ABA和UV-B輻射對小麥葉片角質(zhì)層的影響

張彩艷

關(guān)鍵詞：ABA;UV-B輻射;葉片角質(zhì)層;蠟質(zhì)

1 小麥葉片角質(zhì)層概述

植物地上器官的表皮覆蓋的一層連續(xù)薄脂類物質(zhì)稱為角質(zhì)層。根據(jù)角質(zhì)層的位置、結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分可分為3層：最外層是由無定形的晶體或半晶體結(jié)構(gòu)形成的表層角質(zhì);其下方是中層角質(zhì)層，由細(xì)胞壁纖維素等材料構(gòu)成，是由細(xì)胞壁外表皮分泌的角質(zhì)沉積形成;中層角質(zhì)層的下方是內(nèi)層角質(zhì)層，含有細(xì)胞壁分泌物，主要是纖維素。表層角質(zhì)和中層角質(zhì)中含有蠟質(zhì)，主要由飽和的超長鏈脂肪酸組成，有減少水分流失的作用[1]。

角質(zhì)層的重要功能是減少植物表面的水分流失，在防止紫外線輻射傷害、抵抗病蟲害的侵入方面也起到重要作用，同時(shí)在植物適應(yīng)外界環(huán)境方面也起到重要作用。

在增強(qiáng)UV-B輻射對小麥葉片影響的研究中發(fā)現(xiàn)，溫室種植的小麥在0、8.82和12.60 kJ∕m²3種劑量的UV-B輻射下，其內(nèi)源脫落酸（Abscisic Acid，ABA）和游離脯氨酸含量的變化表明，UV-B輻射導(dǎo)致葉綠體膜脂肪酸配比改變和UFA降低、葉片MDA含量升高以及ABA和游離脯氨酸積累。分析表明，UV-B輻射對膜系統(tǒng)的損壞可能是內(nèi)源ABA和游離脯氨酸含量增加的原因之一，而后者也是植物抵抗UV-B脅迫所作出的適應(yīng)性反應(yīng)。

1.1 ABA對植物角質(zhì)層影響的研究成果

在有關(guān)ABA對玉米影響的研究中發(fā)現(xiàn)，適應(yīng)干旱環(huán)境的玉米品種的植物角質(zhì)層較生活在正常環(huán)境下厚且蒸騰率較低。結(jié)構(gòu)類似的葉片在氣孔關(guān)閉的情況下，蒸騰率已被證明與角質(zhì)層的厚度成反比，而且蠟質(zhì)的含量與失水率呈現(xiàn)相關(guān)性。ABA還可以加強(qiáng)玉米抗氧化防護(hù)系統(tǒng)，保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷，保障可溶性滲透劑（如脯氨酸）維持細(xì)胞內(nèi)的水分;同時(shí)，ABA參與葡萄的抗低溫脅迫;ABA還參與植物的抗鹽脅迫，通過誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，加強(qiáng)與鹽脅迫相關(guān)基因表達(dá)等一系列脅迫應(yīng)答反應(yīng)，ABA信號(hào)誘導(dǎo)植物向抗鹽代謝調(diào)節(jié)途徑轉(zhuǎn)化，最終增強(qiáng)植物對外界鹽環(huán)境的適應(yīng)性，緩解受鹽脅迫的危害程度。在干旱、ABA和鹽脅迫下，擬南芥角質(zhì)層顯著增加，每單位面積蠟質(zhì)增加32%～80%，蠟質(zhì)中烷烴增加29%～98%，干旱使角質(zhì)層增厚49%，ABA對角質(zhì)層也有一定影響[2]。

1.2 研究目的

本次實(shí)驗(yàn)主要研究ABA和UV-B輻射對小麥葉片透性、角質(zhì)層結(jié)構(gòu)、蠟質(zhì)等的影響以及它們之間的關(guān)聯(lián)性。

2 材料方法

2.1 小麥品種

選取的小麥品種是臨優(yōu)2018，是一種水地生不抗旱品種，由山西省農(nóng)科院小麥研究所提供。

2.1.1 材料培養(yǎng)

取完全相同的健康飽滿的種子，在室溫下浸泡24 h。待小麥種子萌動(dòng)長出胚芽后，移入培養(yǎng)缽，每缽均勻種植9棵。在每個(gè)培養(yǎng)缽中裝入相同質(zhì)量的培養(yǎng)基。培養(yǎng)基基質(zhì)用蛭石。營養(yǎng)土按質(zhì)量比1∶1混和。

2.1.2 培養(yǎng)條件

自然條件培養(yǎng)，光周期為12 h;空氣濕度為70%;溫度為白天25 ℃，夜間20 ℃[1] 。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)方法

（1）對照組。正常澆水培養(yǎng)，每隔兩天澆一次水，共培養(yǎng)18天。

（2）ABA處理。正常澆水培養(yǎng)小麥到第11天（第3片葉子完全長出時(shí)），用100 μmol/L的ABA均勻噴灑，每3天噴灑一次，共噴灑兩次。

（3）UVB處理。先在正常條件下培養(yǎng)小麥到第11天后（第3片葉子完全長出時(shí)），將小麥幼苗置于10.08 kJ/m²/d UVB照射下，每天照射8 h，光周期為光照8 h、黑暗16 h。共處理4天。

2.2 掃描電鏡觀察

2.2.1 試劑配制

福爾馬林-乙酸-乙醇（Formalin-Aceto-Alcohol，F(xiàn)AA）固定液的配方：福爾馬林（30%甲醛）5 mL，冰醋酸5 mL，70%酒精90 mL。

2.2.2 掃描電鏡觀察

將不同處理?xiàng)l件下的小麥葉片中部2～3 mm²的小塊在室溫下固定在FAA試劑中，放入一系列酒精（35%、50%、70%、80%、95%、100%）中脫水3次。然后，用醋酸異戊酯置換3次，每次20 min。到達(dá)臨界點(diǎn)（HITACHI HCP-2）再用離子濺射（EIKO IB-3），最后用掃描電鏡（HITACHIS-3400N）觀察。由某老師送至北京進(jìn)行掃描電鏡拍照觀察。

2.3 葉片失水率測定

將經(jīng)過處理的小麥和對照組的小麥植株置于黑暗中，分別取不同處理的對照組小麥同一葉位且葉面積大致相同的葉子（第二片葉子），剪下并立即浸入蒸餾水中60min，之后去掉多余水分，在完全黑暗的條件下，每30min用微量天平稱重一次，直到180 min，共稱重6次，各取3個(gè)重復(fù)。記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算出每組葉片的失水率。最后以時(shí)間為橫坐標(biāo)，失水率為縱坐標(biāo)作圖。

2.4 葉綠素外滲率測定

分別取經(jīng)過處理的、和對照組小麥同一葉位的葉片（第二片葉子），截成約3 cm的小段，用電子天平稱量，使每組葉子質(zhì)量相同。將實(shí)驗(yàn)材料浸于裝有15 mL 80%乙醇溶液的小瓶中，并將小瓶放到搖床上輕輕搖動(dòng)，保持搖床的溫度低于20 ℃，防止溫度過高導(dǎo)致葉綠素分解。每隔30 min分別取出100 μL液體，用745分光光度計(jì)分別測出其在645、663 nm波長下的葉綠素吸光度值，并根據(jù)下列公式計(jì)算出葉綠素外滲率。

每個(gè)時(shí)間點(diǎn)與24 h時(shí)測量的葉綠素質(zhì)量濃度的百分比即為葉綠素的外滲率。

2.5 單位面積葉片的蠟質(zhì)質(zhì)量測定

分別取每種條件處理下的小麥葉片和對照組的小麥葉片（每張平均10 cm，第3片葉子）6張，測出葉面積后，剪成2～3 cm的小段。將裝有15 mL三氯甲烷的錐形瓶放入水浴鍋中加熱至60 ℃，將葉片浸入三氯甲烷60 s，然后立即取出葉片，放入錐形瓶，并用封口膜封住錐形瓶口（防止蠟質(zhì)變性）放入冰箱。待其自然風(fēng)干。待三氯甲烷風(fēng)干至剩1 mL時(shí)，移入事先稱好的EP管中，待其完全風(fēng)干。稱量風(fēng)干后的EP管質(zhì)量。（風(fēng)干后EP管的質(zhì)量-空EP管的質(zhì)量）∕葉片的面積即單位面積葉片的蠟質(zhì)質(zhì)量。

葉片面積的測量方法：取一張A4紙，分別量出長和寬，精確計(jì)算出面積S（cm²），用電子天平稱取A4紙的質(zhì)量M（g），計(jì)算出A4紙單位面積的質(zhì)量p。將剪下的葉片標(biāo)號(hào)，在A4紙上描出葉片的圖形。將描出的葉片剪下并稱取質(zhì)量m。葉片面積的計(jì)算公式如下：

S=m∕p （4）

3 ABA、UV-B輻射對小麥表型的影響

ABA處理和UV-B輻射結(jié)束后，比較對照組和經(jīng)過ABA處理、UV-B輻射小麥表型的差異可以發(fā)現(xiàn)，對照組小麥長勢良好，植株直立，葉片健康長勢均勻，顏色碧綠，發(fā)黃葉片較少;而經(jīng)過ABA處理、UV-B輻射后的小麥葉片出現(xiàn)不同程度的倒伏，葉片長勢雜亂，有較多葉片出現(xiàn)葉尖發(fā)黃現(xiàn)象，同一處理下第3片葉子葉尖發(fā)黃的比例明顯多于第一和第二片葉子。統(tǒng)計(jì)各條件下小麥葉尖發(fā)黃的數(shù)量占總?cè)~片數(shù)的比例，衡量小麥?zhǔn)軗p程度（見表1）。

由表1可知，在對照組中，小麥葉尖發(fā)黃的葉片所占比例最小，而UV-B輻射下小麥葉尖發(fā)黃葉片所占比例大于ABA處理?xiàng)l件下的發(fā)黃率，且兩者都大于對照組。

4 討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)ABA處理和UV-B輻射后，小麥表型變化明顯，植株出現(xiàn)倒伏，實(shí)驗(yàn)組葉尖發(fā)黃的葉片數(shù)所占比例明顯高于對照組，說明ABA和UV-B輻射對小麥造成了一定影響。其中，UV-B輻射對小麥的損害尤其嚴(yán)重。

角質(zhì)層是由角質(zhì)和透水性差的蠟質(zhì)組成，所以推測在這一過程中起主導(dǎo)作用的是角質(zhì)層中的蠟質(zhì)。對單位面積蠟質(zhì)質(zhì)量測定的實(shí)驗(yàn)表明，具有較低失水率和葉綠素外滲率的實(shí)驗(yàn)組單位面積蠟質(zhì)質(zhì)量高于對照組。根據(jù)擬南芥角質(zhì)層的研究發(fā)現(xiàn)，蠟質(zhì)沉積增多以及蠟質(zhì)晶體分布變化會(huì)使葉片水分散失和葉綠素外滲速率減慢，表明蠟質(zhì)含量的增多在降低小麥葉片葉綠素外滲率的過程中起主導(dǎo)作用。

綜上所述，ABA和UV-B輻射可增加葉片角質(zhì)層厚度、表皮毛豎立和單位面積蠟質(zhì)質(zhì)量，進(jìn)而降低葉片失水率和葉綠素外滲率，而單位面積蠟質(zhì)質(zhì)量在這一過程中起主導(dǎo)作用。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，UV-B輻射后的小麥葉片角質(zhì)層厚度和單位面積蠟質(zhì)質(zhì)量都高于ABA處理后的小麥，而UV-B輻射后的小麥具有較低的失水率和葉綠素外滲率，進(jìn)一步證明了上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果[2]。

本次實(shí)驗(yàn)表明，ABA和UV-B輻射可以促進(jìn)小麥葉片角質(zhì)層增厚和表皮毛的合成，是前人尚未研究過的，但對這一促進(jìn)作用的分子生物學(xué)機(jī)制尚不清楚，有待作進(jìn)一步的研究。