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水涝胁迫下欧李叶片内还原性糖的变化

时间:2016-06-12 10:16 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:程小爱等 点击次数:

  摘 要:为研究欧李叶片内水涝胁迫下还原性糖的变化,从事先准备好的欧李中取样,用硫酸-苯酚定糖法测定欧李叶片中还原性糖,与对照比较还原糖的变化。结果显示,欧李叶片内还原性糖含量在水涝胁迫下先增多,而后再减少。研究认为欧李叶片内还原性糖的变化,使欧李对水涝胁迫产生了抗性。 

  关键词: 欧李;水涝胁迫;硫酸苯酚法;还原性糖 

  随着全球气候不断上升,海啸、洪水等灾害的爆发频率不断增加,世界各国在防涝抗洪、水土保持等问题的研究上注入大量金钱和精力。我国一直以来都是个洪涝灾难比较严重的国家,有将近2/3的土地受到不同程度的涝害,严重影响我国国民的生活[1]。植物对水分的需求有一定的标准,水分过多或者过少都会对植物的新陈代谢、光合作用等造成一定的影响。植物过度地受到水涝胁迫,可能使其发芽率降低、生长不好,甚至烂苗[2],并且水涝胁迫会严重影响植物的生长发育,使其遗传潜力难以发挥。水涝胁迫不但影响植物的产量,而且限制了植物的广泛分布。因而,开展植物水涝胁迫研究,可以了解和研究植物对水涝胁迫的响应机制,从而为合理选择性和定向培育耐涝新品种提供理论依据。 

  欧李(钙果)Prunus humilis Bunge. 属于蔷薇科,李属(Prunus.L),是中国特有的一个蔷薇科樱桃属灌木树种,野生地区主要包括中西部地区的山西、陕西、河北、内蒙以及东北等地。欧李(钙果)作为这种植物的专业名字是植物分类学家陈嵘先生命名的。 

  欧李(钙果)的推广发展前景好,作为我国特有的一个野生经济植物具备产业化开发潜力。人们对钙、对铁、对方便绿色饮料日渐增长的普遍需求,为欧李(钙果)深加工提供了极为广阔和可能的发展前景,给医疗保健和食品饮料业提供了无限的商机。在对欧李(钙果)研究时发现:欧李(钙果)果汁、果酒、果脯等消费必将普及且长久不衰;钙果的种仁具有消肿、利尿、通便的功能,是一种很好的药材,药材市场收购价格不扉,医药工业也可以进行加工;其果实中含有多种对人体有益的矿质元素,尤其是钙的含量比一般的水果高,为了突出其钙含量高的特点,便诞生了其商品名“钙果”。 

  中国中西部地区广大廉价的荒山荒坡,使好栽易活易结实的欧李(钙果)大面积种植成为可能,为其深加工提供了丰富的生产原料,同时,巨大的市场需求也给加工业注入了足够的动力,欧李(钙果)要产业化也将成为越来越多人士的共识。钙果的茎叶可以喂牛,可以利用其生物量大的特点,带动畜牧业的发展。相信我国在欧李(钙果)的规模发展之后,将会在欧李加工产业、医药工业、畜牧业及种苗业等方面形成系统产业化开发的良好局面。 

  在欧李等植物中,糖是一切物质代谢的基础,因此,本论文研究欧李(钙果)叶片内还原性糖的变化。在糖类中,能够还原斐林(H.von Fehling)试剂或托伦斯(B.Tollens)试剂的糖称为还原糖。所有的单糖(除二羟丙酮),不论醛糖还是酮糖,都是还原糖。大部分双糖也是还原糖,蔗糖例外。斐林试剂是含Cu2+ 络合物的溶液,还原性糖被还原后得到砖红色Cu2O的沉淀。苯酚-硫酸法利用多糖在硫酸的作用下先水解成单糖,并迅速脱水生成糖醛衍生物,然后与苯酚生成橙黄色化合物,它们都可以用来鉴定和测量还原性糖的含量,并且它们各有优缺点[3]。所以,分子结构中含有还原性基团(如游离醛基或游离酮基基)的糖,叫还原糖。还原性糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖等,都是光合作用的产物,是一切物质代谢的基础。研究表明,植物体内的还原性糖是植物进行呼吸、光合等能量交换和新陈代谢的物质基础,与植物的生长发育与抗性紧密相关[4]。近年来,学者对其在苗木水涝胁迫过程中所起的作用进行了研究:随着水涝胁迫的加深,花旗松、马尾松、北美乔松苗木针叶内还原性糖的含量呈上升趋势[5];荔枝叶片内还原性糖含量增加[6];通过多经济作物葡萄[7]、樱桃[8]、苹果[9]等树的研究表明,水涝胁迫能使还原性糖在植物体内积累,从而使植物在水涝胁迫下能够适应并产生抗性。 

  由于国内外很少对欧李这一经济植物进行研究,因此,笔者对欧李叶片在水涝胁迫下的还原性糖、可溶性蛋白、SOD、POD等的变化进行试验。硫酸-苯酚法、硫酸-蒽酮法由于方法简单、快速,试验成本较低,且无需多糖纯品等优点被广泛采用。本试验采用硫酸-苯酚法。传统的硫酸-苯酚定糖法中,由于平行样板间的吸光度值相差太大,使其检测的结果重现性和准确性较差,也容易出现误差,因此,用改进的硫酸-苯酚定糖法[10]。苯酚-硫酸法是利用硫酸在高温下使多糖水解并形成糖醛,糖醛在与苯酚形成稳定的显色,生成橙黄色化合物[11],然后再以比色法测定。测定的还原性糖吸光度OD值,再通过硫酸-苯酚定糖法测定还原性糖的标准曲线差的还原性糖的含量,就可以计算出水涝条件下欧李叶片内还原性糖的变化。 

  1 材料和方法 

  1.1 试验样品 

  盆栽欧李(成都大学提供)10株,均分成试验组和对照组2组,试验组水涝胁迫(双套盆法),对照组空白对照,放置于实验室向阳处。 

  1.2 试验仪器和药品 

  7200可见分光光度计。蔗糖、硫酸、苯酚均为分析纯。 

  1.3 试验试剂的配制 

  (1)100 μg·L-1蔗糖标准溶液的配制。精密称取蔗糖(105 ℃干燥至恒质量)0.05 g,加入蒸馏水溶解,用蒸馏水定容于500 mL容量瓶中,备用。(2)显色液的配制。将50 mL浓硫酸缓缓加入蒸馏水中,冷却至室温,加入0.6 g苯酚晶体使其溶解配成显色液。然后置于锥形瓶中,备用。 

  1.4 还原性糖的提取 

  (1)样品处理。将10颗盆栽欧李平均分成两组:一组根全部浸入水中,编号为试验组;一组放入正常条件下,编号为对照组,将其放入实验室向阳处。24 h后开始取材,摘取试验组的欧李叶片用剪刀粉碎混匀,精确称取0.1~0.3 g(精确到0.000 1 g)3份样品分别装入试管中,编号为1、2、3;用同样的方法摘取对照组的欧李叶片,粉碎混匀,称取0.1~0.3 g 3份分别装入试管中,编号为4、5、6。 

  (2)还原性糖的提取。于上述的试管中加入2~3 mL蒸馏水,用封袋封住试管口,放入水浴锅内蒸馏45 min后,放入冷水浴中冷却至室温,用漏斗过滤,分别收集滤液于25 mL锥形瓶中编号为1、2、3、4、5、6重复此操作3次。将3次得到的编号分别位1、2、3、4、5、6中的漏液收集,定容于25 mL容量瓶并编号为1、2、3、4、5、6,制成待测液,备用。 

  1.5 还原性糖的显色 

  (1)还原性糖的显色处理。另取6只试管,编号为7、8、9、10、11、12。再从编号1、2、3、4、5、6容量瓶取0.05 mL样品待测液,分别加入试管7、8、9、10、11、12中。再于试管中加入0.25 mL显色液,振荡混匀后,放入沸水浴中保温30~35 min,再放入冷水浴中冷却至室温,备用。 

  (2) 测定还原性糖的吸光度OD值。将试管7、8、9、10、11、12中的样品待测液,用490 nm分光光度计测定其吸光度OD值,并记录数据。 

  1.6 计算方法 

  利用M=(C×V)/(W×106)×100%,可以计算出欧李叶片中可溶性糖的含量百分比。式中V为样品待测液的总体积;C为样品提取液的还原性糖的密度;W为植物鲜质量;M为可溶性糖含量的百分比。 

  2 结果与分析 

  2.1 硫酸-苯酚定糖法测定还原性糖的结果 

  按表1制作还原性糖的标准曲线,结果如图1。试验测得欧李叶片内还原性糖的变化如表2。 

  试验期间阳光等其它不定因素的变化如表3。 

  2.2 欧李叶片中还原糖的含量变化 

  通过试验测得欧李叶片吸光度OD值,从图1的标准曲线中查得欧李叶片的还原性糖含量,统计得欧李叶片内还原糖的含量百分比M的变化。从图2中可以看出:(1)试验开始的72 h试验组欧李叶片内还原性糖百分含量分别是13.67%,40.24%,26.95%,而对照组欧李叶片内还原性糖的百分含量分别是26.13%,27.42%,31.33%,即试验组欧李叶片的含糖百分比先增加然后减少,而对照组欧李叶片的含糖百分比几乎不变;(2)试验开始后72 h试验组欧李叶片内还原性糖的百分含量分别是30.72%,38.26%,37.13%,而对照组欧李叶片内还原糖百分含量分别为30.70%,44.56%,39.79%,可以看出试验组和对照组都发生了变化,且变化状况都相似,即试验组和对照组欧李叶片中的含糖百分比都是先增加再减少。 

  3 结论与讨论 

  从结果分析中知,试验的前期阶段在未受到阳光等环境因素影响下,水涝胁迫引起的欧李叶片内淀粉减少,还原性糖增加,其主要生理作用是还原性糖参加欧李叶片内渗透调节[12-13]。植物的渗透作用使欧李等植物适应环境,增强抗逆性的基础[14]。还原性糖增加的主要原因有几点。(1)欧李在水涝胁迫下,使根缺氧,根缺氧会影响叶片的光合作用,这首先导致叶片气孔关闭,增大CO2向叶片扩散的阻力,继而影响相关酶的活性[15-17]。(2)淀粉等糖的主动水解,以维持树木、叶片等体内的渗透势,保持其生理代谢功能的正常进行。(3)水涝对植物造成胁迫,使可溶性糖不能被光合作用正常利用,造成可溶性糖的积累[15]。研究表明,还原性糖的积累是反抗水涝胁迫的有效指标之一[16]。 

  在水涝胁迫下,欧李叶片内还原性糖先增加后减少,可以看出植物对水涝胁迫的适应性。植物对水涝胁迫的适应性——抗性,有两种方式。(1)避逆性:植物在水涝胁迫中,能够建立起某种屏障,完全或者部分阻止胁迫因子进入它的内部,以避免胁迫因子对它造成伤害。(2)耐逆性:植物在水涝胁迫中,能够完全或者部分忍受胁迫因子对它造成的伤害,而不至于受到胁迫的伤害,或引起比较小的伤害[17]。 

  在水涝胁迫下,可使欧李发生生理和结构的变化,得出植物对水涝胁迫的耐性。(1)水涝胁迫下,植物由于缺氧其呼吸代谢以乙醇发酵为主,中间产物乙醛和末端产物乙醇过多积累对细胞产生毒素,一些植物可以通过其它代谢途径,如苹果酸发酵、乳酸发酵等代替乙醇发酵,减少乙醛、乙醇等积累以减少伤害,适应缺氧环境[18-21]。(2)水涝胁迫下,一些对水涝胁迫敏感的植物的无氧呼吸加强,有氧呼吸下降,有氧呼吸的场所中线粒体结构发生显著的变化,内膜消失,内膜脊肿胀,形状不规则。(3)水涝胁迫下,一些对水涝适应较好的植物,一方面可以加快体内乙烯的合成,另一方面在体内扩散能力减少。与此同时,土壤厌氧微生物释放的乙烯被植物吸收,而乙烯对植物没有毒害作用,反而可以增加植物适应水涝环境。(4)水涝胁迫下,有些植物的某些基因才能够完全表达,这能够使植物适应水涝环境[17]。 

  试验后期阶段,由于欧李受到阳光等不定因素变化的影响,使其叶片内还原性糖变化受到影响。由于阳光等的变弱,使叶片的蒸腾作用减弱,叶片气孔关闭,光合作用减弱,叶片为了维持其渗透势,加快多糖等的水解,使还原性糖增加。 

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