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1、晋谷28号和晋谷77号的抗逆性比较摘要通过PEG渗透胁迫人工模拟干旱条件，对不同的谷子品种晋谷28号、晋谷77号进行了萌芽期抗旱性研究。统计种子的形态指标发芽率、发芽势、胚芽和胚根的长度和生理指标POD活性、PRO含量、O2-含量。在PEG干旱胁迫下所有的生理指标品种的发芽势、发芽、胚芽和胚根长度都呈下降趋势，但品种间存在显著差。抗旱性强的品种在水分胁迫下仍然保持较高的发芽势和发芽率。通过对上述指标的测定得出结论晋谷28号的抗逆性更强。关键词谷子；水分胁迫；萌芽期；抗旱性The resistance of comparison between jingu28 and jingu77Abstra
2、ct：The study on drought resistance of two varieties which are Jingu 28 and Jingu 77 in-germination stage was conducted through adopting PEG solution simuIated soil drought treatment Statistics morphological indexers such as seed germination rate(GR),germination potential(GP),length of germ and radic
3、le and Physiological indicators such as POD activity, Proline content and O2- content. Under PEG drought stress all the morphological indexes declined and the differences between varieties were obvious. There was obvious difference on drought resistance among the Varieties，higher drought resistance
4、Varieties kept higher vigor of germination and germination capacity Evaluations based on these indexes could reflect that jingu28 is more resistance.Key words：foxtail millet；water stress；germination stage；drought resist1前言1.1谷子简介谷子（Setaria italica Beauv.）为禾本科黍族狗尾草属一年生作物，起源于中国黄河流域，是世界上被驯化的最古老作物之一。主要分
5、布在中国和印度，韩国、朝鲜、俄罗斯、尼泊尔、澳大利亚、巴基斯坦、日本、美国、法国等国也有少量种植。谷子在我国的栽培历史悠久，至今已有7900年以上，以抗旱耐瘠、适应性广、营养价值高和周身均可直接利用而著称，是一种优良的抗旱作物。谷子作为我国北方地区主要的粮食作物之一，种植遍及全国，主要分布在华北、西北、东北干旱和半干旱地区，其中2/3分布在华北干旱最为严重的河北、山西、内蒙古三省，是我国北方干旱地区的重要粮食作物，是保证农民粮食安全和稳产、增收的主要作物。因此，干旱成为制约谷子产量提高的重要壁垒。在日常的生产中，提高谷子品种自身芽期的抗旱和耐旱性可以在一定程度上克服土壤墒情的影响，确保谷田基本
6、苗和光合群体的建立。1.2立题意义随着全球环境的不断恶化，干旱现象对农作物生长发育的影响日渐加剧，其危害相当于其他自然灾害之和，在所有生物及环境逆境中是仅次于病虫害的第二位限制产量因子。现已成为限制农业生产的最主要因素之一。因此，培育选用抗性强的作物成为人们关注的重要课题。当前已有许多关于培育选取抗性强玉米、小麦、大豆、水稻等农作物的种子的报道，研究结果显示钙离子对增强作物的抗旱萌发能力有显著的促进作用。但目前有关晋谷28号和晋谷77号种子在干旱胁迫下种子萌发的作用及其机理研究的报道很少。谷子种子的萌发及苗期的生长对谷子的整个生长阶段起着至关重要的作用。研究显示，对于大多数作物而言，种子萌发和
7、早期幼苗阶段对环境胁迫最为敏感16，因此，增强谷子早期的抗旱萌发、生长能力对谷子的高产稳产意义重大。为此，在前人研究的基础上，本试验针对谷子生长在干旱及半干旱的环境条件下，常常受到水分条件制约的实际问题，采用PEG干旱胁迫培养谷子，选用有代表性的谷子品种晋谷28号和晋谷77号，利用PEG-6000溶液模拟谷子萌发的干旱条件，初步研究晋谷28号和晋谷77号种子发芽率、发芽势、幼苗根长、芽长、POD（过氧化物酶）的活性、PRO（脯氨酸）含量、O2-（超氧阴离子自由基）的含量的影响，期望筛选出抗性强的谷子品种，为谷子在干旱地区种植的高产稳产提供理论依据和实践指导。2材料与方法 2.1主要试剂和仪器2
8、.1.1主要试剂试验采用的所有试剂均为分析纯或化学纯。本试验的PEG-6000为天津开发区新雅工贸有限公司生产的分析纯，模拟水分胁迫。2.1.2主要仪器设备电子天平、恒温培养箱、移液枪、UV-2101C型紫外可见分光光度计、冷冻离心机。2.2试验材料和处理方法2.2.1供试材料本试验于2011年4月2011年6月在山西农业大学农学院植物生理实验室进行。供试的谷子品种为新晋谷28号和晋谷77，为山西省农业科学研究院经济作物所选育，太谷县晋农瓜菜种子繁育场生产。新晋谷28号为春播中熟品种，生育期115125天。谷灰色，米淡黑色，粒大而均，该品种抗旱，抗倒伏，抗白髪病、黑穗病、抗粟灰螟，在中下等旱地
9、亩产300公斤左右，中上等地力亩产可达550公斤。适于在山西、陕西、河北、内蒙古等中熟春谷区种植。2.2.2材料处理方法挑选籽粒成熟且饱满、大小均匀一致、谷壳完整无损伤、健康无病虫害的新晋谷28号种子和晋谷77号种子，分别称取4.5g，然后把称取的谷子分别放入小烧杯中，倒入%0.1的氯化汞消毒10分钟，期间要对种子进行充分的搅拌，以起到杀菌的效果。杀菌完毕后，用蒸馏水清洗种子5-6次，把种子摊开放在滤纸上晾干。2.2.3材料培养处理后的新晋谷28号和晋谷77号采用纸床培养。将干燥后的种子播于铺有2层滤纸的培养皿中，每个培养皿播种100粒种子，每个培养皿加5ml蒸馏水，将种子摆放整齐，以便于观察
10、。每个处理设置6个重复。置于恒温培养箱内培养（温度25.0）培养2天。培养2天之后把发芽的长势好（挑选芽长）的种子移到加有8mlPEG溶液2层滤纸的培养皿中，每个品种4个重复，每个重复100粒种子。从第4天开始每天早上9:00从每个培养皿中随机抽取7个长势好的种子测其根长和芽长，连续测4天。2.3试验指标测定方法2.3.1发芽率及发芽势的测定 将新晋谷28号谷子和晋谷77号谷子种子分别置于10ml蒸馏水和8mlPEG三层滤纸的培养皿中进行培养，每组五个重复，置于25的恒温培养箱中进行暗培养，每天定时记录各培养皿中萌发的种子数（以露白为标准即为发芽）。于试验后的第1d统计种子的发芽势，第5d统计
11、种子的发芽率。每组五个重复，取各重复组的平均值作为个品种种子的发芽势和发芽率。发芽势（%）=（N1/N）100%式中，N1为种子发芽第1d的正常发芽的种子数；N为供试种子数。发芽率（%）=（N0/N）100%式中，N0为种子发芽终期正常发芽的种子数；N为供试种子数。2.3.2种子根长、芽长的测定新晋谷28号和晋谷77号种子在25暗箱培养催芽四天；第五天移出培养箱，置于光照培养架进行光照培养，光时间为12h/d。在第6d开始进行根长、芽长的测定。具体方法是：从各处理组的五个重复组中随机选取10株幼苗，用滤纸吸干幼苗表面的溶液，分别进行根长、芽长的测定，取各重复组的平均值。2.3.3谷子幼苗的过氧
12、化物酶（POD）活性测定17POD在植物体内广泛存在且活性强，该酶催化以H2O2为氧化剂的氧化还原反应，可有效清除植物体内的H2O2，是植物体内的保护酶之一。POD与植物的呼吸作用、光合作用、生长素的氧化以及木质素的形成有关，其活性随植物的生长发育以及环境条件的改变而变化，通过POD活性的测定能反映出植物在某一时期体内的代谢变化。采用愈创木酚比色法：取0.1g新鲜植物材料，加入0.1mol/LTris-HCl（PH8.5）1ml，研磨成匀浆，转入2ml离心管中，以10000rpm离心15min，上清液待用。以0.1mol/L磷酸缓冲液（PH6.0）为参比，另一只比色杯中加入上清酶液5l，再加入
13、反应混合液（0.1MPH6.0磷酸缓冲溶液50ml，30%过氧化氢0.028ml和愈创木酚0.019ml混合）3ml。准确计时，反应3min，470nm处测定光密度值。根据下式计算POD酶活性：POD酶活性（OD470/min/g FW）=AVt/（WVsT）其中A为3分钟前后吸光值的变化；Vt为酶液总体积（ml）；W为样品鲜重（gFW）；Vs为此定时取酶液的量（ml）；T为反应时间（min）。2.3.4谷子幼苗的脯氨酸（PRO）含量的测定17脯氨酸（Pro）是植物蛋白质的组分之一，并可以游离状态广泛存在于植物体中在正常环境条件下生长的植物，体内游离脯氨酸的含量较低；但在逆境，如干旱、寒害、盐
14、碱胁迫等条件下，植物体内游离脯氨酸的含量了显著增加。脯氨酸的亲水性极强，能稳定原生质胶体及组织内的代谢过程。其含量随植物的生长发育以及环境条件的改变而变化，通过PRO含量的测定能反映出植物在某一时期体内的代谢变化。采用愈创木酚比色法：取0.1g新鲜植物材料，加入3%磺基水杨酸溶液1ml，研磨成匀浆，转入2ml离心管中，以12000rpm离心15min。取上清液500l，加入2ml茚三酮（2.5g的茚三酮，60ml冰醋酸，5ml磷酸和35ml水混合），再加入2ml冰醋酸摇匀，沸水浴30min，在水浴时试管口要覆膜。水浴结束后，加入4ml的甲苯，摇匀，1小时候测量偶氨酸含量。以甲苯为参比，在紫外分
15、光光度计上测定520nm波长下的吸光值。根据下式计算PRO含量：PRO含量=cv/W.a其中c为提取液中脯氨酸浓度（g）由标准曲线得到；v未提取液总体积（ml）；W为样品鲜重（g）；a为测定时所吸取的体积（ml）。标准曲线的公式：y =0.1942x- 0.0003其中y为OD值，x为PRO的浓度（g/g.Fw）x=c。2.3.5谷子幼苗中超氧阴离子自由基O2-含量的测定17进入生物体内的一些分子氧（O2），可经单电子还原转变为超氧阴离子自由基，特别是在逆境条件下这种单电子还原的几率更大。超氧阴离子自由基既可直接作用于蛋白质和核酸等生物大分子，也可衍生为羟自由基、单线态氧、过氧化氢及脂质过氧物
16、自由基等活性氧，引起对细胞结构和功能的破坏。因此测定逆境条件下植物组织中超氧阴离子自由基产生及清除速率，可间接了解组织细胞受损状况和抗性强弱。采用紫外吸收法测定超氧阴离子自由基含量，具体步骤为：取谷子芽0.1g左右，称重后，置于研钵中，加入磷酸缓冲液（PH7.8）1ml，在冰上研磨，研磨液转入1.5ml的离心管，以12000rpm冷冻离心15min。取300l 的上清液加入试管中，加入0.5ml的磷酸缓冲液（PH7.8）和0.1ml的HCl羟胺，在25。C恒温水浴箱中，水浴20min。水浴结束后，再加入1ml的对氨基苯磺酸和1ml的-萘胺，在30。C恒温水浴箱中，水浴30min，水浴结束后，摇
17、匀静置。取上清液，以-萘胺稀释一倍后作参比，在紫外分光光度计上测定520nm波长下的吸光值，根据下式计算超氧阴离子自由基的含量：超氧阴离子自由基的含量=XVt2/FWVs式中Vt为酶液总体积（ml）；FW为样品鲜重（g.FW）；Vs为此定时取酶液的量（ml）；Vs为显色反应时取样品液的量（ml）。标准曲线为y=0.1409X-0.2935其中y为OD值，x为O2-的浓度（g/g.Fw）2.4统计分析利用EXCEL软件进行数据整理、分析与绘图，分析比较各组值之间的差别，找出在干旱胁迫条件下促进谷子萌发的最适氯化钙浓度。3结果与分析3.1新晋谷28号和晋谷77号在蒸馏水和PEG中发芽势的变化分别用
18、蒸馏水和PEG对晋谷28号种子和晋谷77号种子进行培养，观察这两个品种的发芽情况，于试验的第1d统计两个品种的发芽势。表1是新晋谷28号和晋谷77号在恒温培养至第1天各组的发芽势表1. 新晋谷28号和晋谷77号在蒸馏水和PEG中发芽势的变化品种蒸馏水中的发芽势PEG中的发芽势处理一处理二处理三处理四处理五平均值处理一处理二处理三处理四处理五平均值晋谷28号93%96%97%99%97%96%94%95%93%95%97%95%晋谷77号80%84%82%78%80%81%58%74%64%65%60%64%种子发芽势是指发芽试验初期，在规定的日期内正常发芽的种子数占供试种子数的百分率。发芽势是
19、种子生活力强弱的直接反映，种子播种后出苗越早，越有利于根系的生长和壮苗的形成。由表1可知，在蒸馏水和PEG溶液培养下新晋谷28号谷子发芽势均高于晋谷77号。晋谷28号和晋谷77号PEG溶液中的发芽势均比在蒸馏水中低，因为在PEG中收到了干旱胁迫。但是晋谷28号发芽势只降低了1%，晋谷77号降低了17%，说明晋谷28号对干旱的抗性比晋谷77号强，晋谷28号的抗逆性强。3.2晋谷28号和晋谷77号在蒸馏水和PEG中发芽率的变化分别用蒸馏水和PEG对晋谷28号种子和晋谷77号种子进行培养，观察这两个品种的发芽情况，于试验的第3d统计两个品种的发芽率。表2是新晋谷28号和晋谷77号在恒温培养至第3天各
20、组的发芽率。待添加的隐藏文字内容2表2. 新晋谷28号和晋谷77号在蒸馏水和PEG中发芽率的变化 品种蒸馏水中的发芽率PEG中的发芽率处理一处理二处理三处理四处理五平均值处理一处理二处理三处理四处理五平均值晋谷28号100%99%99%100%100%100%95%98%96%98%97%97%晋谷77号90%96%96%96%96%95%71%80%70%75%72%74%种子的发芽率又称种子生活力，是指种子的发芽潜在能力和种胚所具有的生命力，是检测种子质量非常重要的指标之一。从表2可以看出，在蒸馏水和PEG溶液培养下新晋谷28号谷子发芽率均高于晋谷77号。晋谷28号和晋谷77号PEG溶液中
21、的发芽率均比在蒸馏水中低，因为在PEG中收到了干旱胁迫。但是晋谷28号的发芽率只降低了3%，而晋谷77号降低了21%，说明晋谷28号对干旱胁迫的抵抗力高，晋谷28号的抗逆性比晋谷77号强。3.3 PEG干旱胁迫对晋谷28号和晋谷77号形态学指标的影响晋谷28号和晋谷77号在蒸馏水中培养2天移到PEG中培养以后，研究在干旱胁迫条件下两个品种的抗逆性，与在PEG培养的一天后，每天统计这两个品种的各项形态指标。下图是晋谷28号和晋谷77号的各项形态指标的变化过程。图.1 PEG培养对晋谷28号和晋谷77号形态学指标的影响在PEG中培养晋谷28号晋谷77号后，其各项形态指标结果如图1所示。由图1可知，
22、晋谷28号和晋谷77号在PEG中培养后，幼苗的芽长和根长均有提高，呈现开始增长快后来增加慢的趋势。其中，晋谷28号芽长增长比晋谷77号快，而且晋谷28号的芽长。晋谷77号的根比晋谷28 号的根长，而且两者的根在PEG中生长缓慢，没有芽生长的快。 根系是植物获取地下水分和营养物质的主要器官和途径，因此是谷子幼苗抗旱能力的主要指标。从图1可知，晋谷28号虽然刚开始根并没有晋谷77号长，但是它不断地生长，在第4天的时候两者的根长很接近。 3.4 PEG干旱胁迫对晋谷28号和晋谷77号POD活性的影响POD是植物体内普遍存在且活性表现较高的一种保护酶，逆境中POD升高可以抑制膜脂的过氧化作用，减少干旱
23、对膜结构的伤害，增强植物自身保护的调节能力。因此，在植物萌发期或幼苗期通过测定POD的活力可以反映植物体内代谢的变化情况。图.2 PEG干旱胁迫下对晋谷28号和晋谷77号POD活性的影响由图2可知，在PEG干旱胁迫下晋谷28号幼芽中的POD活性比晋谷77号高，说明在干旱胁迫下晋谷28号能够更好的减少对膜结构的伤害， 增强植物自身保护的调节能力。可以看出晋谷28号的抗逆性强。3.5 PEG干旱胁迫对晋谷28号和晋谷77号PRO含量的影响在逆境条件下（旱、盐碱、热、冷、冻），植物体内脯氨酸的含量显著增加。积累的脯氨酸除了作为植物细胞质内渗透调节物质外，还在稳定生物大分子结构、降低细胞酸性、解除氨毒
24、以及作为能量库调节细胞氧化还原势等方面起重要作用。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。因此测定脯氨酸含量可以作为抗旱育种的生理指标。另外，由于脯氨酸亲水性极强，能稳定原生质胶体及组织内的代谢过程，因而能降低凝固点，有防止细胞脱水的作用。在低温条件下，植物组织中脯氨酸增加，可提高植物的抗寒性，因此，亦可作为抗寒育种的生理指标。图.3 PEG干旱胁迫下对晋谷28号和晋谷77号PRO含量的影响由图3可知，晋谷28号和晋谷77号在PEG干旱胁迫下幼苗中的脯氨酸含量增加，晋谷28号的PRO含量为22.4g/g.Fw，而晋谷77号中只有15.3g/g.Fw
25、。晋谷28号比晋谷77号中的脯氨酸含量高。以上试验结果说明：在逆境中晋谷28号中的高含量脯氨酸可以更好稳定原生质胶体及组织内的代谢过程，降低凝固点，防止细胞脱水，使植物更好地适应逆境。所以晋谷28号比晋谷77号抗逆性强。3.6 PEG干旱胁迫对晋谷28号和晋谷77号超氧阴离子自由基含量的影响图.4 PEG干旱胁迫下对晋谷28号和晋谷77号O2-含量的影响超氧阴离子会引起对细胞结构和功能的破坏。由图4可知，晋谷28号和晋谷77号在PEG干旱胁迫下幼苗中O2-的含量，晋谷28号的O2-含量为157.8g/g.Fw，而晋谷77号中只有165.7g/g.Fw。晋谷28号比晋谷77号中的O2-含量低。以
26、上试验结果说明：在逆境中晋谷28号中的低含量O2-可以减少对细胞结构和功能的破坏，使植物更好地适应逆境。所以晋谷28号比晋谷77号抗逆性强。4结论与讨论4.1结论本试验结果表明，晋谷28号比晋谷77号的抗逆性强。通过测量种子的发芽率、发芽势、根长、芽长等形态学指标和幼苗POD活性、PRO和超氧阴离子自由基的含量，进行对比，得出的结论。晋谷28号和晋谷77号抗逆性对比结果如下：（1）分别用蒸馏水和PEG溶液培养晋谷28号和晋谷77号，可以看到晋谷28号无论在蒸馏水中，还是PEG溶液中培养发芽率和发芽势都比晋谷77号高。（2）把晋谷28号和晋谷77号放在PEG中培养后，晋谷28的芽长增长量的比晋谷
27、77号大，而且晋谷28号的芽比晋谷77号长。晋谷28号的根没有晋谷77号长，但是在PEG干旱胁迫下，晋谷28号根增长的幅度比晋谷77 号大，而且在培养的第四天两者的根长接近。（3）在PEG干旱胁迫下，晋谷28号中的POD活性、PRO含量比晋谷77号高， O2-含量比晋谷77号少。晋谷28号POD活力为14.68ODg-1Fwmin-1，晋谷77号为9.46ODg-1Fwmin-1。晋谷28号的PRO含量为2.4510-5，而晋谷77号中只有1.5310-5。晋谷28号的O2-含量为24.5g/g.Fw，而晋谷77号中只有15.3g/g.Fw。通过上述分析可以看出，晋谷28号其发芽势、发芽率比晋
28、谷77号高；其POD活性、PRO含量比晋谷77号高；其O2-含量比晋谷77号低，这使得晋谷28号比晋谷77号抗逆性更强。4.2讨论干旱作为限制植物生长发育的主要环境因子，目前人们对干旱的研究涉及广泛，研究水平也相对较深。在禾谷类作物中，谷子的蒸腾效率高于小麦、玉米和高粱等，水分利用效率也是最高。长期以来谷子一直作为旱地农业的重要作物，选择相对抗旱的品种成为农业生产和常规育种与现代生物技术研究的迫切需要。本试验以晋谷28号和晋谷77号为试验材料，得出了晋谷28号的抗逆性比晋谷77号强的结论。4.2.1 PEG干旱胁迫对晋谷28和晋谷77号生长指标的影响植物的发芽率、发芽势、根长、芽长等生长指标作
29、为衡量植物种子生活力的重要指标，是植物抗旱性的最直接体现。牛西午19的研究表明晋谷28号根系发达，吸收土壤水分养分能力强而且晋谷28号抗逆性强。索长城，陈仲江20的研究也表明抗旱抗病能力强。本试验研究结果表明，晋谷28号在PEG干旱胁迫下的发芽率、发芽势和芽长均比晋谷77号高。晋谷28号在PEG干旱胁迫下发芽率只降低3%，晋谷77号降低了22%；晋谷28号在PEG干旱胁迫下发芽势只降低了1%，晋谷77号降低了17%。这些数据都表明了PEG干旱胁迫对晋谷28号的影响小，说明晋谷28号的抗性强。4.2.2PEG干旱胁迫下对晋谷28 号和晋谷77号幼苗抗氧化酶系的影响植物在逆境条件下(寒、旱等)所诱
30、发产生的自由基( free radical )，会导致细胞的生物功能出现紊乱，甚至死亡，但生物体内的一些酶类，主要是过氧化物酶如POD 在清除自由基、减轻植物损伤方面具有重要作用。因而可以通过对类POD酶活性的测定来鉴定植物抗逆性的强弱，活性越高抗逆性越强，反之则越弱。本试验研究结果表明，在干旱胁迫条件下，晋谷28号比晋谷77号的POD活性高，PRO含量高，超氧阴离子自由基含量少，这些都使得晋谷28号在逆境环境下更好的去调节机体代谢，让它能够更好的适应环境。参考文献1 潘瑞炽,王晓菁,李娘辉植物生理学(第六版)M北京：高等教育出版社，2008.2952 王忠.植物生理学M.北京：中国农业出版社
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