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论文在线分享-低温胁迫对海滨雀稗碳水化合物的影响

2021-03-15 09:45


   海滨雀稗是一种暖季型草坪草,为了研究它的抗寒性,以海滨雀稗的Supreme品种为实验对象,研究低温处理下海滨雀稗的可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖、果糖等碳水化合物的变化,来了解海滨雀稗对低温的响应。结果表明:在35d的低温条件下,未经过低温驯化的海滨雀稗sp品种碳水化合物含量总体来说是下降,它的可溶性糖总量和蔗糖、果糖、葡萄糖含量都是有所下降的;但是经过低温驯化的海滨雀稗sp品种的可溶性糖总量和蔗糖、果糖、葡萄糖含量都是有所升高的,由此说明,海滨雀稗sp品种可通过碳水化合物的变化来调节对低温环境的适应。

 
  1.1低温胁迫对草坪草的影响
 
  过低的温度会让草坪草的生长形态发生变化。有关研究发现,生活在低温地区的草坪草叶片的气孔密度较小、上下表皮和角质层厚,并且可以通过叶肉细胞紧密排列,叶脉中导管更发达,根际部所占比例增大,皮层所占比例减小来适应低温环境[5-7]。
 
  低温还会影响草坪草的渗透调节,植物细胞内的渗透调节物质含量对植物的抗寒性具有很大的影响。根据以往的研究表明,草坪草抗寒性上升受可溶性蛋白、少量氨基酸、碳水化合物,以及膜磷脂、膜脂肪酸的含量变化的影响[8]。在低温胁迫下,草坪草体内可进行相应的生理生化反应,根据各项生理生化物质的变化能够科学、准确地了解植物的抗寒性,对草坪草引种和栽培具有一定指导意义[5]。
 
  1.2碳水化合物在草坪草中的作用
 
  碳水化合物不但可以为草坪草生长发育提供大量的能量,同时也可以提高草坪草抗逆性。低温可以诱导草坪草水解酶的活性上升,使淀粉水解更快,从而增加可溶性糖的总含量[9]。低温下可溶性糖的增多,会促进细胞的渗透势上升,对细胞的渗透调节很有利,可以保护膜的结构。聚合果糖可以分解出很多的游离果糖,游离果糖含量增加能够减低组织水分冰点,并且果糖位于液泡之中,具有液泡渗透过程减缓和减弱低温冲击的作用[10-11]。植物在低温胁迫之下,淀粉分解相对较高,其中最多的是葡萄糖、蔗糖等可溶性糖含量上升[12-13]。所以可以根据碳水化合物的变化来了解低温胁迫对海滨雀稗的影响。
 
  1.3小结
 
  1.3.1抗寒锻炼
 
  提高草坪草抗寒能力的有效方式之一是在低温到来前对草坪草进行低温驯化。简令成认为,叶绿体偶联因子在膜上的稳定有利于植物的抗寒性提高,而进行抗寒锻炼是维持其稳定性的方法之一,从而使之不易遭到冰冻的解离,同时,质膜上糖蛋白的侧向迁移和重新分布也与质膜稳定性增强有关[14]。魏臻武等研究发现,结缕草通过低温驯化后,其半致死温度从驯化前的-7.3℃降到-10.0℃,抗寒性显著提升[15]。因此,抗寒锻炼是提高草坪草抗寒性的有效手段之一。
 
  1.3.2选育抗寒品种
 
  草坪草良好的抗寒性,与优异的种质与遗传有很大的关系。其中最好的方法试培育抗寒优秀品种,这是提高草坪草抗寒性的最简便和有效的方法,对提高草坪草整体品质非常有意义[16]。通过研究,“Midiron”半致死温度为-11℃,“Tifgreen”的半致死温度为-7℃,杂交狗牙根品种“Brooking”可以忍受-17℃的低温,[17]而新疆野生狗牙根却能在气温-32℃下安全越冬[18]。通过各种育种方式,我们可以得到较好的草种。据报道,经过辐射处理后三倍体狗牙,得到了抗寒性更强的新品种[19]。培育新品种可以达到绿期延长的目的,满足草坪建坪的各种需求[20]。
 
  第2章材料与方法
 
  2.1试验材料
 
  在低温4℃条件下处理的海滨雀稗Supreme(sp)品种以及常温处理和低温驯化过对照sp品种。
 
  2.2试验方法
 
  将海滨雀稗sp品种30盆全部放入光强为5000 lx,光照16 h、黑暗8 h,光照时温度32℃,黑暗时温度20℃的气候室内培养一个月。从品种中随机取出16盆,其中8盆置于人工气候培养箱进低温处理,其余的在温室继续培养。培养箱设定光强为5000lx,光照16 h的温度10℃,黑暗8 h的温度10℃处理三天。然后将处理过的这8盆和另外8盆再一同放入人工气候培养箱内,只改变温度,温度设置为光照时4℃,黑暗时2℃。以温室内的品种(常温CK)为对照,在第0、14、35 d时对低温处理中的海滨雀稗叶片取样处理,在10℃处理过的(经过低温驯化CA)与没有处理过的(未经过低温驯化CH)分开取样,每个处理设置重复三次,取样后放入-80℃冰箱保存,最后一起测定数据。
 
  以下方法是根据张利娟的匍匐翦股颖碳水化合物的测定方法改进而来的[16]。
 
  可溶性总糖含量可以采用李合生的比色定糖法[21]进行测定,但是要稍加改善。取样品0.1 g,切成1 cm长的小段,加10 mL去离子水,在沸水浴下对样品进行1 h的提取,直到恢复室温,取0.1 mL提取液,先加入浓2.5 mL H2SO4,再滴入0.9 mL去离子水,最后滴入0.25 mL 2%的蒽酮乙酸乙酯试剂,进行5 min微摇,沸水浴反应1 min,直至恢复室温,然后在620 nm下测出样品吸光度,利用可溶性糖标曲得出可溶性糖含量。
 
论文在线分享-低温胁迫对海滨雀稗碳水化合物的影响
 
  因为果糖、蔗糖和葡萄糖和蒽酮的反应条件和反应速度是有区别的[22],所以能够参照张友杰[23]的蒽酮分光光度法进行测定,但需要根据实验对象的差异进行调整。取研钵放入新鲜样品0.05 g,研成细粉放入试管中,再向试管中滴入75%乙醇5 mL,提取1 h在80℃水中,离心10 min在5000 rpm下,将上清液倒入另一个试管,再向样品中加入5 mL的75%乙醇,80℃提取1h,5000 rpm离心10 min,合并上清液,过滤得到糖提取液。
 
  待测碳水化合物标准曲线的形成,取8只具寒试管分别加入一定浓度的果糖溶液1 mL,以及3 mL蒽酮和H2SO4混合溶液,在50℃水浴中反应3 min,反应结束后立即取出,放入冷水中令反应停止,在640 nm下测出吸光度,然后绘出标准曲线。
 
  蔗糖和葡萄糖的标准曲线的绘制与果糖的方法相似,但要进行一定的调整,将在50℃水浴改为沸水浴,其他操作方法相同。
 
  测定蔗糖含量的方法:取一支试管先加入糖提取液1 mL,再滴入0.2 mL的2 M KOH溶液和0.9 mL蒸馏水,沸水浴中进行5 min,然后放入冷水中使反应停止,定容至10 mL,取出1 mL定容液,加入3 mL蒽酮H2SO4溶液,立即混合后,于沸水浴中反应3.5 min,反应结束后立即放入冷水中使反应停止,测出640 nm下吸光度,通过蔗糖标准曲线得到样品中蔗糖的含量。
 
  测定葡萄糖含量的方法:取一个试管加入糖提取液1 mL,加入蒸馏水定容至10 mL,取出1 mL定容液,加入蒽酮H2SO4溶液3 mL,立即混合后,在沸水浴中反应3.5 min,反应完成后立即放入冷水中停止反应,在640 nm下测出吸光度,通过葡萄糖标准曲线得到样品中葡萄糖的含量。
 
  测定果糖含量的方法:与测定葡萄的方法相同,但需要将在沸水中反应3.5min改为在50℃温水中进行3 min反应,然后同样测出640 nm下吸光度,通过果糖标准曲线得到样品中果糖的含量。
 
  2.3数据处理
 
  运用Microsoft Excel 2010进行数据分析和图表制作。
 
  第3章结果与分析
 
  3.1低温胁迫下海滨雀稗可溶性糖总量的变化
 
  从可知,第0天的时候,未经过低温驯化的(CH)的蔗糖含量较高;经过14天的低温处理后,三中处理下的sp可溶性糖总含量变化不显著,并且此时的含量相差不显著;经过35天的低温处理后,常温下CA的的可溶性糖总含量有所增加,而CH的可溶性糖总含量显著下降,与第14天相比下降了大约80%,但是经过低温驯化CA的可溶性糖含量在0到35天内没有显著变化。
 
  3.2低温胁迫下海滨雀稗的蔗糖变化
 
  从可知,sp在第0天的时,CK、CA、CH三种情况下的蔗糖含量相差的不显著,经过14天的低温处理之后,CA的蔗糖含量下降,CH的蔗糖含量上升,与CK的蔗糖含量相比,CA的蔗糖含量比CK的低,CH的蔗糖含量比CK的高;经过35天的低温处理,CA的蔗糖含量显著上升,CH的蔗糖含量下降,与CK的蔗糖含量相比,CA的蔗糖含量是CK的2.5倍左右,CH的蔗糖含量是CK的0.5倍。
 
  3.3低温胁迫下海滨雀稗的葡萄糖变化
 
  从图中可知,第0天的时候,CA、CH、CK的葡萄糖含量相差不显著,经过14天的低温处理之后,这三种情况下的葡萄糖含量仍然相差不显著,但是经过35天的低温处理之后,CA的葡萄糖含量显著升高,CH的葡萄糖含量有显著降低,与CK的葡萄糖含量相比,CA的葡萄糖含量是CK的大约2.5倍,CH的葡萄糖含量是CK的0.3倍左右。
 
  3.4低温胁迫下海滨雀稗的果糖变化
 
  从图可以看出,第0天时的CK、CA、CH的果糖含量差异不显著,经过14天的低温处理后,CK,CA,CH的果糖含量没有显著变化;经过35天的低温处理之后,CA的果糖含量显著上升,CH的果糖含量显著下降,与CK的果糖含量相比,CA的果糖含量是CK的1.2倍左右,CH的果糖含量是CK的0.6倍左右。
 
  第4章讨论与结论
 
  4.1讨论
 
  植物细胞内的渗透调节物质与植物的抗寒性有着密切的关联,作为渗透调节物质之一的碳水化合物在植物抗寒性方面起着重要的作用,可溶性碳水化合物具有维持植物细胞形态,防止细胞膜脂类和蛋白质结构改变,增强细胞吸水能力,降低冰点的作用[24]。通过对植物的低温驯化可以挺高植物的耐寒性,防止植物在低温下立即死亡。
 
  植物细胞的可溶性糖在植物生长过程有重要作用,它是植物细胞呼吸的反应底物,可为植物生长提供能量或代谢中间产物,对于海滨雀稗来说也不例外。在植物生长过程中,可溶性糖总量不一直是不变的,植物可以通过可溶性糖总量的不断变化来调节植物对外界环境的适应,植物的整体生长品质才会上升[25]。大量研究表明,随着温度的降低,植物可以通过可溶性糖的积累来维持自身的正常生长[26]。在本次试验中,经过低温驯化的sp可溶性糖总量有增加,而未经过低温驯化的sp可溶性糖总量降低,所以在低温条件下,sp的可溶性糖会积累。
 
  在植物生长过程中其他糖类自身变化对植物的抗寒性也有很大意义,Johnston等研究发现,当假俭草的根茎暴露在-12℃到7℃时易遭受伤害,假俭草的抗寒性与淀粉和蔗糖含量呈正相关[27]。从本实验中也可以看出,经过低温处理后的驯化过的sp的蔗糖含量是有所升高的。Cai、Fry等[28-29]发现在低温胁迫下,假俭草体内的果糖含量与假俭草的抗寒性成正相关,果糖和蔗糖是假俭草低温驯化时提高抗寒性的关键物质之一。从本实验中可以看出,经过35天的低温胁迫后,经过低温驯化的sp的葡萄糖和果糖的含量是增加的,而常温下的变化量不大。
 
  4.2结论
 
  通过此次的试验,我们可以得出以下结论:在低温胁迫下,经过低温驯化的海滨雀稗sp品种的可溶性糖,蔗糖,葡萄糖和果糖有积累的,所以低温驯化下通过碳水化合的变化能够提高海滨雀稗sp品种的抗寒性。


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