作物杂志,2017, 第5期: 73–79 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2017.05.013

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

甜菜幼苗叶片抗氧化系统对干旱胁迫的响应

李国龙1,孙亚卿1,邵世勤2,张永丰1   

  1. 1内蒙古农业大学农学院,010018,内蒙古呼和浩特
    2内蒙古农业大学生命科学学院,010018,内蒙古呼和浩特
  • 收稿日期:2017-07-22 修回日期:2017-08-16 出版日期:2017-10-15 发布日期:2018-08-26
  • 作者简介:李国龙,副教授,主要从事甜菜抗旱生理及分子生物学研究
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(31360355)

Response of Antioxidant System to Drought Stress in Sugar Beet Leaves at Seedling Stage

Li Guolong1,Sun Yaqing1,Shao Shiqin2,Zhang Yongfeng1   

  1. 1Agricultural College,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010018,Inner Mongolia,China
    2College of Life Sciences,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010018,Inner Mongolia,China
  • Received:2017-07-22 Revised:2017-08-16 Online:2017-10-15 Published:2018-08-26

摘要:

以抗旱性不同的甜菜品种HI0466和KWS9454为供试材料,在不同水分处理条件下研究了甜菜抗氧化系统生理指标对苗期不同程度水分亏缺的响应机制及其与甜菜抗旱性的关系。结果表明:持续水分胁迫下甜菜幼苗叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等保护酶活性及抗氧化物质还原型谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸(AsA)含量基本呈现出先升高后下降的趋势,而类胡萝卜素(Car)含量逐步降低。由于抗旱甜菜品种在水分胁迫下各生理指标具有增幅大或降幅较小的特征,因此在胁迫加重时抗旱甜菜品种可维持较高的SOD、POD、CAT活性及Car、AsA含量,以降低膜质过氧化程度,使得其丙二醛(MDA)含量维持在较低水平,但在品种间差异明显。主成分分析结果表明,干旱胁迫条件下SOD、POD活性,MDA、AsA含量均可作为甜菜品种苗期抗旱性鉴定的有效生理指标。

关键词: 甜菜, 抗氧化系统, 干旱胁迫, 抗旱性

Abstract:

Two sugar beet cultivars HI0466 and KWS9454, different in drought resistance, were used to examine the response of antioxidant system to drought stress and the relationship for evaluating drought resistance during seedling stage under different drought conditions. The results showed that activities of protective enzymes SOD, POD, CAT and contents of GSH, AsA were increased significantly and then decreased significantly, however, carotenoids (Car) content decreased under drought stress. To resistant cultivar, the increase was more significant than the decrease, so the activities of SOD, POD and CAT and the contents of Car, AsA were higher, meanwhile, malondialdehyde (MDA) contents were lower under several treatments. There was significant difference between HI0466 and KWS9454. In addition, it was found that the activities of SOD, POD and contents of MDA, AsA could be used as effective indicators for the identification of drought resistance at seedling stage for sugar beet species by principal component analysis.

Key words: Sugar beet, Antioxidant system, Drought stress, Drought resistance

图1

不同水分条件下甜菜幼苗叶片SOD活性变化 RW1、RW2分别指KWS9454、HI0466复水处理,下同"

图2

不同水分条件下甜菜幼苗叶片POD活性变化"

图3

不同水分条件下甜菜幼苗叶片CAT活性变化"

图4

不同水分条件下甜菜幼苗叶片MDA含量变化"

图5

不同水分条件下甜菜幼苗叶片H2O2含量变化"

图6

不同水分条件下甜菜幼苗叶片Car含量变化"

图7

不同水分条件下甜菜幼苗叶片GSH含量变化"

图8

不同水分条件下甜菜幼苗叶片AsA含量变化"

表1

各生理指标主成分的特征向量及贡献率"

生理指标
Physiological index
成分1
Component 1
成分2
Component 2
SOD活性SOD activity 0.977 0.425
POD活性POD activity 0.941 0.751
MDA含量MDA content 0.388 -0.972
CAT活性CAT activity 0.847 0.591
H2O2含量H2O2 content 0.718 -0.139
Car含量Car content -0.555 0.849
GSH含量GSH content 0.455 -0.089
AsA含量AsA content -0.232 0.917
特征值Eigen value 3.786 3.444
贡献率Contribution rate (%) 47.325 43.046
累计百分率Cumulative percentage (%) 47.325 90.372
[1] 黄玉兰, 殷奎德, 向君亮 , 等. 干旱胁迫下植物生理生化及DNA甲基化的研究进展. 玉米科学, 2016,24(2):96-102.
[2] Schindler U, Steidl J, Müller L , et al. Drought risk to agricultural land in Northeast and Central Germany. Journal of Plant Nutrition & Soil Science, 2007,170(3):357-362.
doi: 10.1002/jpln.200622045
[3] 山仑 . 植物抗旱生理研究与发展半旱地农业. 干旱地区农业研究, 2007,25(1):1-5.
doi: 10.3321/j.issn:1000-7601.2007.01.001
[4] Nogués I, Llusià J, Ogaya R , et al. Physiological and antioxidant responses of Quercus ilex to drought in two different seasons. Plant Biosystems, 2014,148(2):268-278.
doi: 10.1080/11263504.2013.768557
[5] 邵惠芳, 陈征, 许嘉阳 , 等. 两种烟草幼苗叶片对不同强度干旱胁迫的生理响应比较.植物生理学报, 2016(12):1861-1871.
[6] Ma X, Xin Z, Wang Z , et al. Identification and comparative analysis of differentially expressed miRNAs in leaves of two wheat (Triticum aestivum L.) genotypes during dehydration stress. BMC Plant Biology, 2015,15(1):1-15.
doi: 10.1186/s12870-014-0410-4 pmid: 4311480
[7] Chaves M M, Maroco J P, Pereira J S . Understanding plant responses to drought-from genes to the whole plant. Functional Plant Biology, 2003,30(3):239-264.
doi: 10.1071/FP02076
[8] 靳军英, 张卫华, 袁玲 . 三种牧草对干旱胁迫的生理响应及抗旱性评价. 草业学报, 2015,24(10):157-165.
doi: 10.11686/cyxb2014505
[9] 任磊, 赵夏陆, 许靖 , 等. 4种茶菊对干旱胁迫的形态和生理响应. 生态学报, 2015,35(15):5131-5139.
doi: 10.5846/stxb201401220164
[10] 郭启芳, 吴耀领, 王玮 . 干旱、高温及共胁迫下不同小麦品种的生理生化响应差异.山东农业科学, 2014(11):32-38.
doi: 10.3969/j.issn.1001-4942.2014.11.009
[11] 张旭东, 王智威, 韩清芳 , 等. 玉米早期根系构型及其生理特性对土壤水分的响应. 生态学报, 2016,36(10):2969-2977.
doi: 10.5846/stxb201409181852
[12] 马一泓, 王术, 于佳禾 , 等. 水稻生长对干旱胁迫的响应及抗旱性研究进展. 种子, 2016,35(7):45-49.
doi: 10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.07.045
[13] 张木清, 陈如凯 . 作物抗旱分子生理与遗传改良.北京: 科学出版社, 2005: 22-23.
[14] 李丽芳, 罗晓芳, 王华芳 . 植物抗旱基因工程研究进展. 西北林学院学报, 2004,19(3):53-57.
[15] 李国龙, 吴海霞, 温丽 , 等. 甜菜苗期抗旱鉴定指标筛选及其综合评价. 干旱地区农业研究, 2011,29(4):69-74.
[16] 高俊凤 . 植物生理学实验指导.北京: 高等教育出版社, 2006: 221-224.
[17] 张志良, 瞿伟菁 . 植物生理学实验指导.3版.北京: 高等教育出版社, 2006: 274-277.
[18] 王学奎 . 植物生理生化实验原理和技术.2版.北京: 高等教育出版社, 2006: 172-173.
[19] 张宗申, 利容千, 王建波 . 外源Ca 2+预处理对高温胁迫下辣椒叶片细胞膜透性和GSH、AsA含量及Ca 2+分布的影响 . 植物生态学报, 2001,25(2):230-234.
[20] 高俊凤 . 植物生理学试验技术.西安: 世界图书出版公司, 2000: 101-103.
[21] 夏民旋, 王维, 袁瑞 , 等. 超氧化物歧化酶与植物抗逆性. 分子植物育种, 2015,13(11):2633-2646.
doi: 10.3969/j.issn.1002-2767.2002.01.012
[22] 左应梅, 杨维泽, 杨天梅 , 等. 干旱胁迫下4种人参属植物抗性生理指标的比较.作物杂志, 2016(3):84-88.
doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2016.03.016
[23] 闫志利, 牛俊义, 席玲玲 , 等. 水分条件对豌豆保护酶活性及膜脂过氧化的影响. 中国生态农业学报, 2009,17(3):554-559.
doi: 10.3724/SP.J.1011.2009.00554
[24] 杜彩艳, 段宗颜, 潘艳华 , 等. 干旱胁迫对玉米苗期植株生长和保护酶活性的影响. 干旱地区农业研究, 2015,33(3):124-129.
[25] 井大炜, 邢尚军, 杜振宇 , 等. 干旱胁迫对杨树幼苗生长、光合特性及活性氧代谢的影响. 应用生态学报, 2013,24(7):1809-1816.
[26] 孙彩霞, 刘志刚, 荆艳东 . 水分胁迫对玉米叶片关键防御酶系活性及其同工酶的影响. 玉米科学, 2003,11(1):63-66.
doi: 10.3969/j.issn.1005-0906.2003.01.021
[27] Kolarovič L, Valentovič P, Luxová M , et al. Changes in antioxidants and cell damage in heterotrophic maize seedlings differing in drought sensitivity after exposure to short-term osmotic stress. Plant Growth Regulation, 2009,59(1):21-26.
doi: 10.1007/s10725-009-9384-x
[28] 马俊莹, 周睿, 程炳嵩 . 类胡萝卜素与活性氧代谢的关系.山东农业大学学报(自然科学版), 1997(4):518-521.
[29] Fletcher J M, Barnes J D, Foyer C H . The function of ascorbate oxidase in tobacco. Plant Physiology, 2003,132(3):1631-1641.
doi: 10.1104/pp.103.022798 pmid: 12857842
[30] 阎成仕, 李德全, 张建华 . 冬小麦旗叶旱促衰老过程中氧化伤害与抗氧化系统的响应. 西北植物学报, 2000,20(4):568-576.
doi: 10.3321/j.issn:1000-4025.2000.04.013
[31] 赵丽英, 邓西平, 山仑 . 活性氧清除系统对干旱胁迫的响应机制. 西北植物学报, 2005,25(2):413-418.
[32] 张盼盼, 冯佰利, 王鹏科 , 等. PEG胁迫下糜子苗期抗旱指标鉴选研究. 中国农业大学学报, 2012,17(1):53-59.
[33] Srivastava S, Srivastava M . Morphological changes and antioxidant activity of Stevia rebaudiana under water stress. American Journal of Plant Sciences, 2014,5(22):3417-3422.
doi: 10.4236/ajps.2014.522357
[34] 张智猛, 万书波, 戴良香 , 等. 花生抗旱性鉴定指标的筛选与评价. 植物生态学报, 2011,35(1):100-109.
doi: 10.3724/SP.J.1258.2011.00100
[35] 郭数进, 李玮瑜, 马艳芸 , 等. 山西不同生态型大豆品种苗期耐低温性综合评价. 植物生态学报, 2014,38(9):990-1000.
doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00093
[36] 田山君, 杨世民, 孔凡磊 , 等. 西南地区玉米苗期抗旱品种筛选. 草业学报, 2014,23(1):50-57.
doi: 10.11686/cyxb20140107
[1] 张姣,吴奇,周宇飞,王艺陶,张瑞栋,黄瑞冬. 苗期和灌浆期干旱-复水对高粱光合特性和物质生产的影响[J]. 作物杂志, 2018, (3): 148–154
[2] 刘晨旦,张泽燕,张耀文. 不同基因型绿豆品种芽期抗旱性鉴定[J]. 作物杂志, 2018, (3): 77–83
[3] 王曙光,史雨刚,史华伟,曹亚萍,孙黛珍. 春小麦光合特性与抗旱性的关系研究[J]. 作物杂志, 2017, (6): 23–29
[4] 郝曦煜,王红丹,尹智超,梁杰,尹凤祥,郝建军. PEG胁迫对小豆苗期抗旱生理指标的影响及抗旱鉴定体系建立[J]. 作物杂志, 2017, (4): 134–142
[5] 吉雯雯,张泽燕,张耀文,孙黛珍. 不同地区小豆资源芽期抗旱性鉴定[J]. 作物杂志, 2017, (3): 54–59
[6] 武俊英,秦丽,杨进,秦德志. 盐胁迫对农大甜研6号甜菜幼苗生长和养分运移的研究[J]. 作物杂志, 2017, (3): 75–80
[7] 陈贵华,张少英,朱芳慧,小芳. 不同种子活化剂对甜菜种子萌发特性的影响[J]. 作物杂志, 2017, (3): 171–174
[8] 王姣,张永清. 干旱胁迫下不同小豆品种根系生长规律研究[J]. 作物杂志, 2016, (6): 112–119
[9] 桑利敏,李彩凤,王玉波,刘磊,郭广昊,郭剑,陈明. Na2SO4+NaCl混合盐胁迫对甜菜幼苗生长的影响[J]. 作物杂志, 2016, (4): 137–141
[10] 任永霞,郭郁频,刘贵河,孙芳,曹春梅,肖彩月. 三种野豌豆属牧草种子萌发期抗旱性的研究[J]. 作物杂志, 2016, (3): 158–162
[11] 左应梅,杨维泽,杨天梅,杨美权,许宗亮,杨绍兵,张金渝. 干旱胁迫下4种人参属植物抗性生理指标的比较[J]. 作物杂志, 2016, (3): 84–88
[12] 刘化涛,黄学芳,黄明镜,池宝亮,郑秀清,陈军峰. 拔节期干旱对春玉米产量性状及抗旱性的影响[J]. 作物杂志, 2016, (2): 89–94
[13] 代小冬,徐心志,朱灿灿,杨育峰,王春义,杨晓平,杨国红,李君霞. 谷子苗期对不同程度干旱胁迫的响应及抗旱性评价[J]. 作物杂志, 2016, (1): 140–143
[14] 李国龙, 吴海霞, 孙亚卿, 等. 甜菜叶片应答干旱胁迫的差异蛋白质组学分析[J]. 作物杂志, 2015, (5): 63–68
[15] 王显瑞, 刘莉莉, 柴晓娇, 等. 外源亚精胺对干旱胁迫下谷子幼苗光合作用及碳水化合物积累的影响[J]. 作物杂志, 2015, (5): 100–106
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[1] 赵广才,常旭虹,王德梅,陶志强,王艳杰,杨玉双,朱英杰. 小麦生产概况及其发展[J]. 作物杂志, 2018, (4): 1 –7 .
[2] 权宝全,白冬梅,田跃霞,薛云云. 不同源库关系对花生光合特性及产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 102 –105 .
[3] 黄学芳,黄明镜,刘化涛,赵聪,王娟玲. 覆膜穴播条件下降水年型和群体密度对张杂谷5号分蘖成穗及产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 106 –113 .
[4] 黄文辉, 王会, 梅德圣. 农作物抗倒性研究进展[J]. 作物杂志, 2018, (4): 13 –19 .
[5] 赵云,徐彩龙,杨旭,李素真,周静,李继存,韩天富,吴存祥. 不同播种方式对麦茬夏大豆保苗和生产效益的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 114 –120 .
[6] 陆梅,孙敏,任爱霞,雷妙妙,薛玲珠,高志强. 喷施叶面肥对旱地小麦生长的影响及与产量的关系[J]. 作物杂志, 2018, (4): 121 –125 .
[7] 王晓飞,徐海军,郭梦桥,肖宇,程薪宇,刘淑霞,关向军,吴耀坤,赵伟华,魏国江. 播期、密度及施肥对寒地油用型紫苏产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 126 –130 .
[8] 朱鹏锦,庞新华,梁春,谭秦亮,严霖,周全光,欧克维. 低温胁迫对甘蔗幼苗活性氧代谢和抗氧化酶的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 131 –137 .
[9] 高杰,李青风,彭秋,焦晓燕,王劲松. 不同养分配比对糯高粱物质生产及氮磷钾利用效率的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 138 –142 .
[10] 商娜,杨中旭,李秋芝,尹会会,王士红,李海涛,李彤,张晗. 鲁西地区常规棉聊棉6号留叶枝栽培的适宜密度研究[J]. 作物杂志, 2018, (4): 143 –148 .