性强的品种比不耐旱品种所积累的脯氨酸高出数倍，因此脯氨酸含量的测定可作为抗旱品种选育的参考性生理指标［１０］。各个黄瓜品种在不同体积分数ＰＥＧ６０００胁迫下脯氨酸的积累量充分反映出了它们之间抗旱性的差异，脯氨酸积累量越大则该品种的抗旱性越强。因此，从脯氨酸的积累量变化情况来看，５个品种的抗旱性为鞍绿３号＞津优４号＞冀杂１号＞津优３５＞中农６号。
２．４ＰＥＧ６０００胁迫对黄瓜品种ＳＯＤ活性的影响
由图１可知，在不同体积分数的ＰＥＧ６０００胁迫２ｄ后，各个品种的ＳＯＤ（超氧化物歧化酶）活性均呈现出随ＰＥＧ６０００处理体积分数上升而逐步下降的过程。其中，在５０％ＰＥＧ６０００胁迫下，中农６号的ＳＯＤ活性为对照的３１．０％，冀杂１号的ＳＯＤ活性为对照的３４．０％，鞍绿３号的ＳＯＤ活性为对照的３４．４％，津优４号的ＳＯＤ活性为对照的３０．９％，而津优３５的ＳＯＤ活性为对照的２７．４％，在所有品种中最低。在具体数值上，以津优３５在５０％ＰＥＧ６０００胁迫下的ＳＯＤ活性值最低，仅有４．１８ Ｕ／ｇ，说明这一品种在不同体积分数的ＰＥＧ６０００胁迫下ＳＯＤ活性变化最大。据报道，在黄瓜产生连作障碍的逆境条件下，ＳＯＤ活性越高，对逆境抗性越强［１１］。因此，各个品种的ＳＯＤ活性充分反映出了这些品种的抗旱能力，根据ＳＯＤ活性变化情况及具体ＳＯＤ活性数值，５个品种的抗旱性为鞍绿３号＞中农６号＞冀杂１号＞津优４号＞津优３５。
３结论与讨论
长期以来，ＰＥＧ模拟干旱胁迫一直在各种作物中有着广泛的应用，该方法能够在一定程度上反映出作物在自然界干旱胁迫下的生理状况［２，１２］。试验将ＰＥＧ６０００模拟干旱胁迫法应用在５个不同类型的黄瓜品种上，通过采用不同体积分数的ＰＥＧ６０００对各个品种的三叶一心期水培幼苗进行为期２ ｄ的模拟干旱胁迫后，结果表明，50% ＰＥＧ６０００胁迫下冀杂１号的叶绿素ａ＋ｂ含量比其他品种高，ＰＥＧ６０００胁迫对这一品种的叶绿素ａ＋ｂ含量影响比其他品种小；在ＭＤＡ含量方面，冀杂１号在胁迫下的ＭＤＡ含量低于其他４个品种，充分说明这一品种在干旱胁迫下ＭＤＡ积累速度慢于其他品种，同时也说明该品种在胁迫过程中产生出了一些抗性。从脯氨酸积累量和脯氨酸含量变化来看，鞍绿３号在ＰＥＧ６０００胁迫下积累的脯氨酸较最多，且积累速度较快，充分说明该品种在胁迫过程中也产生出了一些抗性。从ＳＯＤ活性来看，鞍绿３号在较高体积分数的ＰＥＧ６０００胁迫下展现出了比其他品种高的ＳＯＤ活性，而在较低体积分数的ＰＥＧ６０００胁迫下这一品种的ＳＯＤ活性低于其他品种，说明比其他品种更能适应较高浓度的干旱胁迫。综合对比分析各个品种在ＰＥＧ６０００胁迫下的抗旱性相关生理指标变化，发现各个品种的抗性体现在不同方面，在５个品种中，以冀杂１号的抗性最强，其在叶绿素ａ＋ｂ含量和ＭＤＡ含量变化两个方面均优于其他品种。在大田生产环境中表现优良的两个品种津优４号和津优３５在水培条件下并未对ＰＥＧ６０００模拟干旱胁迫表现出优于其他品种的抗性，这可能是因为这两个品种在水培条件下无法达到在大田的生长状况和抗逆性。试验仅对各个品种的幼苗进行了为期２ ｄ的人工模拟胁迫，测定了胁迫后的一些相关生理指标变化情况，以期为黄瓜育种和抗旱品种选育提供参考，各个品种在胁迫时间超过２ ｄ的相关生理指标变化情况以及抗旱机理仍需进一步研究。
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注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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