聚乙二醇處理不同甘蔗品種/品系組培苗的生理響應(yīng)研究

張繼+呂平+檀小輝+韋麗君+黃秋偉+黃顯雅+金剛

摘 要：利用聚乙二醇（PEG-6000）作為滲透劑進(jìn)行模擬水分脅迫處理4個(gè)甘蔗品種/品系的組培苗，分析測(cè)試甘蔗組培苗在不同濃度PEG-6000的水分脅迫下的葉綠素含量、丙二醛含量和脯氨酸含量等生理響應(yīng)。結(jié)果表明：隨著PEG-6000的處理濃度增高，脅迫強(qiáng)度增大，甘蔗組培苗葉片葉綠素、脯氨酸和丙二醛的含量發(fā)生了不同變化。不同甘蔗品種/品系的抗旱性不同，對(duì)水分脅迫的敏感程度也不同，水分脅迫后葉綠素含量均低于對(duì)照，脯氨酸含量隨著處理強(qiáng)度的增大顯著增加，且以30 %的PEG-6000濃度處理增加較為明顯，抗旱性強(qiáng)的甘蔗品系脯氨酸增幅更大； 丙二醛含量隨著脅迫強(qiáng)度的增大急劇增加，抗旱性差的甘蔗品種/品系增幅更大。聚乙二醇模擬水分脅迫組培苗結(jié)果表明，4個(gè)甘蔗品種/品系中02-6甘蔗品系抗旱性最強(qiáng)，其次為新臺(tái)糖22號(hào)，最差的為新臺(tái)糖16號(hào)。通過組培在實(shí)驗(yàn)室模擬甘蔗抗旱脅迫，為進(jìn)一步田間干旱脅迫提供初選材料及參考價(jià)值，有利于加速甘蔗抗旱新品種的選育進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：甘蔗 組培苗 水分脅迫 抗旱性 聚乙二醇

甘蔗（Saccharum officinarum L.）作為我國重要的糖料和能源作物，食糖是關(guān)系到國計(jì)民生的主要農(nóng)產(chǎn)品，中國的主產(chǎn)蔗區(qū)主要分布在廣西、云南、海南和廣東等省（區(qū)），約有2/3以上的甘蔗分布在旱地上，而廣西90 %以上種植在無灌溉條件的丘陵地帶，旱害已嚴(yán)重阻礙廣西乃至全國甘蔗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1-5]。因此，甘蔗抗旱新品種的選育和利用，對(duì)進(jìn)一步提高甘蔗產(chǎn)量、種植者的經(jīng)濟(jì)效益和促進(jìn)甘蔗的產(chǎn)業(yè)化具有重要的意義。研究表明作物抗旱性評(píng)價(jià)主要以產(chǎn)量為基礎(chǔ)，同時(shí)可結(jié)合一些形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)與分子生物學(xué)等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[6-7]。聚乙二醇（PEG-6000）是一種較好的滲透劑，科研工作者常用他作為植物耐旱性或水分脅迫劑，國內(nèi)外研究報(bào)道認(rèn)為用PEG-6000模擬植物干旱環(huán)境是可行的，PEG-6000模擬脅迫與土壤自然干旱脅迫有相似的效果[8-10]。試驗(yàn)以4個(gè)抗旱性不同的甘蔗品種/品系為參試材料，以MS為基本培養(yǎng)基，研究不同濃度PEG-6000脅迫甘蔗組培生根苗后甘蔗葉片的光合能力、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量等生理變化規(guī)律，為離體條件下快速篩選甘蔗抗旱品種/品系提供研究方法和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用的甘蔗材料為03-75品系（03-75）、02-6品系（02-6）、新臺(tái)糖22號(hào)品種（ROC22）和 新臺(tái)糖16號(hào)品種（ROC16），其中02-6、03-75品系為本所選育，正在進(jìn)行品種審定階段。各參試品種/品系采集于廣西亞熱帶作物研究所/廣西農(nóng)墾甘蔗研究所甘蔗種質(zhì)資源圃，在廣西亞熱帶熱作物研究所栽培性狀表現(xiàn)為：02-6品系抗旱性強(qiáng)、ROC22抗旱性較強(qiáng)、03-75品系抗旱性較強(qiáng)、ROC16抗旱性較差。

1.2 方法

1.2.1 甘蔗組培

從甘蔗種質(zhì)資源圃取回各參試品種/品系的蔗莖，流水洗凈并砍成雙芽莖段，種植在智能溫室大棚，待蔗芽長至10～20 cm時(shí)，取無病害、生長健壯的莖梢，剝?nèi)ネ鈬~片后在超凈工作臺(tái)上用70 %的酒精表面消毒，用解剖刀逐層剝?nèi)~，留下0～2 cm長的生長點(diǎn)，切成1～2 mm厚圓片，接入誘導(dǎo)培養(yǎng)基（MS+2，4-D 2.0 mg/L，pH5.8～6.0）暗培養(yǎng)。待愈傷組織誘導(dǎo)出后轉(zhuǎn)接到分化培養(yǎng)基（MS+6-BA1.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L，pH5.8～6.0）、芽增殖培養(yǎng)基（MS+6-BA 1.0～2.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L，pH5.8～6.0）和苗生根培養(yǎng)基（液體MS +NAA 4.0 mg/L，pH5.8～6.0）中進(jìn)行光照培養(yǎng)（光培養(yǎng)時(shí)光照10 h/d，光強(qiáng)1000～1500lx，暗培養(yǎng)遮光，培養(yǎng)溫度25～28 ℃）。

1.2.2 甘蔗生根苗水分脅迫處理

取長勢(shì)一致的甘蔗組培生根苗（在生根培養(yǎng)基培養(yǎng)30 d），在超凈工作臺(tái)上，將生根苗接入到含0（CK對(duì)照）、10 %、20 %和30 %的PEG-6000的MS液體培養(yǎng)基（每瓶30 mL）進(jìn)行干旱脅迫處理，3次重復(fù)，處理14 d取葉片測(cè)定，期間觀察各品種/品系的生長情況。

1.2.3 測(cè)試方法

脯氨酸含量（Pro）采用磺基水楊酸法，丙二醛含量（MDA）采用硫代巴比妥酸法，葉綠素含量采用分光光度法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度PEG-6000對(duì)甘蔗葉片葉綠素含量的影響

葉綠素是光合作用合成有機(jī)物的基礎(chǔ)，具有吸收、轉(zhuǎn)化、傳遞光能的作用，影響光合作用的速率和產(chǎn)物的合成，葉綠素含量對(duì)作物的產(chǎn)量有一定影響，干旱脅迫將導(dǎo)致植物葉綠體色素合成的減弱或破壞，分解加快。由圖1可以看出，各參試的甘蔗品種/品系經(jīng)水分脅迫處理后，葉綠素的含量均比對(duì)照低，并且隨著PEG-6000脅迫濃度的升高其葉綠素含量下降更多，表明水分脅迫嚴(yán)重的影響各甘蔗品種/品系的組培苗葉片葉綠素的生物合成，且不同甘蔗品種/品系間的葉綠素含量存在差異。PEG-6000的處理濃度在10 %時(shí)，4個(gè)甘蔗品種/品系（03-75、02-6、ROC22和ROC16）與各自的CK對(duì)照相比，分別下降了10.4、7.3、8.6和18.7個(gè)百分點(diǎn)；處理濃度為20 %時(shí)，4個(gè)甘蔗品種/品系下降更多，分別下降了17.4、14.4、10.2和27.7個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)處理濃度為30 %時(shí)，對(duì)組培苗觀察可以看出葉片有些淡綠，長勢(shì)偏差，特別是ROC16的葉片明顯萎蔫，4個(gè)甘蔗品種/品系的葉綠素含量分別下降了31.1、15.8、18.7和33.9個(gè)百分點(diǎn)。抗旱性強(qiáng)的02-6和ROC22的葉綠素下降的相對(duì)小一些，而抗旱性較差的ROC16下降最多。說明抗旱性強(qiáng)的甘蔗品種/品系的葉片抗蒸騰能力和輸水能力較強(qiáng)，這與何平[11]等人的研究結(jié)果基本一致。

2.2 不同濃度PEG-6000對(duì)甘蔗葉片丙二醛含量的影響

丙二醛（MDA ）是質(zhì)膜過氧化產(chǎn)物， 其含量高低反映植物受傷害的程度，可作為植物抗旱強(qiáng)弱的指標(biāo)。植物受到干旱脅迫后丙二醛含量大量累積，一般來說積累越多抗旱性越弱，丙二醛增幅與作物抗旱性有一定的關(guān)聯(lián)[11]。從圖2可以看出，不同濃度PEG-6000處理下，各甘蔗品種/品系的MDA含量與對(duì)照比均相應(yīng)的增加。同一甘蔗品種/品系在不同濃度處理下MDA的含量有差異，在相同的PEG-6000的濃度下，抗旱較強(qiáng)的甘蔗品種/品系比抗旱性差的甘蔗品種/品系其MDA的含量增幅相對(duì)小。4個(gè)甘蔗品種/品系在10 %的PEG-6000濃度下與CK（對(duì)照）相比，分別提高了26.7、15.4、20.0和30.8個(gè)百分點(diǎn)，在20 %的PEG-6000濃度下分別提高了53.3、30.8、40.0和76.9個(gè)百分點(diǎn)，在30 %的PEG-6000濃度下分別增幅了43.3、38.5、48.6和115.4個(gè)百分點(diǎn)。從圖2還可以看出，03-75品種在30 %PEG處理反而比20 %處理濃度時(shí)丙二醛含量還低，可能與該甘蔗品系細(xì)胞忍耐力有關(guān)，水分嚴(yán)重脅迫后細(xì)胞達(dá)到了超過其上限忍耐力導(dǎo)致下降。試驗(yàn)結(jié)果表明隨著水分脅迫的加劇引起膜脂過氧化加劇，抗旱性強(qiáng)的甘蔗品種/品系膜系統(tǒng)受害程度稍低，耐受力較高。

2.3 不同濃度PEG-6000對(duì)甘蔗葉片脯氨酸含量的影響

脯氨酸是細(xì)胞中一類滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，作物在受到自然干旱或脅迫干旱后脯氨酸含量增加，抗旱性越強(qiáng)的品種在同等條件下脯氨酸含量累積更多。對(duì)甘蔗組培苗進(jìn)行干旱脅迫后，從圖3中可以看出，在不同濃度的PEG-6000處理中，4個(gè)不同的甘蔗品種/品系的脯氨酸含量與對(duì)照（CK）相比，脯氨酸的含量均增加，抗旱性不同的甘蔗品種/品系之間有較大的差異。PEG-6000的濃度為10 %時(shí)，4個(gè)甘蔗品種/品系的脯氨酸含量分別比對(duì)照增加了11.5、14.9、12.1和11.5個(gè)百分點(diǎn)。處理濃度為20 %時(shí)分別增加了24.1、37.4、22.8和20.2個(gè)百分點(diǎn)，處理濃度為30 %時(shí)分別增加了36.4、87.9、76.1和18.3個(gè)百分點(diǎn)。從試驗(yàn)的結(jié)果看，甘蔗02-6品系的脯氨酸增幅最大，是比較抗旱的品系，ROC22也是比較抗旱的品種。在30 %PEG-6000脅迫處理下ROC16品種增幅反而比20 %PEG-6000脅迫處理的脯氨酸增幅低，可能是該甘蔗品種/品系超過其忍受極限從而出現(xiàn)下降，有待更進(jìn)一步深入研究。

3 討論

PEG6000是一種高分子量的非滲透調(diào)節(jié)劑，對(duì)水分表現(xiàn)出強(qiáng)烈的親和性。利用PEG作為干旱逆境耐性的選擇劑，可以增加溶液的水勢(shì)而造成逆境，對(duì)植物細(xì)胞無毒害。符明聯(lián)等人利用PEG-6000模擬干旱脅迫篩選獲得耐旱油菜材料[12]，王文國等人利用PEG脅迫下對(duì)金發(fā)草的愈傷組織進(jìn)行抗旱突變體篩選[13]，鄧珍等人利用PEG模擬干旱脅迫對(duì)11個(gè)馬鈴薯品種的組培苗進(jìn)行抗旱性篩選，并篩選獲得了2份抗旱性強(qiáng)的馬鈴薯品種[14]。但到目前尚未有通過PEG脅迫甘蔗組培苗這方面的研究，抗艷紅等人利用PEG在處理馬鈴薯脫毒試管苗進(jìn)行過研究，認(rèn)為PEG模擬干旱與室外旱池的抗旱有較好的一致關(guān)系[7]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明：不同的甘蔗品種/品系的抗旱性表現(xiàn)出較大的差異，從植株農(nóng)藝性狀上看其葉片的顏色偏淡、苗的長勢(shì)受到一定程度的抑制；從植物生理指標(biāo)來評(píng)價(jià)甘蔗抗旱性，主要涉及到葉綠素、丙二醛、脯氨酸、可溶性蛋白和抗氧化保護(hù)酶等，本試驗(yàn)的4個(gè)不同甘蔗品種/品系通過PEG干旱脅迫后在葉綠素含量、丙二醛含量和脯氨酸含量等存在差異，02-6、ROC22的葉綠素含量、丙二醛的含量下降的相對(duì)小而脯氨酸含量增幅明顯大，有研究表明脯氨酸積累越多越有利于植物抗旱、丙二醛積累越多受害越嚴(yán)重，葉綠素下降越少越有利于植物抗旱[11]。說明02-6在4個(gè)甘蔗品種/品系中抗旱性最強(qiáng)，其次是ROC22，而最差的是ROC22。本試驗(yàn)的抗旱結(jié)果與大田表現(xiàn)基本一致（另文發(fā)表），表明用PEG-6000模擬干旱脅迫與田間自然干旱脅迫的結(jié)果具有較好的一致性，這為今后早期在實(shí)驗(yàn)室篩選抗旱的甘蔗新品種/品系具有一定的理論依據(jù)和參考價(jià)值。

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