外源性生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對玉米和大豆抗旱性的影響.pdf

1、世界人口正以驚人的速度增長,預(yù)計到2050年底將達到90億左右。另一方面,由于非生物性脅迫造成了糧食產(chǎn)量的大幅度下降,因此,為了滿足日益增長的糧食需求,如何最大限度地減少這些損失已成為所有國家和地區(qū)普遍關(guān)注的問題。環(huán)境脅迫誘發(fā)了植物在基因表達和細胞新陳代謝等多方面的變化,最終影響植物生長發(fā)育和產(chǎn)量的形成。在自然界中,植物不斷地受到各種生物和非生物因素的脅迫,水分脅迫是最常見的一種。隨著氣候的變化,干旱脅迫即將成為作物生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的最

2、大障礙。高效利用有限的水資源和實現(xiàn)在有限水資源供應(yīng)下作物的良好生長,是干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的最終目標。在作物生產(chǎn)過程中,水分匱乏已經(jīng)成為作物生長發(fā)育的重要限制因素。研究干旱脅迫下植物形態(tài)、生理、生化和細胞上的響應(yīng),對整體上保護植物和提高作物抗旱機制具有至關(guān)重要的意義。干旱脅迫的影響以及作物的響應(yīng),在整個植物和作物水平上是相當復(fù)雜的,因為它在不同時間和空間上反映了干旱脅迫對植物所有內(nèi)在組織和水平上的整體影響以及其響應(yīng)。在干旱脅迫下,植物具有自

3、身的調(diào)節(jié)機制,通過調(diào)節(jié)光合作用、葉綠素含量、細胞膜透性變化、游離脯氨酸、可溶性糖和甜菜堿的積累以及提抗氧化系統(tǒng)酶活性來適應(yīng)水分虧缺。
　　 諸如玉米和大豆之類的旱地作物是世界范圍內(nèi)重要的糧食和食用油來源。玉米在世界各地廣泛栽培,是第三個大范圍推廣種植的農(nóng)作物。它被當做研究干旱脅迫下植物的形態(tài)、生理和生化基礎(chǔ)的模式植物。大豆是近年來在作物的生理應(yīng)用和研究中都特別重要的糧食作物之一。大豆含有大量的優(yōu)質(zhì)蛋白和油脂,是人們最常食用的作物

4、之一,在溫帶和熱帶均可生長。在干旱脅迫下如果一個品種的產(chǎn)量比其他品種顯著提高,但在無干旱脅迫下表現(xiàn)不同,這個品種就屬于耐旱型品種。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中,由于受到生物性和非生物性因子以及種質(zhì)資源改進等的影響,作物的可實現(xiàn)產(chǎn)量和實際產(chǎn)量之間存在相當大的差距。
　　 研究人員正努力通過潛在的生長調(diào)節(jié)物質(zhì)的應(yīng)用來提高作物對水分虧缺的抵抗,以確保子孫后代的糧食安全。本研究采用盆栽試驗,于2009-2010年在西南大學(xué)教學(xué)示范基地完全人工遮雨網(wǎng)

5、室中進行。試驗通過外源施用油菜素內(nèi)酯(BR)、苯甲酸(BZA)、黃腐酸(FA)、茉莉酸甲酯(MJ)和甜菜堿(GB)等來研究干旱脅迫下生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對玉米和大豆抗旱性的影響。
　　 (1)油菜素內(nèi)酯(BR)對玉米抗旱性影響的研究。以玉米東單60為供試材料,葉片表面噴施濃度為0.1mg/L的油菜素內(nèi)酯,研究了干旱脅迫下玉米生長發(fā)育、產(chǎn)量、光合作用、葉綠素、蛋白含量、葉片相對含水量、脯氨酸、丙二醛以及抗氧化物酶活性的變化。研究得出:干旱

6、脅迫嚴重制約了玉米生長發(fā)育、產(chǎn)量及其構(gòu)成。同時,降低了玉米葉片氣體交換和葉綠素含量,增強了細胞膜脂過氧化反應(yīng)。外源性BR的應(yīng)用緩解了干旱脅迫,使得玉米氣體交換和光合色素大幅提高。這些對作物生長有益的影響最終改善了干旱以及灌溉條件下玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量。BR誘導(dǎo)了作物的抗旱性,通過增強抗氧化酶活性和降低脂質(zhì)過氧化作用促進了作物的生長、產(chǎn)量、生理和新陳代謝。干旱脅迫造成作物生理生化等方面的損害,外源BR減輕了玉米生理生化方面的損害。
　

7、　 (2)苯甲酸(BZA)對大豆抗旱性影響的研究。于大豆花期干旱脅迫一周后葉面噴施濃度為0.5mM的苯甲酸,研究BZA對大豆抗旱性的影響。研究表明:干旱脅迫下大豆葉片的光合作用和葉綠素含量降低,最終導(dǎo)致大豆生長速率和產(chǎn)量下降。葉面噴施苯甲酸增強了葉片抗氧化物酶(超氧化物歧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶)活性,因此,大豆光合作用和葉綠素含量在一定程度上得到提高。另外,苯甲酸顯著降低了膜脂過氧化反應(yīng),葉片的丙二醛含量明顯降低。這些正面效應(yīng)最

8、終體現(xiàn)在大豆株高、莖粗、單株生物學(xué)產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)等生長和產(chǎn)量指標上。苯甲酸顯著提高了作物的抗旱性,因此可用作外源誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)植物適應(yīng)干旱環(huán)境。
　　 (3)黃腐酸(FA)對玉米抗旱性影響的研究。以東單60作為實驗材料,植株前期在正常條件下生長,到抽雄授粉期進行干旱脅迫處理,脅迫后葉面噴施濃度為1.5mg/L的黃腐酸。干旱脅迫引起葉片葉綠素分解加快、光合作用的下降,從而導(dǎo)致玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量的降低。葉面噴施黃腐酸,通過維持

9、葉綠素含量和氣體交換水平以及提高抗氧化酶活性和脯氨酸含量來改善作物對干旱的適應(yīng)性,從而有利于促進了作物的形態(tài)生長和產(chǎn)量形成。同時,葉面施用黃腐酸可以提高灌溉條件玉米對環(huán)境的適應(yīng)性。因此,外源施用黃腐酸可提高玉米的抗旱性。
　　 (4)茉莉酸甲酯(MJ)對大豆抗旱性影響的研究。大豆正常生長到開花期時進行干旱脅迫,脅迫后葉面噴施濃度為50μM的茉莉酸甲酯。干旱脅迫降低了大豆的生長速率和產(chǎn)量。干旱脅迫增強細胞膜脂過氧化反應(yīng)。在干旱脅迫

10、下葉面噴施茉莉酸甲酯的植株葉片抗氧化酶活性、脯氨酸、相對含水量持續(xù)增長,與此同時膜脂過氧化反應(yīng)明顯下降,因而提高了大豆的生物學(xué)產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)。葉面噴施茉莉酸甲酯同樣也可以提高灌溉條件下大豆的抗旱性。由結(jié)果可以看出,外源施用茉莉酸甲酯提高作物的抗旱性在于降低了細胞膜脂過氧化反應(yīng)和提高了抗氧化物酶活性。
　　 (5)甜菜堿(GB)對不同玉米品種抗旱性影響的研究。以東單60和農(nóng)大95兩個玉米品種作為試驗材料,研究甜菜堿對兩個

11、品種玉米抗旱性的影響。玉米在正常水分條件下生長,直到抽雄期開始進行干旱脅迫,干旱脅迫5d后葉面噴施濃度為10mM的甜菜堿。與無脅迫相比,兩個品種玉米在干旱脅迫下光合作用和葉綠素含量均持續(xù)下降,但東單60的下降率較農(nóng)大95少。噴施甜菜堿的植株在干旱脅迫期間光合作用和葉綠素含量維持在較高水平,從而改善了玉米的生長發(fā)育、產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素。進一步的研究得出,在外源施用甜菜堿條件下,東單60抗旱性比農(nóng)大95明顯。干旱脅迫下兩個玉米品種的葉片相對

12、含水量明顯降低,但是可溶性蛋白和游離脯氨酸含量增高。東單60葉片相對含水量比農(nóng)大95低,然而,在可溶性蛋白和游離脯氨酸含量積累上,東單60高于農(nóng)大95。隨著干旱脅迫的延長,葉片膜脂過氧化反應(yīng)增強,對干旱越敏感的品種,受到膜脂氧化反應(yīng)的傷害越嚴重。用甜菜堿處理作物,緩解了植物膜脂過氧化反應(yīng)和電解質(zhì)滲透。東單60抗氧化物酶活性在整個干旱脅迫過程中先增后減。葉面噴施甜菜堿的植株與對照相比,在整個干旱脅迫過程中,抗氧化物酶活性維持在較高水平。從