草 业 科 学 第 卷 期 子经 "0%+ 消毒后 在培养皿中发芽 挑取生长状态一致的健康小苗种植于温室大棚中 种植土壤质地为壤土 定期浇水 自然光照 温度为 相对湿度为 待苜蓿植株生长两个月后 取不同苜蓿品种叶进行各项指标的测定 & 试验方法 && 不同苜蓿品种叶表面蜡质扫描电镜分析和含量测定 自

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1 草 业 科 学!"! 个苜蓿品种叶片表面蜡质覆盖与抗旱性的关系 卷 期 #$%&"$& 周玲艳 刘胜洪 秦华明 黎佩凤 杨凤婷 赵钢 & 仲恺农业工程学院生命科学学院 广东广州 & 暨南大学理工学院 广东广州 摘要 以 个苜蓿 品种苜蓿王 阿尔冈金 大富豪 ' 和 ' 为材料 通过扫描电镜观察叶片表面蜡质覆盖情况 以热氯仿法抽提和测定叶片表面蜡质含量 并测定叶片叶绿素浸提率和脯氨酸含量 同时以质量分数为 的! 进行模拟干旱处理 分析叶片表面蜡质覆盖量与苜蓿抗旱性之间的关系 结果表明 苜蓿王的叶片表面蜡质分布较密集 含量较高 而 ' 叶片表面蜡质分布较稀疏 含量较少 苜蓿王的叶片叶绿素浸提速率相对较慢 ' 的叶片叶绿素浸提速率相对较快 苜蓿王的脯氨酸含量较高 而 ' 的脯氨酸含量较低 模拟干旱处理发现苜蓿王对干旱敏感性最低 综合考虑 苜蓿品种叶片表面蜡质覆盖量与其抗旱能力呈正相关 关键词 苜蓿 叶片表面蜡质 抗旱性中图分类号 && 文献标识码 文章编号 苜蓿 是世界上最主要的栽培面积最广的优良豆科牧草之一 以 牧草之王 著称 在草田轮作 植被恢复和家畜养殖等方面发挥着 重要作用 但苜蓿生育期需水较多 每形成 ( 干物质需水 ( 田间需水量达 ) *) 而我国苜蓿主栽区干旱缺水 严重制约着苜蓿的大面积推广 因此 对苜蓿的抗旱性研究显得尤为重要 在过去几十年里 对苜蓿的抗旱性研究取得了很多成果 研究内容从抗旱性的鉴定方面逐步转移到提高苜蓿自身抗旱性的研究上来 目前 苜蓿抗旱性育种方面的研究已经成为该领域的主要研究方向 植物表皮蜡质是覆盖于植物表皮角质层上的一层可见的蜡状隆起 在通过调控植物表皮渗透性 限制非气孔性水分丧失以抵御水分胁迫方面发挥着重 要作用 张志飞等发现高羊茅 叶片表皮蜡质可通过对气孔导度的调节来减少气孔蒸腾 提高水分利用效率 最终提高其抗旱性 张正斌和山仑研究表明 蜡质含量与蒸腾速率呈 显著正相关 #$(( 等在对番茄!" "# 蜡质研究中发现 内表皮蜡质起着蒸腾屏障 的作用 在拟南芥 $!%&" 水稻 '! 以及细茎冰草 #!& # 中也均发现蜡质含量与植物抗干旱能力呈正 相关 也有研究者认为 角质层蜡质组成以及蜡 质结构是决定植物抗旱性的关键 +%,-.,/0 等认为 植物表皮水分渗透性与蜡质成分的极性有关 低极性物质能更有效的防止水分散失 但有关蜡质晶体结构与叶水分散失过程之间的关系还有待进一步研究 紫花苜蓿在逆境胁迫下可通过叶表皮蜡质含 量 成分或结构的改变而提高抗逆性 转基因 苜蓿蜡质含量与抗干旱能力同样呈正相关 而不同品种之间蜡质含量差异与抗旱性之间的关系尚未见报道 本研究以 个苜蓿品种为材料 分析苜蓿叶表面蜡质覆盖量以及抗性生理指标 旨在探讨不同苜蓿品种叶片蜡质覆盖量与抗旱性的关系 为选育抗旱苜蓿品种提供理论基础 材料与方法 & 试验材料 阿尔冈金 大富豪 ' 苜蓿王和 ' 共 个苜蓿品种 材料种植地为广州市仲恺农业工程学院钟村实验场温室大棚 苜蓿种 收稿日期 接受日期 基金项目 广东省自然基金 广东省科技计划 作者简介 周玲艳 女 湖南衡阳人 副教授 博士 主要从事植物生物技术研究!)0,%%,1(01*&$) 通信作者 赵钢 男 河北阳原人 教授 博士 主要从事草地管理与草地生态教学与研究工作!)0,%*0$(01(1)(,10&$)

2 草 业 科 学 第 卷 期 子经 "0%+ 消毒后 在培养皿中发芽 挑取生长状态一致的健康小苗种植于温室大棚中 种植土壤质地为壤土 定期浇水 自然光照 温度为 相对湿度为 待苜蓿植株生长两个月后 取不同苜蓿品种叶进行各项指标的测定 & 试验方法 && 不同苜蓿品种叶表面蜡质扫描电镜分析和含量测定 自植株上部采集第 片展开叶片 从叶中间沿叶脉切割 分正反两面 距中间叶脉 &) 处剪取样品进行扫描电镜观察 叶片表面蜡质扫描电 镜分析的材料处理和制作参照周玲艳等的方法 每个苜蓿品种分别取 枚叶片进行正反面表面蜡质 扫描电镜观察 叶片蜡质提取参照周小云等的方法 采用称重法计算叶面积 每个苜蓿品种重复测定 次 取其平均值 && 不同苜蓿品种叶片叶绿素浸提率的测定 取 &( 苜蓿叶片并剪碎至约 ) 长 浸泡在 ) 的乙醇中 黑暗条件下轻轻摇晃 分别于 和 ),1 取 ) 浸提液用于测定其在 和 波长下的吸收值 每次测定后的浸提液倒回相应的瓶中 每个品种各做 个重复 叶绿素浸提量 ))$%( & & 叶绿素浸提率 不同浸体时间的叶绿素浸提量 ),1 时的叶绿素浸提量 2 式中 不同浸体时间分别为 ),1 && 脯氨酸含量测定 脯氨酸含量采用酸性水合 茚酸酮法测定 &&! 模拟干旱处理 取不同苜蓿品种枝条插于质量分数为 的! 溶液中 恒温 光照强度为 )$%) 光照时间为 *3 观察不同苜蓿品种生长状态 并于处理 * 时进行拍照 重复 次 & 数据统计 试验数据采用 & 及!4.% 进行分析处理 显著水平为 & 561)01 法 结果 & 不同苜蓿品种叶片表面蜡质晶体的扫描电镜观察 为了考察不同苜蓿品种叶表面蜡质分布情况 本试验采用扫描电镜观察苜蓿叶片 结果表明 苜蓿王和阿尔冈金叶片蜡质片状结构大而密 集 大富豪蜡质片状结构也大 但较稀疏 ' 和 ' 叶片蜡质片状结构小而稀疏 图 & 不同苜蓿品种叶蜡质含量测定 个苜蓿品种中 苜蓿王的叶表面蜡质含量最高 为 & )() 大富豪 阿尔冈金和 ' 叶表面蜡质含量相差不大 约为 &)() 而 ' 的叶表面蜡质含量最低 只有 & )() 苜蓿王与 ' 叶表面蜡质含量相差显著 & 表 & 不同苜蓿品种叶片的叶绿素浸提率测定 随浸提时间的增加 各苜蓿品种的叶绿素浸提率增加 图 在浸提初期 苜蓿王叶绿素浸提速率较快 但到 ),1 以后 其叶绿素浸提速率相对其他品种明显减慢 在 个苜蓿品种中 ' 的叶绿素浸提率在不同时间段一直最大 且在 ),1 以内 大富豪与 ' 叶片的叶绿素浸提速率差异显著 & & 不同苜蓿品种叶片的脯氨酸含量测定 脯氨酸是一种重要的渗透调节物质 在植物抗旱性方面有着积极作用 不同苜蓿品种间的脯氨酸含量差异显著 & 苜蓿王的脯氨酸含量最高 为 & (( 其次是大富豪 为 &(( 再次为阿尔金刚和 ' 分别为 & 和 &(( 而 ' 的脯氨酸含量最低 只有 &(( 表 & 不同苜蓿品种的! 模拟干旱处理 对不同苜蓿品种的蜡质覆盖量和生理特性的分析表明 不同苜蓿品种之间存在着差异 而表面蜡质在防止水分散失中起着非常重要的作用 可能与苜蓿植株的抗旱性有关 本研究取不同苜蓿品种枝条扦插于质量分数为 的! 溶液中进行模拟干旱处理 结果表明 苜蓿王萎蔫程度最低 图 说明苜蓿品种抗旱能力增强可能与植株叶片蜡质覆盖量增加有关 讨论与结论 植物表皮蜡质层是植物自我防护的第一道屏障 对调控表皮渗透性 减少非气孔性水分丧失等起 着重要作用 '.1( 等发现拟南芥 双缺失突变体的叶绿素浸提率是野生型的 倍 失水率也比野生型高 对干旱更为敏感.$ 等研究发现 拟南芥 ()* 转录因子突变体叶表面蜡质含量与叶绿素浸提率和角质蒸腾呈正 相关.,3. 等的研究表明 番茄 突变体果实

3 !"!#$%&"$& 表面失水率比对照快 倍 #$(( 等在对番茄蜡质研究中发现 蜡质组成 特别是内表皮蜡质起着 蒸腾屏障的作用 郭彦军等在对苜蓿进行水分 胁迫处理试验中发现 强抗旱植株叶面蜡质含量明显高于弱抗旱植株 说明叶表皮蜡质可能参与了控制水分散失的过程 本试验扫描电镜结果显示 图 不同苜蓿品种叶表面蜡质晶体结构扫描电镜观察!"#$$"" "%% && #%%'$"" &&&&" 注 75 和! 分别为苜蓿王 阿尔冈金 大富豪 ' 和 ' 和 分别为叶正面和叶反面 "$ !0/.%90:,1(%($1;6,1,%,$10,/.'013'/..8,-.%0130/.0304,0%013004, 0%,3.$9%.0-./..8,-.%&

4 表 不同苜蓿品种叶表面蜡质含量和脯氨酸含量测定 " &&#%%' # &&&&" 品种 %90%90-0/,.8 蜡质含量 '04/80% $18.18)() 草 业 科 学 第 卷 期 脯氨酸含量 /$%,1.$18.18 (( 苜蓿王 %90:,1( &&0 &&0 大富豪,%,$10,/. &&0 && 阿尔冈金 %($1;6,1 &&0 && ' &&0 &&3 ' && &&. 注 同一列数字后不同字母表示在 & 水平上差异显著 法 "$8.5,9./.18%$./0.%.8./,8*,18*.0).$%6)1 ).01,(1,9,0183,9./.1.08&%.-.%56101).8*$3& 苜蓿叶表皮存在致密蜡质层 蜡质晶体结构呈片状或梅花状 扫描电镜和蜡质含量测定结果表明 不同品种苜蓿叶表面蜡质含量不同 其中 苜蓿王的叶表面蜡质分布较密集 蜡质含量较高 而 ' 叶表面蜡质分布较稀疏 蜡质含量较少 叶绿素浸提速率试验表明 苜蓿王叶片在浸提后期叶绿素浸提速率相对其他品种明显较慢 而 ' 的叶绿素浸提率在不同时间段一直最大 说明不同苜蓿品种叶片表面蜡质覆盖与表皮渗透性呈正相关 可能参与调控水分的非气孔性丧失 张志飞等认为 表皮蜡质含量可以作为高羊茅品种抗旱性鉴定的一个新指标 表皮蜡质含量对抗旱性的积极作用在其他多种植物的研究中已得到 验证 如 7$6/3.14 等在过表达拟南芥蜡质合成相 图 不同苜蓿品种的叶绿素浸提率分析 (#$"$" &!%"&!&&&" 注 同处理不同字母表示在 & 水平上差异显著 561)01 法 "$8.5,9./.18%$./0.%.8./,8*,18*.0).8/.08).18).01,(1,9,0183,9./.1.08&%.-.%561)01).8*$3& 图 不同苜蓿品种的 )*+ 模拟干旱处理 "!%%! &&&&" 注 0 阿尔冈金 大富豪 '3 苜蓿王.' "$8.0%($1;6,1,%,$10,/.'3%90:,1(.'&

5 !"!#$%&"$& 关基因 +, 研究中发现 转 +-./0+, 拟南芥植株角质层通透性比野生型和突变体的低 对 干旱胁迫有更强的耐受力 %0) 等通过对蜡质合成相关基因 '1 的过表达发现 蜡质的积累 可增强水稻对干旱的抗性 *01( 等将豆科植物的一个转录因子 基因转入苜蓿中 转基因植株叶单位面积的蜡质含量增加 抗旱性提高 而 及 转化拟南芥同样提高了其蜡质含 量和抗水分胁迫的能力 本研究通过质量分数为 的! 溶液进行模拟干旱胁迫 结果表明 蜡质含量最高的苜蓿王对干旱的敏感性最弱 说明苜蓿可能通过蜡质层的增厚而减少蒸腾来限制水分散失 增强植株抗旱能力 植物体内脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性 抗旱性强的品种往往积累较多的脯氨 酸 逆境条件下 植物体内脯氨酸含量显著增 加 脯氨酸积累量与抗旱性呈正相关 本研究对 个苜蓿品种叶片脯氨酸含量测定表明 苜蓿王叶片脯氨酸含量最高 而 ' 叶片脯氨酸含量最低 说明苜蓿也可能通过渗透调节来限制水分散失 本试验通过对苜蓿叶片表面蜡质覆盖观察和蜡质含量的测定以及抗旱生理和抗旱性分析 结果表明 苜蓿品种叶片表面蜡质覆盖与抗旱性存在一定的正相关性 可为抵抗各种生物和非生物胁迫的角质层蜡质基因在苜蓿品种的抗性改良和选育提供新途径和参考指标 参考文献 张桂国 杨在宾 董树亭 & 苜蓿 玉米间作系统饲料生产潜力的评定 <& 草业学报 &,.3././*/.,./&/$8.8,1(0(0,1808./%$ 10%,$98*.0//,.//$./8,.$9%01868,%.<& <$6/10%$9!4./,).180%7$801&,../*$/3./././&/01(.1,$! %%018.4/.,1(0961(0%68,10.*$0% 8./08,$1,18*.8/686/.013/$./8,.$98*.68,%. 013$8(.1,80%$/(0196,$1<&*.%018.% & 张正斌 山仑 & 小麦抗旱生理指标与叶片卷曲度和蜡质关系研究 <& 作物学报 & 张志飞 饶力群 向佐湘 等 & 高羊茅叶片表皮蜡质含量与其抗旱性的关系 <& 西北植物学报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

6 草 业 科 学 第 卷 期 & 郭彦军 倪郁 郭芸江 等 & 空气湿度与土壤水分胁迫对紫花苜蓿叶表皮蜡质特性的影响 <& 生态学报 & 郭彦军 郭芸江 唐华 等 & 紫外线辐射与土壤干旱胁迫对紫花苜蓿叶表皮蜡质晶体结构及含量的影响 <& 草业学报 & 郭彦军 倪郁 郭芸江 等 & 水热胁迫对紫花苜蓿叶表皮蜡质组分及生理指标的影响 <& 作物学报 & *01(<>7/$.:%,1( 57%0109%$/!7&+ -./.4/.,$1$906808,-.!" $ 3$)0,1$180,1,1( 8/01/,8,$1 908$/ (.1.,1/.0.68,6%0/ 04 06)6%08,$ *01.3/$6(*88$%./01.,18/01(.1,0%90%90 <&*.%018<$6/10%9$/.%013 $ %.6%0/7,$%$(& *01(<>7/$.:%,1(56)1./ '&@.8./ $%$($6.4/.,$1$98$!"680 8,-.!= 8/01/,8,$1 908$/ ( ,1/0,3$,%.38$,1/.0.3% )6%08,$1013,)/$-.33/$6(*88$%./01.683,9./.18,0%/.$1.,19/..,1(8$%./01.<&%018$%.6 %0/7,$%$(& 周玲艳 姜大刚 庄楚雄 等 & 逆境处理下水稻叶角质层蜡质积累及其与蜡质合成相关基因 '1 表达的关系 <& 作物学报 & 周小云 陈信波 徐向丽 等 & 稻叶表皮蜡质提取方法及含量的比较 <& 湖南农业大学学报 自然科学版 & 李合生 & 植物生理生化实验原理和技术 & 北京 高等教育出版社 & 李红 李波 王丽玲 等 & 紫花苜蓿耐羟脯氨酸变异体的筛选及抗性研究 <& 草业科学 & 赵瑞雪 朱慧森 程钰宏 等 & 植物脯氨酸及其合成酶系研究进展 <& 草业科学 & 桑子阳 马履一 陈发菊 & 干旱胁迫对红花玉兰幼苗生长和生理特性的影响 <& 西北植物学报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