梭梭和水稻种子萌发初期对渗透胁迫和外源ABA反应敏感性研究

梭梭和水稻种子萌发初期对渗透胁迫和外源ABA反应敏感性研究 梭梭和水稻种子萌发初期对渗透胁迫 Ξ 和外源 反应敏感性研究 A BA 潘晓玲 姜孝成 郭新红 姜再兴 (() ) 新疆大学干旱生态环境研究所乌鲁木齐 830046 湖南师范大学生命科学学院 长沙 410081摘要: 旱生植物梭梭和水生植物水稻的种子在萌发初期对水分、渗透胁迫和外源 A BA 的反应敏感性显著不同。 前者有很强的吸水 能力, 其细胞膜透性对渗透胁迫不敏感, 在脱水过程中持水能力也较大, 外源 对其抗渗透胁迫和抗脱水能力表现出有利的作 A BA 用; 而后者吸水能力弱, 其细胞膜透性对渗透胁迫和外源 敏感, 外源 还导致水稻种子萌发幼苗的死亡。 结果表明这两类A BA A BA 不同生态型植物在种子萌发初期对渗透胁迫的反应和适应能力具有明显差异。 关键词 梭梭 水稻 萌发初期 渗透胁迫 A BA 渗透胁迫可泛指环境与生物之间由于渗透势的不平衡而形成对生物的一种胁迫, 特别是环境渗透势低于植 物细胞渗透势而导致的细胞失水, 严重的可造成细胞膨压的完全丧失, 直至死亡。在一定的胁迫范围内, 某些植物 1 能通过自身细胞的渗透调节作用即细胞内渗透势变化表现出抗外界渗透胁迫的能力。 一般种子在发育后期都 经历一个成熟脱水期, 其耐脱水能力与生理成熟期—— 达最大干重的时期相一致, 即表现出强的抗渗透胁迫的能 2 力。随着种子的萌发, 其耐脱水性逐渐减弱, 在胚根伸出时则基本丧失。因此, 种子萌发初期是其高耐脱水性或 抗渗透胁迫能力逐渐消失的转折期。 通常, 植物遇到干旱或渗透胁迫时, 细胞膜受到伤害引起膜透性增大, 体内 (含量会急剧增加, 进而引起一系列的生理生化反应以抵御渗透胁迫的伤害, 故通常称 , A BA A BA A b sc isic ac id ) (()) 脱落酸是植物遇到逆境胁迫的信号分子或胁迫激素。棱梭 . 是典型的旱生 H a lox y lon am m od en d ron M eyB ge () 植物, 水稻 则是典型的水生植物。两者在种子萌发和幼苗的生长阶段都离不开水分。至今尚不. O ry z a sa t iv a L 存在时产生相同或不同生理生化反应的报道。 在本文 见有研究这两类不同生态型植物在渗透胁迫和外源 A BA 中我们比较了梭梭和水稻种子在萌发初期对渗透胁迫和外源 A BA 反应敏感性进行了探讨。 1 和方法 1. 1 材料 梭棱由新疆大学干旱生态环境研究所提供种子; 水稻种子是我室引种的源自美国的一个优质稻良种洛伊。 1. 2 方法 1. 2. 1 种子萌发 将种子用水洗净后, 挑选壮实者播于直径 11的培养皿中的一层湿润滤纸上, 然后将培养皿置于 28?的恒 cm 温培养箱中。 萌出芽后即开始进行处理。 1. 2. 2 渗透胁迫和外源 处理A BA 24 () 将幼苗 水稻幼苗先去掉种谷分别转移至盛有去离子水, 400甘露醇溶液和 1. 89×10ƒƒmm o lL m o lL A BA 溶液的新鲜培养皿中, 使其根部完全浸泡于溶液中。 然后将培养皿置于光照培养箱中, 在 25?, 85% 左右 每 , R H 天光照 10, 12的条件下培养。 从处理当天开始, 每天进行一次有关指标的测定。h 1. 2. 3 幼苗日鲜重变化的测定 取出 20 根幼苗, 用清水冲洗干净, 再用去离子水冲洗一次; 然后用吸水纸吸干表面水分。 在室温下置于试验 台上 2, 用电子天平称其重量, 过 0. 5后再称量一次; 求前后两次称量的平均值。m in m in 1. 2. 4 幼苗细胞膜透性测定 将上述称量后的幼苗放人装有 10去离子水的塑料杯中, 使其完全浸泡 20, 其间充分振荡 2, 3 次, 然 m l m in 后用 212 型电导仪测定浸泡液的电导率。 测定完成后将幼苗在沸水浴中煮 5, 并补加蒸发失去的水分至 DD Sm in () 原来的体积, 然后测量材料的总电导率。 用前后两次测定所得的绝对电导率的商 相对电导率, % 来表示所测材 Ξ 新疆维吾尔自治区高技术研究, 国家科技部生物工程开发中心资助项目。 1. 2. 5 幼苗脱水速率测定 将培养至最后一天的幼苗按 1. 2. 3 的方法洗净凉干后, 每隔 10称重一次至材料鲜重降至初始重量的 1m in 2 为止; 再将材料置于烘箱中 80?左右条件下烘干, 测干重。 并以此计算材料的以鲜重为基础的含水量变化。 (表 1) 梭梭、水稻萌发幼苗日鲜重 和相对重量变化 g 2 结果与 3 () 2. 1 水稻, 梭梭幼苗日增重的变化() 鲜重 日均增量 外部形态 gg 培养天数 0 1 2 3 4 5 6 表 1 表明, 梭梭和水稻萌发幼 正常 梭梭0. 403 0. 456 0. 522 0. 571 0. 644 0. 642 0. 40 H 2O 苗鲜重的相对重量变化对水分, 甘 1. 00 1. 13 1. 30 1. 42 1. 60 1. 59 相对重量 露 醇 溶 液 引 起 的 渗 透 胁 迫 和 外 源 正常 水稻 0. 235 0. 268 0. 265 0. 264 0. 250 0. 264 0. 013 1. 00 1. 14 1. 13 1. 12 1. 06 1. 12 相对重量的反应有显著差异。梭梭幼苗 A BA 正常 甘露醇 梭梭 0. 347 0. 393 0. 410 0. 453 0. 463 0. 476 0. 22 在水中出现最大日均鲜重增量, 这 相对重量 1. 00 1. 13 1. 18 1. 31 1. 33 1. 37 种强吸水能力与其种子小, 萌发后 严重萎蔫 0. 236 0. 236 0. 253 0. 243 0. 242 0. 238 0. 000 水稻 相对 重量 1. 00 1. 00 1. 07 1. 03 1. 03 1. 01 必须大量吸水促进胚根迅速伸长以 正常 0. 277 0. 344 0. 369 0. 424 0. 428 0. 434 0. 026 A BA 梭梭 便 扎 根 地 下 的 生 态 习 性 是 相 适 应 1. 00 1. 24 1. 33 1. 53 1. 55 1. 57 相对重量 的; 甘露醇溶液引起的渗透胁迫对 0. 217 0. 244 0. 236 0. 233 0. 222 0. 217 - 0. 004 基本死亡 水稻 相对 1. 00 1. 12 1. 09 1. 07 1. 02 1. 00 重量 其日均鲜重的增加有抑制作用, 但 3 表中数值分别为 20 株梭梭幼苗和 10 株水稻幼苗的测量值。 仍有明显的正增量; 梭梭幼苗鲜重 表 2 渗透胁迫和外源 A BA 对梭梭和水稻幼苗细胞膜透性的影响 的 变 化 对 外 源 反 应 不 敏 感。 A BA 培养天数 0 1 2 3 4 5 而水稻幼苗在水中的日均鲜重的增 ()处理 材料 相对电导率 % 量反而比梭梭小得多, 且培养 1 天 梭梭 2. 65 2. 09 2. 33 2. 03 2. 17 5. 28 H 2O 后幼苗鲜重反而呈下降趋势, 直至 1. 00 0. 79 0. 88 0. 77 0. 82 2. 00 相对值 5. 85 1. 30 1. 63 2. 08 4. 40 5. 79 第 5 天才恢复增加, 渗透胁迫几乎水稻 完全抑制了幼苗鲜重增加, 并导致 相对值1. 00 0. 22 0. 28 0. 36 0. 75 0. 99 甘露醇 梭梭 1. 85 1. 43 1. 40 0. 90 1. 00 2. 49 幼 苗 严 重 萎 蔫; 外 源 对 水 稻 A BA 1. 00 0. 77 0. 76 0. 49 0. 54 1. 35 相对值 幼苗鲜重的抑制作用从处理第二天 3. 28 6. 02 4. 63 7. 76 8. 36 8. 29 水稻 开始表现, 且随着处理时间的延长 1. 00 1. 84 1. 41 2. 37 2. 55 2. 53 相对值而对幼苗产生了毒害作用, 甚至导 梭梭 2. 05 1. 51 1. 35 1. 73 0. 67 3. 47 A BA 致死亡。 外源 比渗透胁迫对 A BA 相对值 1. 00 0. 74 0. 66 0. 84 0. 33 1. 69 水 稻 幼 苗 鲜 重 的 抑 制 效 应 稍 有 迟 2. 26 6. 40 4. 24 3. 84 7. 26 6. 43 水稻 相 对值 1. 00 2. 83 1. 88 1. 70 3. 21 2. 85 表现明显的钝感反应, 而水稻对渗透胁迫和外源 缓, 但危害更大。 可以认为, 梭梭幼苗对渗透胁迫和外源 A BA A BA 反应相当敏感。 水稻幼苗在水中的生长反而不如梭梭, 且出现转折现象, 可能是由于它们刚脱离种子胚乳, 胚芽鞘尚未转绿, 不能营养生长而造成对环境的不适应引起的; 实验观察表明, 它们在第 5 天恢复生长时, 正是其 胚芽鞘转绿的时期。 因此, 尚不能进行光合作用的水稻幼苗的生长对营养的需要可能比水分更重要。 2. 2 渗透胁迫和外源 A BA 对梭梭和水稻幼苗细胞膜透性的影响 根据表 2 中各处理材料的相对电导率变化结果可以看出, 棱棱幼苗在水中的相对电导率的相对值变化普遍 比渗透胁迫和外透 A BA 处理材料的高; 三种处理条件下的共同变化特点是在处理第 1 天时, 幼苗的相对电导率 比未处理时明显下降, 而在第 5 天时, 幼苗的相对电导率又都骤然升高, 这可能与棱梭幼苗对环境变化的适应性 调节和体内固有的生理代谢发生变化有关, 值得进一步研究。而水稻幼苗在三种不同处理条件下的相对电导率变 化正与棱梭相反, 在水中处理第 1 天时, 其相对电导率只有未处理时的 15, 以后逐渐回升, 且显著低于渗透胁迫 ƒ 处理条件下的相对值变化; 在逆境条件下, 水稻幼苗的相对电导率会急剧上升, 但随着时间进程而 和外源 A BA 能够引起水稻幼 呈现出不规则的交替变化, 与棱棱一样, 这可能与其体内发生的调节反应有关。 由于外源 A BA 苗细胞膜透性的快速变化, 推测其作用位点就在细胞膜上; 在这方面也与对梭梭幼苗的影响表现出明显差异。 因 此进一步说明这两种不同生态类型的植物对环境的反应和适应性差异, 同时存在不同的调节机制。 ?17? 2. 3 在不同条件下培养后梭梭和水稻幼苗脱水速率的变化 条件下处理 5 天时, 梭梭幼苗的含水量都比水稻幼苗的低, 这表明单位鲜重 在水中、渗透胁迫和外源 A BA 梭梭幼苗中的干物质含量比较高。渗透胁迫和外源 A BA 处理导致梭梭幼苗含水量的明显下降, 但对水稻幼苗含 水量的影响似乎不大。 () 表 3 自然脱水条件下不同处理的梭梭和水稻幼苗持水能力的变化 占初始含水量的% ()脱水时间 h 初始含水量 处理 材料 ( ) % 鲜重 0 1 2 3 4 5 6 8 10 ()持水能力的变化 占初始含水量的% 梭梭 86. 4 100 98. 2 97. 1 95. 7 94. 8 94. 1 93. 3 90. 6 89. 1 H 2O 88. 8 100 98. 4 96. 6 94. 6 93. 8 92. 9 92. 0 90. 0 86. 3 水稻 81. 2 100 97. 4 95. 8 94. 4 93. 1 92. 5 91. 7 90. 8 89. 9 甘露醇 梭梭 87. 2 100 98. 4 96. 8 94. 8 94. 1 93. 2 92. 3 90. 3 86. 5 水稻 83. 0 100 97. 8 96. 8 96. 0 95. 1 94. 6 93. 5 92. 0 91. 2 梭梭 A BA 86. 6 100 98. 1 95. 9 93. 4 92. 4 91. 3 90. 3 88. 1 84. 4 水稻 从表 3 中可以看到, 梭梭和水稻幼苗脱水速率的变化与本身的生态习性有关, 也与其所在的生存环境密切相 () 关。 梭梭的脱水速率, 在脱水 8以前, 水中培养的比用甘露醇溶液培养的要低 持水能力较大, 这可能与其初始 h 含水量多少有关; 8以后, 在水中培养的棱梭幼苗的脱水速率有加快的趋势; 在 溶液中培养的幼苗则一直 h A BA 有较高的持水能力, 虽然在脱水开始阶段的脱水速率比水中的稍高。因此外源 可能对幼苗的抗渗透胁迫和 A BA 抗脱水是有利的。水稻幼苗持水能力的变化则以在甘露醇溶液中培养的高, 而受外源 处理过的幼苗有较快 A BA 的脱水速率。 因此, 这进一步说明梭梭和水稻对外界环境中的水分、渗透胁迫和外源 都会有不同的生理反 A BA 应和适应机制。 表 1 和表 2 的结果表明, 旱生植物棱梭在渗透胁迫条件下虽然其含水量明显下降, 但其细胞膜透性反而比在 水中处理的低, 在脱水过程中持水能力也较高, 这种变化与水生植物水稻形成了鲜明的对照。 因此推测旱生植物 梭梭具有独特的抗渗透胁迫的生理机制, 从细胞和分子水平上对其抗渗透胁迫机制进行深入研究将有助于我们 揭示旱生植物抗旱性的本质。 参考文献 () 1 汤章城. 对渗透和淹水胁迫的适应机理. 余叔文, 汤章城. 植物生理与分子生物学 第二版, 北京, 科学出版社 739, 7512 , . . 1992, 43: 239H o ng TD E llis R HT h e su rv iva l o f ge rm ina t ing o r tho do x seed s af te r de sicca t io n and h e rm e t ic sto rageJ E xp Bo t - 247 ) (. . . S tu dy o n th e Sen s it iv ity o f H am m od end ron M eyB ge an d Osa t iv a . Lto R e spo n d in g to O sm o t ic S t re s s an d E xo geno u s A BA a t th e In it ia l S tage o f Seed Ge rm in a t io n Pan X ia o l in g ( ), 830046In st itu te fo r R e sea rch in g A r id E co lo g ica l E n v iro nm en t o f X in jian g U n ive r sityW u lum u q i J ian g X ia ochen g Guo X in hon g J ian g Za ix in g (), 410081 Schoo l o f L ife Sc ien ce s o f H u n an N o rm a l U n ive r sityC h an g sh a () : . . . A bstra c tE xp e r im en t in g w ith tw o va r ie t ie s o f x e rop h y te H am m od en d ron M eyB ge an d h yd rop h y te O . , sa t iv a Lth e re su lt s show ed th a t th e ir sen sit iv ity to re spo n d in g to o sm o t ic st re ss an d exo geno u s ab sc isic ac id () : . 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