高溫對大豆幼苗可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

朱其佳　江英澤　閆中帥　王文佳　馬澤眾　劉麗君　董守坤

摘要：本試驗選用耐旱型春大豆品種黑農(nóng)44和干旱敏感型品種黑農(nóng)65為試驗材料，采用江沙盆栽的方法，在大豆苗期進行高溫處理，測定了大豆葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量的動態(tài)變化。試驗結(jié)果表明，隨高溫脅迫時間的延長，大豆葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量均呈先升高后降低的趨勢，可溶性糖含量在處理24小時達到了峰值，可溶性蛋白含量在處理12小時達到了峰值，處理48小時后可溶性糖和可溶性蛋白含量均降低至對照水平以下；高溫處理下，黑農(nóng)65的增加幅度均明顯大于黑農(nóng)44，表明耐旱型品種的耐熱性明顯大于干旱敏感型品種。

關(guān)鍵詞：大豆；高溫脅迫；可溶性糖；可溶性蛋白

大豆是重要的糧食、經(jīng)濟作物，是植物油脂和蛋白質(zhì)的重要來源。近年來，因全球氣候變化引起的高溫脅迫頻發(fā)，危及大豆生長，成為制約大豆產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一。高溫脅迫對大豆的影響是多方面的，是一個極其復雜的過程，不僅會抑制大豆的生長，而且還會影響大豆生理生化代謝，最終導致大豆減產(chǎn)，降低大豆的品質(zhì)。

植物體內(nèi)物質(zhì)的生成受多種因素的影響，外界的變化可能會引起其他物質(zhì)相應的變化。植物在生長過程中，體內(nèi)新陳代謝比較旺盛，需要糖類的積累作為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。糖類的積累有利于花芽分化，可溶性糖具有易于水合的趨勢或較強的水合能力，在逆境脅迫下可溶性糖的增加直接引起滲透勢下降，從而有助于細胞或組織的持水，防止脫水，起到防止植物體細胞或組織進一步受到傷害的作用。可溶性蛋白是花器官形態(tài)建成的物質(zhì)基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)作為生命活動的承擔者，它的含量、特征以及變化是由植物發(fā)育進程所決定的，植物對逆境脅迫反應的結(jié)果必然會在蛋白質(zhì)含量和組成上有所體現(xiàn)。高溫會使植物膜系統(tǒng)、蛋白質(zhì)、核酸造成嚴重損傷。可溶性蛋白含量對細胞膜具有保護作用，同時也是植物體維持正常生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此，在植物遭受高溫逆境的過程中起著重要的保護作用。關(guān)于高溫對植物蛋白的影響，大量研究表明，植物在高于正常溫度5℃的環(huán)境下，生物體內(nèi)部分正常的蛋白質(zhì)合成受到抑制，同時迅速合成熱激蛋白。

本實驗以兩個耐旱性不同的大豆品種黑農(nóng)44和黑農(nóng)65為研究對象，采用盆栽方法，研究了高溫脅迫對大豆葉片可溶性糖和可溶性蛋白的含量的影響，以期為大豆耐熱性研究奠定一定的理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1供試材料

試驗材料為本課題組于201 1年從黑龍江省生產(chǎn)上大面積推廣的91個品種中篩選的黑農(nóng)44（耐旱型）和黑農(nóng)65（干旱敏感型）。

1.2試驗設計

試驗于2017年在東北農(nóng)業(yè)大學校內(nèi)的玻璃防雨棚內(nèi)進行，采用江沙盆栽法的方法。選用上筒直徑15厘米、下筒直徑10厘米、高12厘米的塑料桶，桶底鋪上紗網(wǎng)，每桶裝入用蒸餾水沖洗干凈的江沙2公斤，選取籽粒飽滿、大小一致的大豆種子進行播種，每盆保苗3株。在對生真葉完全展開后，每天早晚各澆一次營養(yǎng)液（營養(yǎng)液成分見表1），每次200毫升。

待幼苗長至第三葉期（V3期），將其放置于人工氣候箱（晝夜溫度為25℃/20℃，光周期為16小時/8小時，相對濕度70%）48小時，選取長勢一致的幼苗進行高溫脅迫處理，人工氣候箱晝夜溫度設置為40℃/32℃，光周期為16小時/8小時，相對濕度70%；對照處理人工氣候箱的設置參數(shù)不變。處理后0、2、4、6、8、12、24、28、32、48小時共10個時間點取樣，取倒二、倒三葉，液氮速凍，同時監(jiān)測植株表型，每取樣點重復5次。

1.3測定項目與萬法

可溶性糖的測定應用蒽酮法，可溶性蛋白的測定應用考馬斯亮藍染色法，均采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的試劑盒進行測定。

2結(jié)果與分析

2.1高溫脅迫對大豆葉片可溶性糖含量的影響

如圖1、2所示，兩品種對照組葉片可溶性糖含量隨著時間的延長無明顯變化，處理組隨脅迫時間的延長呈先升高后降低的趨勢，可溶性糖含量最大值都出現(xiàn)在處理24小時；兩品種對照組各時間點間可溶性糖含量的變化不明顯。處理組0～2小時內(nèi)可溶性糖含量變化不大，處理4～48小時內(nèi)，黑農(nóng)44各時間點可溶性糖含量關(guān)系為24小時>12小時>28小時>8小時>6小時>32小時>4小時>48小時，黑農(nóng)65各時間點可溶性糖含量關(guān)系為24小時>12小時>28小時>8小時>6小時>4小時>32小時>48小時。與對照比，處理24小時，兩品種增加幅度分別增加了233.81%和210.50%（見表2），處理48小時，兩品種處理組葉片可溶性糖含量均低于對照組，與對照比，其增加幅度分別降低了28.54%和41.97%；總的來看，黑農(nóng)N44處理組葉片可溶性糖含量增加幅度明顯高于黑農(nóng)65，二者耐熱性存在明顯差異。

2.2高溫脅迫對大豆葉片可溶性蛋白含量的影響

如圖3、4所示，兩品種對照組葉片可溶性蛋白含量隨著時間的延長無明顯變化，處理組隨脅迫時間的延長呈先升高后降低的趨勢，可溶性蛋白含量最大值都出現(xiàn)在處理12小時處；兩品種對照組各時間點問可溶性蛋白含量的變化不明顯；處理組0～2小時內(nèi)可溶性蛋白含量變化不大；處理4～48小時內(nèi)，黑農(nóng)44各時間點可溶性糖含量關(guān)系為12小時>24小時>8小時>28小時>6小時>32小時>4小時>48小時，黑農(nóng)65各時間點可溶性糖含量關(guān)系為12小時>24小時>8小時>28小時>6小時>32小時>4小時>48小時。與對照比，處理12小時，兩品種增加幅度分別為239.48%和226.71%（見表3），處理48小時，兩品種處理組葉片可溶性蛋白含量均低于對照組，與對照比，其增加幅度分別降低了37.26%和39.76%；總的來看，黑農(nóng)44處理組葉片可溶性蛋白含量增加幅度明顯高于黑農(nóng)65，二者耐熱性存在差異。

3結(jié)論

正常情況下，植物體內(nèi)的各項代謝及生理生化過程都是比較穩(wěn)定而協(xié)調(diào)的，當植物受到逆境脅迫時，體內(nèi)各種代謝活動發(fā)生變化，植物對逆境做出反應。植物在高溫脅迫下，細胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝的水平和途徑發(fā)生一系列適應性和抵抗性變化，如葡萄糖6磷酸途徑轉(zhuǎn)變?yōu)槲焯橇姿嵫h(huán)，淀粉轉(zhuǎn)化為可溶性糖類，蛋白質(zhì)降解，游離氨基酸含量升高等。可溶性糖在細胞質(zhì)中大量積累，不僅保持了蛋白質(zhì)的水合度，防止原生質(zhì)脫水，而且還起到了平衡細胞質(zhì)與液泡間滲透勢等多種作用，降低質(zhì)膜受害程度，從而增強了植物對高溫的適應能力。高溫脅迫下，可溶性蛋白含量與作物的耐熱性密切相關(guān)，耐熱品種在高溫下蛋白質(zhì)的降解較慢，高溫脅迫也可誘導高等植物產(chǎn)生熱激蛋白，它參與生物的抗熱反應過程。本研究表明，隨著高溫脅迫時間的延長，兩個大豆品種葉片中可溶性糖和可溶性蛋白的含量先升高后降低，可溶性糖的含量都在24小時達到了峰值，可溶性蛋白的含量都在12小時達到了峰值，說明大豆對短期變溫做出了快速反應，具有一定的耐熱性。兩個品種的變化趨勢相近，在應對高溫脅迫時，能夠抵抗的時間長短相近，但通過可溶性糖和可溶性蛋白的含量可以看出，耐旱型品種的耐熱性大于干旱敏感型品種。