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烯效唑对不同耐旱性甘薯品种苗期根系抗氧化酶同工酶的影响��

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  摘要:本试验以耐旱性较强的JS21和耐旱性较差的JZS1为材料,采用水培和PEG-6000模拟田间梯度干旱胁迫的方法,研究了烯效唑对不同耐旱性甘薯品种苗期根系可溶性蛋白和抗氧化酶同工酶的影响。结果表明:在正常供水条件下,烯效唑处理对两品种可溶性蛋白含量无明显影响,干旱条件下增加JZS1的可溶性蛋白含量,stripe2~stripe4明显变粗;降低JS21的可溶性蛋白含量,stripe3、 stripe 4明显变细、变淡。正常供水条件下,烯效唑处理增加JS21的SOD2和SOD3、JZS1的CAT2和CAT3同工酶表达量,对JZS1的SOD同工酶表达量、两品种的POD同工酶表达量和JS21的CAT同工酶表达量均无明显影响。与正常供水条件相比,干旱处理增加JZS1的SOD1、SOD2、POD2和JS21的POD2、POD3的同工酶条带的表达量,降低JS21的SOD2同工酶表达量。干旱条件下,烯效唑处理增加JZS1中SOD1、SOD2、POD1、POD3、CAT2、CAT3同工酶条带的表达量。总之,与耐旱性较强的品种相比,干旱条件下烯效唑处理更能明显增强耐旱性较差的甘薯品种的抗氧化酶同工酶表达量。
中国论文网 /8/view-7516593.htm
  关键词:干旱;甘薯;苗期;根系;烯效唑;抗氧化酶同工酶;可溶性蛋白
  中图分类号:S531.034文献标识号:A文章编号:1001-4942(2016)06-0023-05
  甘薯(Ipomoea batatas Lam.)广泛分布在111个国家和地区,不仅是世界第五大食物能源供应作物[1],也是我国第四大粮食作物,在维护粮食安全和缓解能源危机方面的重要性日渐突出[2]。我国是世界最大的甘薯种植和产出国,2013年我国甘薯种植面积达352.5×104 hm2,总产达7 909.0×104 t,分别占世界的42.8%和71.4%[3]。
  干旱造成的农作物损失在所有非生物胁迫中占首位[4]。甘薯根系虽较发达,也较耐旱,但其栽插的是薯苗,对土壤环境和水分状况十分敏感,一旦遭受干旱胁迫地上部易枯萎,地下部不定根、侧根的形成[5,6]和块根的分化[7]受阻;另一方面,甘薯一般种植在丘陵山区及无灌溉条件的旱作区,多依靠自然降水满足自身水分需求,一旦遇到干旱胁迫,必然严重影响产量和品质[8]。因此,甘薯苗期耐旱性的优劣对薯苗成活率至关重要。
  外源植物生长调节物质可通过改变甘薯内源系统平衡来达到调控植株生长发育的目的,在大田生产中,化学调控是抵御逆境胁迫的有效措施[9]。前人研究发现,吲哚丁酸(IBA)和萘乙酸(NAA)均可减缓干旱胁迫下甘薯根系的伤害[10]。烯效唑(Uniconazole,S3307)是赤霉素合成抑制剂,具有控制营养生长、缩短节间、增强抗逆性等作用,用量少且易降解,土壤残留量约为多效唑的1/10。杜召海等[11]研究了烯效唑对干旱条件下6个甘薯品种苗期根系生理生化特性的影响,发现甘薯品种对烯效唑的反应差异不敏感,应用上具有广谱性。Yuan等[12]研究了烯效唑对不同耐旱性甘薯品种苗期根系抗氧化特性的影响,发现烯效唑有显著增强甘薯苗期根系中抗氧化酶活性的作用。
  同工酶不仅于植物个体发育过程中发挥作用,还在抵抗不良环境过程中发挥重要作用。前人研究了不同逆境下不同作物POD同工酶谱的变化[13~15]。而对于甘薯而言,大部分学者均是利用过氧化物酶同工酶来鉴定亲缘关系远近及分析种内种间的遗传差异等[16,17]。
  而国内外尚无烯效唑对干旱胁迫下甘薯苗期根系抗氧化酶同工酶和可溶性蛋白调控方面的研究。本试验以苗期干旱敏感型甘薯品种济紫薯1(JZS1)和苗期耐旱型甘薯品种济薯21(JS21)为试材对此进行研究,旨在通过烯效唑的化学调控提高甘薯在干旱环境条件下的产量和品质。
  1材料与方法
  1.1试验材料
  试验材料来源于山东省农业科学院作物研究所甘薯室,经耐旱性筛选[18],选用苗期干旱敏感型甘薯品种济紫薯1(JZS1)和苗期耐旱型甘薯品种济薯21(JS21),于2015年5月30日剪取薯苗。苗期采用1/2 Hoagland营养液培养在规格为50 cm×40 cm×15 cm的塑料盆中,塑料盆上层铺盖规格为50 cm×40 cm×2.5 cm的泡沫板,每个泡沫板上打孔24个,横向4排,每排6孔,孔直径为2.5 cm,用气泵装置对栽植后的薯苗进行通气。
  1.2试验处理
  应用PEG-6000模拟干旱胁迫。每品种设4个处理,分别为正常处理(N)、正常+烯效唑(N+S)、干旱处理(D)、干旱+烯效唑(D+S)。采用完全随机设计,重复3次,每重复12棵苗。烯效唑浓度根据文献[12]确定为30 mg/L。
  从育苗圃中剪取两品种株高约20 cm、长势均一的幼苗,17∶00将薯苗基部固定在泡沫板上,保证三个节没入营养液,在水培系统中缓苗过夜。培养室温度17~24℃,自然光散射,所有处理先在1/2 Hoagland营养液中培养7 d。梯度干旱处理参考陈京[19]的试验设计,略有改动:采用PEG-6000模拟土壤梯度干旱过程,用1/2 Hoagland营养液溶解并配置含有5%(W/V)、10%和20% PEG-6000的溶液。将每个品种正常生长7 d的一半薯苗基部浸泡于烯效唑溶液中5 min进行预处理,然后转入正常或干旱处理中。正常处理的薯苗每隔3 d换一次营养液。干旱处理过程中,分别将烯效唑预处理和未预处理的薯苗转入5% PEG-6000溶液中生长3 d,然后转入10% PEG-6000溶液中生长3 d,再转入20% PEG-6000溶液中生长3 d,之后统一测定两个甘薯品种各处理的可溶性蛋白含量和抗氧化酶同工酶指标。
  1.3测定方法
  薯苗培养16 d后,每处理随机选取5株,剪取幼苗根系并用清水冲洗干净后保存在自封袋中。参照汪家政等[20]的方法进行可溶性蛋白电泳和染色,参照李东晓[21]的方法进行SOD同工酶的电泳和染色,参照杨宗娟[22]的方法进行POD同工酶电泳和染色,参照孙彩霞等[23]的方法进行CAT同工酶电泳和染色,参照Chen和Asada[24]的方法进行APX同工酶电泳及染色。   2结果与分析
  2.1烯效唑对不同耐旱性甘薯品种苗期根系可溶性蛋白的影响
  如图1所示,两品种不同处理条件下可溶性蛋白均表达出4条条带。正常条件下,烯效唑处理对可溶性蛋白的影响不明显。与正常处理相比,干旱处理增加了耐旱性较弱的JZS1可溶性蛋白含量,stripe2~stripe4明显变粗;而对于耐旱性较强的JS21来说,干旱处理降低了苗期根系中可溶性蛋白含量,stripe3、stripe4明显变细、变淡。与干旱处理相比,干旱+烯效唑处理增加了JS21的可溶性蛋白含量,stripe2~stripe4明显增粗,也增加了JZS1的stripe3粗度。在干旱条件下,烯效唑能显著增加耐旱性较强的JS21可溶性蛋白含量。
  根系可溶性蛋白含量的影响
  2.2烯效唑对不同耐旱性甘薯品种苗期根系抗氧化酶同工酶的影响
  如图2所示,两品种不同处理条件下SOD均表达出3条同工酶条带。在正常供水条件下,烯效唑处理增加了耐旱性较强的JS21的SOD同工酶表达量,使SOD2、SOD3两条同工酶条带明显增粗、变亮;而对耐旱性较差的JZS1的SOD同工酶表达量影响较小,差异不明显。与正常供水相比,干旱处理增加了JZS1苗期根系中SOD同工酶表达量,SOD1、SOD2同工酶条带明显增粗、变亮;而对于JS21来说,干旱处理降低了苗期根系中SOD同工酶表达量,SOD2同工酶条带明显变细、暗。干旱条件下,烯效唑处理增加了JZS1中SOD1、SOD2同工酶条带的表达量,而对JS21的SOD同工酶影响较小,变化不明显。可见,在干旱条件下,烯效唑能增加耐旱性较差的JZS1的SOD同工酶表达量。
  两品种不同处理条件下POD表达出3条同工酶条带。在正常供水条件下,烯效唑处理对两品种3条POD同工酶条带的影响均不明显。与正常供水相比,干旱处理增加了JS21和JZS1的POD同工酶表达量,尤其是 JS21的POD2、POD3同工酶条带和JZS1的POD2同工酶条带明显加粗、加深。干旱条件下,烯效唑处理降低了JS21的POD同工酶表达量,POD2、POD3同工酶条带变细;增加了JZS1的POD1、POD3同工酶条带的表达量,增粗。可见,在干旱条件下,烯效唑能增加耐旱性较差的JZS1的POD同工酶表达量。
  两品种不同处理条件下CAT表达出3条同工酶条带。从图2中可以看出,3种同工酶在各处理间变化趋势并不明显。正常供水条件下,烯效唑处理对耐旱性较强的JS21的CAT同工酶表达量影响不明显,却使耐旱性较差的JZS1的CAT2、CAT3同工酶条带略有增粗。在干旱条件下,烯效唑增加了耐旱性较差的JZS1的CAT同工酶表达量。
  两品种不同处理条件下APX均表达出2条同工酶条带,其中APX1条带变化较紊乱。干旱条件下,烯效唑处理增强了耐旱性较强的JS21的APX2同工酶表达量,但对耐旱性较差的JZS1的APX2同工酶表达量无明显影响。
  3讨论与结论
  在高等植物体内,抗氧化酶同工酶酶谱种类和数量体现了其活性高低和变化特征[25]。
  本研究发现,烯效唑能够提高干旱条件下耐旱性较差的JZS1苗期根系中SOD1、SOD2、POD1、POD3、CAT2和CAT3同工酶表达量,烯效唑对干旱条件下耐旱性较强的JS21的各抗氧化酶同工酶的影响不明显。Yuan等[12]的研究结论与本研究基本一致。这种同工酶之间的差异充分表明了品种间耐旱性不同,同时也可以充分利用同工酶作为品种耐旱性筛选的重要指标。袁照年等[26]就曾利用POD同工酶谱的差异进行耐旱性强的玉米杂交种筛选。
  胁迫条件下同工酶在小麦、玉米、棉花等作物上研究较多[27],但在甘薯上,仅有正常供水条件下甘薯不同类型根中抗氧化酶同工酶酶谱表达[28]的研究报道,干旱条件下甘薯苗期根系抗氧化酶同工酶酶谱研究较少。
  谭晓荣等[29]研究了不同干旱方式对小麦幼苗可溶性蛋白含量及总抗氧化酶活力的影响。陈明涛等[30]研究了干旱对四种苗木根系可溶性蛋白组分和含量的影响。康俊梅等[31] 研究了干旱对苜蓿叶片可溶性蛋白的影响。这些报道均表明在中度和重度干旱胁迫下植物可溶性蛋白含量有所增加。本试验结果表明:在干旱条件下,烯效唑处理能够明显增加耐旱性较差的JZS1的可溶性蛋白含量和抗氧化酶同工酶的表达量,增强耐旱性较差甘薯品种的耐旱性,为耐旱性较差甘薯品种在不良水分状况下的种植和生长提供支持和保证。
  本研究作为干旱条件下甘薯苗期根系抗氧化酶同工酶的初步探索,试验中很多细节还需要完善,争取在下一步工作中提高胶图质量。
  参考文献:
  [1]刘庆昌. 甘薯在我国粮食和能源安全中的重要作用[J]. 科技导报, 2004(9):21-22.
  [2]马代夫. 世界甘薯生产现状与发展预测[J]. 世界农业, 2001(1):17-19.
  [3]FAO. http://faostat.fao.org/, 2012.
  [4]Carpita N C,McCann M. The cell wall[C]//In:Buchanan B B,Gruissem W,Jones R L, eds. Biochemistry and molecular biology of plants. American Society of Plant Physiologists.Rockville,2000:52-108.
  [5]Pardales J R,Yamauchi A. Regulation of root development in sweetpotato and cassava by soil moisture during their establishment period[J]. Plant and Soil, 2003,255:201-208.

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