1、河南科技大学毕业生论文I小麦花后抗氧化酶活性对水分胁迫响应的基因型差异摘 要为了研究不同抗旱性小麦茎秆衰老特性及其对水分调控效应。在旱棚防雨控水条件下，设置仅灌底墒水(W1)、灌底墒水+拔节水(W2 )和灌底墒水+拔节水+开花水+灌浆水(W3)3 个水分处理，研究了不同水分对晋麦 47、洛旱 7 号和偃展 4110 灌浆期茎鞘SOD、POD、CAT 活性和 MDA、可溶性蛋白含量和籽粒产量的影响。结果表明，不同抗旱性品种茎鞘衰老特性总体呈相同变化趋势，但在不同品种间表现不同，且对水分的响应表现不同，总体以抗旱性强的品种茎鞘 SOD、POD 和 CAT 活性和可溶性蛋白含量较高，MDA 含量较低
2、。3 品种产量在水分限制条件下均显著降低，其中晋麦 47降低幅度最小，偃展 4110 降低幅度最大。分析其原因，晋麦 47 主要是穗粒数减少造成的，洛旱 7 号和偃展 4110 主要是减少成穗数造成的。关键词：小麦，水分胁迫，抗氧化酶，丙二醛，基因型小麦花后抗氧化酶活性对水分胁迫响应的基因型差异IIGENOTYPE DIFFERENCES OF ANTIOXIDANT ENZYME ACTIVITIES IN RESPONSE TO WATER STRESS AFTER FLOWERING OF WINTER WHEAT ABSTRACTIn order to study the aging
3、characteristics of different drought resistance of wheat stalk and its regulatory effect on the water. Under drought conditions of rain water control, three water set only pre-sowing water, pre-sowing water+jointing water and pre-sowing water+jointing water+flowering water+filling water. The effects
4、 of different water for 47 Jinmai, Luohan 7 and Yanzhan4110 filling of stem and sheath SOD,POD, CAT activity and MDA, soluble protein content and grain yield. The results showed that the aging characteristics of different stem and sheath drought resistance varieties showed the same general trend, bu
5、t different manifestations in different varieties and different responses to water performance. Overall drought resistant varieties to stem sheath SOD, POD and CAT activity and soluble protein content is higher, lower MDA content.Three species were significantly lower yield under water limiting cond
6、itions, which reduces the smallest Jinmai 47, Yanzhan4110 largest reduction. Analysis of its causes, Jinmai 47 mainly caused by the decrease in the number of grains per spike, Luohan 7 and Yanzhan4110 decrease is mainly due to a spike.KEY WORDS: Wheat(Triticum aestivum )，Water stress，Antioxidant enz
7、ymes ，MDA ，Genotype河南科技大学毕业生论文III目 录摘 要 .IABSTRACT.II目 录 .III符号说明 .V第一章 文献综述 .11.2 植物的抗旱性 .11.3 干旱胁迫对植物的伤害 .21.3.1 活性氧的产生 .31.3.2 活性氧对植物的伤害 .41.3.3 活性氧的清除 .41.3.4 干旱胁迫对抗氧化酶及其同工酶的影响 .51.3.5 干旱胁迫对抗氧化酶基因表达的影响 .61.4 植物的抗氧化系统 .61.4.1 超氧化物歧化酶 .61.4.2 过氧化物酶 .71.4.3 过氧化氢酶 .81.5 小麦抗旱性与抗氧化系统间的关系 .81.6 本项研究的目的
8、意义 .9第二章 试验部分 .112.1 试验材料 .11小麦花后抗氧化酶活性对水分胁迫响应的基因型差异IV2.2 试验设计 .112.3 材料与方法 .112.3.1 取样方法 .112.3.2 可溶性蛋白含量的测定 .112.3.3 过氧化物酶(POD)活性的测定 .112.3.4 过氧化氢酶(CAT)活性的测定 .112.3.5 超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定 .112.3.6 丙二醛（MDA）含量的测定 .112.4 结果与分析 .122.4.1 水分胁迫对小麦茎鞘 POD 活性的影响 .122.4.2 水分胁迫对小麦茎鞘 CAT 活性的影响 .132.4.3 水分胁迫对小麦茎鞘
9、SOD 活性的影响 .142.4.4 水分胁迫对小麦茎鞘 MDA 含量的影响 .152.4.5 水分胁迫对小麦茎鞘可溶性蛋白含量的影响 .162.4.6 水分对不同小麦品种产量及产量构成因素的影响 .172.5 讨论与结论 .18参考文献 .19致 谢 .22英文翻译 .23河南科技大学毕业生论文V符号说明缩略词 中 文SOD 超氧化物歧化酶CAT 过氧化氢酶POD 过氧化物酶MDA 丙二醛ROS 活性氧NBT 氯化硝基四氮唑蓝FW 鲜重河南科技大学毕业生论文1第一章 文献综述1.1 小麦的重要性小麦作为世界性的重要粮食作物，在我国，小麦也是仅次于水稻的第二大粮食作物，在国民经济中占有举足轻重
10、的地位。小麦常年种植面积在 3000 万公顷左右，年总产量在 1100 亿公斤左右，占我国粮食播种面积的 25%以上，占粮食总产量的 22%以上1。小麦产量和品质对保证我国粮食安全和全面建设小康社会具有重要意义。小麦在作物种植制度中占有重要地位，可以和多种作物实行轮、间、混、套作，所以，提高了复种指数，增加了粮食作物的年总产量。并且其适应性广，增产潜力大，由于小麦对温、光、水、土的要求范围较宽，因此,小麦是世界上分布最广的作物之一，除了南极洲外，其他各大洲均有种植。小麦的类型和品种较多，具有巨大的增产潜力。小麦在其生育期间，所受的自然灾害相对较少，有利于稳产。在耕作、播种、中耕除草、浇水施肥、
11、收割、脱粒、贮藏、运输和加工等作业中，易于实行机械操作，大大提高劳动生产率 2。小麦籽粒中富含人类所必需的多种营养物质。籽粒中碳水化合物含量60% 80%，蛋白质含量 8%15% ，脂肪 1.52.0 ，矿物质 1.52.0。此外，籽粒还含有多种维生素 3。小麦籽粒蛋白质含有人类所必需的各种氨基酸，富含面筋，所以，面粉发酵后可以制作松软、多孔、易于消化和吸收利用的馒头或面包以及其他各种产品。制粉留下的麦麸是优质的牲畜家禽精饲料。小麦秸秆既可作为家畜饲料、建房物资，也可作为褥草，编织、造纸原料，还可做燃料或沤制有机肥料。同时小麦籽粒含水量较低( 通常为 14%以下)，易于运输和贮藏，是主要的商品
12、粮之一，在国际国内的粮食贸易中占很大的份额。1.2 植物的抗旱性干旱、盐碱和低温(冷害) 是强烈限制作物产量的三大因素，干旱胁迫是一种最普遍的影响植物生产力的环境胁迫 4。水资源正成为许多国家制约农业发展的重要因素。据统计，世界干旱、半干旱地区占地球陆地面积的三分之一。在我国，干旱、半干旱地区约占国土面积的二分之一，即使在非干旱地区其主要农业区也经常出现不均匀降水，受到季节性干旱的侵袭。因此，干旱是一种普遍影响作物生产力的环境胁迫。在所有用水量上农业上的用水占总用水量的 4/5，干旱胁迫是困扰农业生产的最大因素之一，而占农业用水一半以上的水稻生产更是最受危机的，因干旱而导致的水稻减产每年都会上
13、演 5。干旱可分为大气干旱和土壤干旱，长期大气干旱导致土壤干旱。植物在漫长的进化演变过程中，优胜劣汰，逐步发展形成了适应干旱逆境环境的各种有效生理机制。小麦花后抗氧化酶活性对水分胁迫响应的基因型差异2不同植物适应环境变化的方式和机制不同，可以把它们归纳为生化适应、生理适应、形态适应以及生态性适应等，因为不同的适应机制决定了它们抵御和忍耐胁迫的程度也足各不相同的 6。环境非生物因子严重制约着植物的生长和发育。对于陆生植物来说制约它们生长和发育的因素不仅来自于干旱和高盐，低温同样制约着它们的生长发育。旱害是指土壤水分缺乏或大气相对湿度过低对植物的危害。植物抵抗旱害的能力称为抗旱性。植物的抗旱性是植
14、物本身的一种能力，不同植物均存在差异，它是植物在水分困乏的情况下保持生长、发育的能力，以及干旱胁迫解除后恢复机体正常机制的能力。整体植物对干旱的适应机制，可以分为三类，包括避旱(drought escape)、御旱(drought avoidance)、耐旱 (drought tolerance)。单从植物的抗旱性来说，植物的抗旱能力并不是只包括避旱还有其他的方而，这种能力是御旱和耐旱的统一，是通过多种机制综合作用的结果。陆生植物通常情况下都具有御甲和耐旱这两种特性，但根据不同植物的生理机制不同这两种特性也不尽相同，表现出或强或弱的能力。在水分短缺条件下，营养体小，开花提早株小籽少；雨水充裕，
15、营养生长良好，种子数量明显增加。在长期激烈的生存与环境竞争的过程中，植物体各种器官的形态结构和生理功能地更趋于完善。干旱是这样影响植物的，环境的干旱导致土壤干旱，土壤干旱首先影响到了植物根系的生理活动以及各种代谢，从而影响了整个植株的生长、发育、繁殖。Hsiao 等经过研究表明，植物根系生物量的变化直接决定着整个植物存生物量中所占比重的变化，这是鉴定植物抗旱性能力强弱的重要指标之一。从而可以将这些指标作为筛选培育抗旱优良品种的指标之一。综上所述，当植物遭遇干旱胁迫时，其抗旱机制首先通过锁住机体原有的水分的同时最大程度的减少水分的流失，以此来维持体内水分平衡，从而保持住植物体内细胞的膨压不受影响
16、，从而维持植物在一定的干旱胁迫程度下仍然保持正常的生长、发育。多基因控制的复合性状控制着植物对干旱胁迫的应答，并且不同的植物它们的抗旱机制也是不同的，这就是目前研究植物抗旱性所面临的最大困难之一，但是，随着科技的不断发展，技术的不断更新，对于植物的抗旱性的研究不断深入，植物对干旱胁迫适应的机理将会越来越清楚。1.3 干旱胁迫对植物的伤害干旱胁迫是植物生长过程中最易遭受到的生态胁迫因子，它会使植物因缺水而受伤害，严重时导致植物死亡。它对植物的伤害主要表现产生活性氧等很多方面。在一定的干旱胁迫范围内，植物会通过一些生理生化反应来适应干旱胁迫以保护机制不受伤害，在适度的干旱胁迫下，会导致植物体内有关
17、抗氧化酶的活性升高，从而提高了细胞膜系统的抗氧化能力，这样便可以消除过氧化氢(H 2O2)和超氧阴离子自由基(O 2-)等活性氧对植物体内细胞膜系统的伤害，从而使植物抵抗干旱胁迫的能力得到提高。河南科技大学毕业生论文3超过了植物自身调节的干旱胁迫，不仅植物会在从表观上受到伤害，如植物的根、茎、叶都会受到不同程度的伤害，同时植物生长、发育、繁殖也会有不同程度的抑制。干旱胁迫会引起细胞气孔的关闭，从而导致光合速率的下降。植物遭受干旱胁迫时，会导致植物叶片相对含水量降低，气孔关闭导致呼吸压力增大，使其净光合速率、气孔导度和蒸腾速率等随着干旱胁迫的程度的增强而逐渐下降，从而使光合作用受到抑制。对干旱胁
18、迫十分敏感的光合作用，是地球上一切生命存在、繁荣和发展的基础。当植物受到干旱胁迫时，首先受到影响的便是气孔，气孔会有一定程度的关闭这样便降低了气孔的导度，气孔导度下降则从而 CO2 进入植物叶片细胞的量也会减少，这是导致光合作用下降的最根本因素。不同程度的干旱胁迫，对光合作用的抑制也有所不同。轻度干旱时，导致光合速率下降主要是因为气孔导度受到了限制，叶肉细胞间隙 CO2 和胞间 CO2 浓度较低；当植物受到严重的干旱胁迫时，植物体内的代谢发生紊乱，从而导致光合速率下降。干旱胁迫能够使小麦叶片中的PSII 质子醌库容量变小、PSII 原初光能转换效率、PSII 潜在活性受到抑制，干旱胁迫直接影响
19、了光合作用的电子传递和 CO2 同化过程。植物遭遇干旱胁迫时，植物的渗透势是通过渗透调节的降低而降低的，为了使细胞的生长、发育、繁殖等生理过程保持正常不受伤害，必须维持细胞的膨压不受影响。脯氨酸(Pro) 是水溶性最大的氨基酸，在发生干旱、盐渍时，许多植物都积累了高水平Pro，在胁迫适应中起着作用。甜菜碱是存在植物体内一种重要的渗透调节剂，较低浓度的外部的甜菜碱也会对渗透调节又很好的保护作用。当植物遭遇胁迫时在其体内会有甜菜碱的积累，从而应对环境对植物体的伤害，脯氨酸也有同样的机制，而甜菜碱与脯氨酸不同点在胁迫解除以后其叶片和根内的含量下降的趋势不同，由此可以证明甜菜碱的积累可能是永久或半永久
20、性的。甜菜碱的积累水平与植物抗胁迫能力呈现等效的趋势。甜菜碱一方面能够作为渗透调节剂维持细胞膨压，另一方面还能稳定酶和细胞膜结构，清除自由基。1.3.1 活性氧的产生活性氧(ROS)指某些代谢产物及其衍生物，是分子氧部分还原后的一系列比分子氧具有更活泼化学反应性质的氧，这类物质主要有单线态氧(O 2)、羟自由基(OH -)、超氧阴离子(O 2-)和过氧化氢(H 2O2)等等。活性氧能够通过很多途径而产生在高等植物的代谢过程。叶绿体、线粒体和质膜上的电子传递至分子氧过程中会产生有害的活性氧。另外，在叶绿体中的某些位点也会产生活性氧。当植物遭遇环境中的干旱胁迫时，最先受到伤害的就是生物膜，当干旱胁
21、迫逐渐增强时，细胞膜会发生膜脂过氧化等一定程度的破坏，从而增加了细胞膜的通透性。为了保护植物体内的细胞免遭伤害，在胁迫后，其体内会启动抗氧化酶系统和非酶促保护系统进行保护。小麦花后抗氧化酶活性对水分胁迫响应的基因型差异41.3.2 活性氧对植物的伤害当植物长期受到干旱胁迫时，超过了植物自身清除活性氧的能力时，就会对植物本身造成伤害，活性氧的积累通过干旱胁迫而引起，其中蛋白质、核酸等分子被破坏，植物的生物膜受到损伤同时光合作用也会受阻等，这一系列的伤害就会导致使细胞的功能失常，从而导致机体出现各种自由基的伤害。活性氧通过伤害蛋白质的氨基酸残基从而达到对植物的伤害，尤其是Cys、Phe、Trp、M
22、et 和 Tyr，然后形成羟基衍生物以对植物造成伤害。活性氧能够使蛋白质断裂以及二硫键生成，另外超氧化物导致酶类失活尤其是含金属的酶类，例如作用于羟自由基，会导致磷脂过氧化，同时导致膜脂不饱和度降低，使膜蛋白聚合和交联从何人导致膜流动性降低。羟基自由基具有氧化修饰氨基酸的功能，这样会改变蛋白质的一级结构，由此会影响到蛋白质二级和三级结构，最终造成了蛋白质的伤害。已报道证明一种多蛋白酶复合体能够降解活性氧所破坏的蛋白质并且这种作用是有选择性的。乙烯是通过超氧阴离子的促进而形成的。活性氧通过 DNA 链的断裂、损伤而对 DNA 造成损伤，同时另一种途径使 DNA 损伤和突变是通过对核酸的攻击而形成
23、的，以此来阻断 DNA 转录及复制；活性氧会引发脂质过氧化及产生脂质氧化物自由基(LO)、脂质过氧化自由基 (LOO)以及其他一些自由基等，这是活性氧对生物体的另一个很严重的伤害就是对植物生物膜的伤害，对生物膜造成伤害的这些自由基也能够启动脂质过氧化。氧在生物的氧化系统中是一个重要的电子受体，形成不同的氧产物主要是由得到不同电子不同而决定的，如OH 等。NAD(P)H 氧化酶在植物体内的能够通过催化 NAD(P)H 转移电子，从而产生 O2，这个反应依赖 Mn 而完成。另外在还有另一种途径产生 O2-，就是通过一些氧化酶、蛋白质和低分了化合物白动氧化而形成，例如醛氧化酶和二氢乳清酸脱氢酶都能产
24、生 O2-。含氮氧化合物、高浓度氧、臭氧等不利外界因素也会导致活性氧的产生。植物应对恶劣环境变化的特有的机制即活性氧的形成。干旱对植物最本质的伤害即为活性氧的积累从而导致膜透性增加和质膜损伤。所以研究植物抗氧化酶的活性及其特性对研究植物的抗旱性及其抗旱能力是必不可少的。1.3.3 活性氧的清除植物细胞内活性氧自由基清除的方式是多样的。如通过调节气孔开度、调节细胞渗透压以及启动抗氧化防御系统等来使植物免受干旱的伤害，要使植物免受逆境胁迫的伤害其抗氧化防御系统在这有着重要的作用。植物清除活性氧的清除系统包括非酶促清除系统与酶促清除系统。在正常生理情况下，活性氧的产生与清除是平衡的，因此活性氧是不会在植物体内积累而造成氧化伤害。因此，及时清除机体内的活性氧成分是维持植物正常代谢的重要一环。植物在遭遇外界胁迫时，其体内的各种平衡会遭到破坏，会导致清除活性氧的系统的水平下降，同时活性氧自由基产生增多并且逐渐
