钼酸钠对低温胁迫下狼尾草渗透调节物质和膜稳定性的影响

2012-10-17张翠平王艳慧袁小环邢晓云彭向永

草业科学 2012年8期

张翠平，王艳慧，袁小环，邢晓云，彭向永

（1.曲阜师范大学生命科学学院，山东曲阜273165；2.北京农林科学院草业与环境研究发展中心，北京100097）

冷害是指植物在生育期间，遭受低于其生长发育所需的环境温度而引起生育期延迟、生理机能受到损害，导致减产的现象，农业生产中常通过喷施一些外源物质如CaCl2、壳多糖、甜菜碱等缓解冷害作用［1－2］。钼是动植物生长必需的微量元素之一，可参与机体氮、磷代谢，并与细胞膜稳定性、光合作用、抗逆性有密切关系［3］。施用钼肥能促进冬小麦（Triticumaestivum）壮苗、分蘖，大幅度提高小麦产量，克服冬小麦越冬期黄化死苗现象，提高冬小麦的抗寒力［4－6］。

狼尾草（Pennisetumalopecuroides）属于禾本科狼尾草属，是一种多年生观赏草和重要的牧草，其株形优美、花序美丽，耐旱性好，近年来受到园林界的广泛关注［7］。由于狼尾草属的起源中心在非洲，广泛分布在热带、亚热带和部分温带地区，大部分种具有喜温好湿且耐干旱的特性，但耐寒性较差，低温是影响其生长的重要因素［8］。植物受到低温胁迫后，叶绿素合成受到抑制，一些渗透调节物质如游离脯氨酸、抗坏血酸、可溶性蛋白质、可溶性糖的含量以及细胞膜透性、丙二醛含量均会发生相应的变化［9－10］。本研究通过喷施不同质量浓度的钼酸钠，研究模拟低温胁迫下狼尾草叶绿素、渗透调节物质和细胞膜稳定性的变化，为解决生产中狼尾草倒春寒冷害问题提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料 2009年秋天收集成熟狼尾草种子，自然通风干燥，不脱壳于室温下储藏，2010年3月25日种植于营养钵中，栽培介质为河沙与腐殖质等质量的混合物，25℃培养箱培养，光照强度200 μmol·m－2·s－1，每天光照时间12 h。待幼苗株高生长至10 cm以上，随机分成6组，每组6盆，先以不同质量浓度（0.1、0.5、1.0、2.5、5.0 mg·L－1）的钼酸钠喷施叶片，每天1次，每次每组5 m L，连续施用7 d，以喷施蒸馏水的处理为对照，然后转入0℃下培养，光照强度不变，3 d后，取叶片进行指标测定。

1.2 项目测定参考高俊凤［11］、陈建勋和王晓峰［12］的方法。蛋白质含量采用考马斯亮蓝比色法测定；叶绿素含量采用分光光度法测定；游离脯氨酸和可溶性糖含量采用80%乙醇提取后，分别以二甲苯萃取比色法和硫酸蒽酮法测定；相对膜透性采用电导法测定；抗坏血酸含量（Vc）采用2，6－二氯酚靛酚法测定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法测定。

1.3 数据分析所得数据采用Excel和SPSS软件进行方差分析和LSR检验，在P＜0.05水平上分析各质量浓度处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 钼对低温胁迫下狼尾草总叶绿素含量的影响施用钼酸钠的狼尾草叶绿素a、b及总叶绿素含量均高于未施用的对照组（表1），经LSR分析显示，喷施钼酸钠的处理组叶绿素a含量与对照无显著差异；除0.1 mg·L－1质量浓度外，其他钼酸钠质量浓度下，叶绿素b以及总叶绿素含量与对照差异显著（P＜0.05），而施用不同质量浓度的钼酸钠处理间无显著差异。结果表明，低温主要影响狼尾草叶绿素b含量，进而影响总叶绿素含量，而对叶绿素a含量影响较小；施用外源钼酸钠可有效提高其叶绿素b及总叶绿素含量，缓解低温冷害。

2.2 钼对低温胁迫下狼尾草可溶性蛋白和Vc含量的影响随施用外源钼酸钠质量浓度的升高，狼尾草叶片中蛋白质含量先上升后下降（图1）。除0.1 mg·L－1质量浓度外，喷施其他质量浓度钼酸钠的狼尾草蛋白质含量均显著高于对照组（P＜0.05），在1.0 mg·L－1水平下最高，达到10.675 mg·g－1，1.0～5.0 mg·L－1的钼酸钠对狼尾草蛋白质含量影响无显著差异（P＞0.05）。

狼尾草叶片中Vc含量随施用钼酸钠质量浓度的升高而上升（图1）。喷施钼酸钠的狼尾草Vc含量均显著高于对照组（P＜0.05），LSR分析表明，0.1 mg·L－1水平下Vc含量与对照及其他质量浓度水平钼酸钠的处理组差异显著（P＜0.05），但高于0.5 mg·L－1时，各质量浓度水平间Vc含量无显著差异（P＞0.05）。

表1 钼对低温胁迫下狼尾草叶绿素含量的影响Table 1 Effects of molybdenum on chlorophyll content of Pennisetum alopecuroides under low temperature stress

图1 钼对低温胁迫下狼尾草可溶性蛋白和Vc含量的影响Fig.1 Effects of molybdenum on soluble protein and Vc contents of Pennisetum alopecuroides under low temperature stress

2.3 钼对低温胁迫下狼尾草可溶性糖和脯氨酸含量的影响随喷施钼酸钠质量浓度的升高，狼尾草叶片中可溶性糖含量先上升后下降（图2）。除0.1 mg·L－1质量浓度外，喷施其他质量浓度钼酸钠的狼尾草可溶性糖含量与对照均有显著差异（P＜0.05）；钼酸钠质量浓度在2.5 mg·L－1时，可溶性糖含量最高，为1.433 mg·g－1，且在0.5～5.0 mg·L－1水平下无显著差异。

施用钼酸钠后，狼尾草叶片中游离脯氨酸含量先上升后下降，且均显著高于未施用钼酸钠的对照组（P＜0.05）（图2）。钼酸钠质量浓度在2.5 mg·L－1时，游离脯氨酸含量最高，为 22.50 μg·g－1，但与其他各钼酸钠施用水平间无显著差异（P＞0.05）。

2.4 钼对低温胁迫下狼尾草丙二醛含量和膜透性的影响随施用钼酸钠质量浓度的升高，狼尾草丙二醛呈先下降后上升趋势（图3）。喷施钼酸钠的狼尾草植株中丙二醛含量与对照比较均有显著差异（P＜0.05），但不同钼酸钠质量浓度水平间变化较小，差异不显著（P＞0.05）。

相对膜透性与丙二醛含量变化相似，随钼酸钠质量浓度的升高，狼尾草细胞膜透性先下降后上升（图3）。对照组的相对膜透性最高，与喷施钼酸钠的各处理狼尾草叶片中相对膜透性均有显著差异（P＜0.05），但不同钼酸钠质量浓度水平间膜透性无显著差异（P＞0.05）。

图2 钼对低温胁迫下狼尾草可溶性糖和游离脯氨酸含量的影响Fig.2 Effects of molybdenum on soluble sugar and free proline contents of Pennisetum alopecuroides under low temperature stress

图3 钼对低温胁迫下狼尾草MDA含量和膜透性的影响Fig.3 Effects of molybdenum on malondialdehyde content and membrane permeability of Pennisetum alopecuroides under low temperature stress

3 讨论与结论

叶绿素含量影响植物光合作用效率，本试验结果表明，喷施钼酸钠可提高狼尾草总叶绿素含量，并且显著高于未施用的对照。一方面，可能是因为缺钼影响δ－氨基酮戊酸（ALA）向尿卟啉原Ⅲ（UroⅢ）的转化，导致叶绿素合成受阻，含量下降，施用钼肥则叶绿素合成量增加［13］；另一方面，钼肥还可影响植物叶片中叶绿体内囊体基粒片层排列方式，保护低温胁迫引起的光合结构免遭破坏［14－15］。孙学成［16］通过对低温胁迫后冬小麦（Triticumaestivum）叶片蛋白质双向电泳图谱分析发现施用一定浓度的钼肥后，冬小麦的蛋白表达差异达到1.5倍。本试验通过测定也发现，施用钼酸钠后狼尾草的可溶性蛋白的含量显著升高，但高于0.5 mg·L－1的钼酸钠水平，植株的蛋白质含量差异不显著。可能是因为，钼是作物体内硝酸还原酶的成分，其参与硝态氮的还原过程，施用钼肥可以促进作物对氮素，特别是硝态氮素的吸收利用，有利于蛋白质的合成［17］。

钼肥能够促进抗坏血酸［18］氧化还原及再生循环过程，提高抗坏血酸的含量，而抗坏血酸能维持植物为适应恶劣环境所需要的氧化还原状况；施钼还可以提高小麦幼苗及种子的含糖量［19］及游离脯氨酸［20］含量，它们作为细胞内重要的渗透调节物质，可使细胞质的浓度增大，降低冰点，在保护蛋白质分子，抵御氧化胁迫，减轻低温对生物膜的伤害和植株的死亡率等方面都具有重要作用。从试验结果来看，施用钼酸钠后狼尾草的抗坏血酸、可溶性糖、游离脯氨酸均显著提高，与对照的差异达到显著水平，这与前人的研究一致［18］。但钼酸钠质量浓度在0.5～5.0 mg·L－1范围内，狼尾草植株的抗坏血酸、可溶性糖、游离脯氨酸含量并无显著差异。

在逆境胁迫过程中，植物细胞原生质膜中的不饱和脂肪酸发生过氧化作用产生丙二醛，使质膜系统受到伤害，其选择透性降低，细胞内电解质外渗量增加，因而丙二醛含量可反映细胞膜脂过氧化作用的强弱，细胞膜透性（电解质外渗量）可表示膜伤害或变性程度。虽然钼对生物膜没有直接作用，但其参与无机态磷向有机态磷的合成及蛋白质的合成，通过对氮和磷代谢的作用而间接影响生物膜的稳定性［21－22］。所以，本试验中，对照组丙二醛和细胞膜透性均显著高于施用钼酸钠的处理组。

本试验中设置的钼酸钠的质量浓度范围为0.1～5.0 mg·L－1，从结果来看，各质量浓度钼酸钠虽然都可提高低温胁迫下狼尾草植株的渗透调节物质含量，降低丙二醛含量和膜透性，缓解低温冻害作用，但最低效应质量浓度为0.5 mg·L－1，当质量浓度达到5.0 mg·L－1时，未表现出毒害症状，而且0.5～5.0 mg·L－1范围内并无显著差异。这可能是由于钼被植物吸收后，能以多聚阴离子的螯合态存在，相对过量吸收后无明显毒害［23］。甚至有报道称，植物在钼质量浓度大于1 800 mg·kg－1的条件下仍可正常生长［24］。这些研究结果说明，喷施较低质量浓度（0.5 mg·L－1）的钼酸钠就可以显著提高植物的抗逆性；提高施用钼酸钠的浓度也具有相同抗逆效果，不会引起钼毒害，但具体钼酸钠的毒害浓度还需要根据不同植物种类作进一步研究。

［1］李天来，张艳玲，赵康龙.钙处理对夜间亚低温胁迫下薄皮甜瓜生长的影响［J］.沈阳农业大学学报，2011（2）：152－156.

［2］李茂富，李绍鹏，李效超.壳聚糖和甜菜碱对香蕉幼苗冷害胁迫的缓解效应［J］.中国农学通报，2008，24（11）：471－474.

［3］ Gupta U C，Lipsett J.Molybdenum in soil，plants，and animals［J］.Advances in Agronomy，1981，34：73－115.

［4］ Yaneva I，Mack G，Vunkova－Radeva R.Changes in nitrate reductase activity and the protective effect of molybdenum during cold stress in winter grown on acid soil［J］.Journal of Plant Physiology，1996，149（12）：211－216.

［5］孙学成，胡承孝，魏文学.施钼对冬小麦铵态氮含量及膜透性的影响［J］.三峡大学学报（自然科学版），2001，23（4）：381－384.

［6］孙学成，胡承孝，魏文学.钼肥对冬小麦脯氨酸及抗坏血酸含量的影响［J］.三峡大学学报（自然科学版），2001，23（5）：473－476.

［7］武菊英.生态与观赏效果俱佳的狼尾草［J］.中国花卉园艺，2003，21：32.

［8］武菊英，滕文军，袁小环，等.几种狼尾草属观赏植物在北京地区的生长特性［J］.武汉植物学研究，2009，27（6）：661－666.

［9］计淑霞，戴绍军，刘炜.植物应答低温胁迫机制的研究进展［J］.生命科学，2010（10）：1013－1019.

［10］李秋丽，包满珠，王文恩.自然降温下4个狗牙根品种（系）的生理指标比较［J］.草业科学，2011，28（3）：404－409.

［11］高俊凤.植物生理学实验技术［M］.西安：世界图书出版社，2000：129－132，192－203.

［12］陈建勋，王晓峰.植物生理学实验指导［M］.广州：华南理工大学出版社，2002：65－85.

［13］喻敏，胡承孝，王运华.低温条件下钼对冬小麦叶绿素合成前体的影响［J］.中国农业科学，2006，39（4）：702－708.

［14］柳勇，胡承孝，谭启玲.施用钼肥对酸性黄棕壤上冬小麦叶片膜脂肪酸及叶细胞超微结构的影响［J］.植物营养与肥料学报，2004，10（1）：86－90.

［15］庞静，胡承孝，王运华，等.钼对黄棕壤上冬小麦碳代谢的影响［J］.华中农业大学学报，2001，20（1）：33－35.

［16］孙学成.钼提高冬小麦抗寒力的生理基础及分子机制［D］.武汉：华中农业大学，2006：129－155.