高溫對(duì)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

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江省綏化市氣象局，黑龍江 綏化 152002）

大豆是重要的糧食、經(jīng)濟(jì)作物，是植物油脂和蛋白質(zhì)的重要來(lái)源。近年來(lái)，因全球氣候變化引起的高溫脅迫頻發(fā)，危及大豆生長(zhǎng)，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(duì)大豆的影響是多方面的，是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，不僅會(huì)抑制大豆的生長(zhǎng)，而且還會(huì)影響大豆生理生化代謝，最終導(dǎo)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(huì)引起其他物質(zhì)相應(yīng)的變化。植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，體內(nèi)新陳代謝比較旺盛，需要糖類(lèi)的積累作為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。糖類(lèi)的積累有利于花芽分化，可溶性糖具有易于水合的趨勢(shì)或較強(qiáng)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(shì)下降，從而有助于細(xì)胞或組織的持水，防止脫水，起到防止植物體細(xì)胞或組織進(jìn)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(dòng)的承擔(dān)者，它的含量、特征以及變化是由植物發(fā)育進(jìn)程所決定的，植物對(duì)逆境脅迫反應(yīng)的結(jié)果必然會(huì)在蛋白質(zhì)含量和組成上有所體現(xiàn)。高溫會(huì)使植物膜系統(tǒng)、蛋白質(zhì)、核酸造成嚴(yán)重?fù)p傷。可溶性蛋白含量對(duì)細(xì)胞膜具有保護(hù)作用，同時(shí)也是植物體維持正常生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此，在植物遭受高溫逆境的過(guò)程中起著重要的保護(hù)作用。關(guān)于高溫對(duì)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(shí)迅速合成熱激蛋白。

本實(shí)驗(yàn)以兩個(gè)耐旱性不同的大豆品種黑農(nóng)44和黑農(nóng)65為研究對(duì)象，采用盆栽方法，研究了高溫脅迫對(duì)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(yàn)材料為本課題組于2011年從黑龍江省生產(chǎn)上大面積推廣的91個(gè)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(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)的玻璃防雨棚內(nèi)進(jìn)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(jìn)行播種，每盆保苗3株。在對(duì)生真葉完全展開(kāi)后，每天早晚各澆一次營(yíng)養(yǎng)液(營(yíng)養(yǎng)液成分見(jiàn)表1)，每次200毫升。

待幼苗長(zhǎng)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(shí)/8小時(shí)，相對(duì)濕度70%）48小時(shí)，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗進(jìn)行高溫脅迫處理，人工氣候箱晝夜溫度設(shè)置為40℃/32℃，光周期為16小時(shí)/8小時(shí)，相對(duì)濕度70%；對(duì)照處理人工氣候箱的設(shè)置參數(shù)不變。處理后0、2、4、6、8、12、24、28、32、48小時(shí)共10個(gè)時(shí)間點(diǎn)取樣，取倒二、倒三葉，液氮速凍，同時(shí)監(jiān)測(cè)植株表型，每取樣點(diǎn)重復(fù)5次。

表1 營(yíng)養(yǎng)液成分表 單位：毫克/升

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

可溶性糖的測(cè)定應(yīng)用蒽酮法，可溶性蛋白的測(cè)定應(yīng)用考馬斯亮藍(lán)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(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫脅迫對(duì)大豆葉片可溶性糖含量的影響

如圖1、2所示，兩品種對(duì)照組葉片可溶性糖含量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)無(wú)明顯變化，處理組隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升高后降低的趨勢(shì)，可溶性糖含量最大值都出現(xiàn)在處理24小時(shí)；兩品種對(duì)照組各時(shí)間點(diǎn)間可溶性糖含量的變化不明顯。處理組0～2小時(shí)內(nèi)可溶性糖含量變化不大，處理4～48小時(shí)內(nèi)，黑農(nóng)44各時(shí)間點(diǎn)可溶性糖含量關(guān)系為24小時(shí)>12小時(shí)>28小時(shí)>8小時(shí)>6小時(shí)>32小時(shí)>4小時(shí)>48小時(shí)，黑農(nóng)65各時(shí)間點(diǎn)可溶性糖含量關(guān)系為24小時(shí)>12小時(shí)>28小時(shí)>8小時(shí)>6小時(shí)>4小時(shí)>32小時(shí)>48小時(shí)。與對(duì)照比，處理24小時(shí)，兩品種增加幅度分別增加了233.81%和210.50%（見(jiàn)表2），處理48小時(shí)，兩品種處理組葉片可溶性糖含量均低于對(duì)照組，與對(duì)照比，其增加幅度分別降低了28.54%和41.97%；總的來(lái)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。

圖1 黑農(nóng)44可溶性糖含量變化

圖2 黑農(nóng)65可溶性糖含量變化

表2 高溫條件下可溶性糖含量增加幅度（%）

2.2 高溫脅迫對(duì)大豆葉片可溶性蛋白含量的影響

表3 高溫條件下可溶性蛋白含量增加幅度（%）

如圖3、4所示，兩品種對(duì)照組葉片可溶性蛋白含量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)無(wú)明顯變化，處理組隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升高后降低的趨勢(shì)，可溶性蛋白含量最大值都出現(xiàn)在處理12小時(shí)處；兩品種對(duì)照組各時(shí)間點(diǎn)間可溶性蛋白含量的變化不明顯；處理組0～2小時(shí)內(nèi)可溶性蛋白含量變化不大；處理4～48小時(shí)內(nèi)，黑農(nóng)44各時(shí)間點(diǎn)可溶性糖含量關(guān)系為12小時(shí)>24小時(shí)>8小時(shí)>28小時(shí)>6小時(shí)>32小時(shí)>4小時(shí)>48小時(shí)，黑農(nóng)65各時(shí)間點(diǎn)可溶性糖含量關(guān)系為12小時(shí)>24小時(shí)>8小時(shí)>28小時(shí)>6小時(shí)>32小時(shí)>4小時(shí)>48小時(shí)。與對(duì)照比，處理12小時(shí)，兩品種增加幅度分別為239.48%和226.71%（見(jiàn)表3），處理48小時(shí)，兩品種處理組葉片可溶性蛋白含量均低于對(duì)照組，與對(duì)照比，其增加幅度分別降低了37.26%和39.76%；總的來(lái)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。

圖3 黑農(nóng)44可溶性蛋白含量變化

圖4 黑農(nóng)65可溶性蛋白含量變化

3 結(jié)論

正常情況下，植物體內(nèi)的各項(xiàng)代謝及生理生化過(guò)程都是比較穩(wěn)定而協(xié)調(diào)的，當(dāng)植物受到逆境脅迫時(shí)，體內(nèi)各種代謝活動(dòng)發(fā)生變化，植物對(duì)逆境做出反應(yīng)。植物在高溫脅迫下，細(xì)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(yīng)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(lèi)，蛋白質(zhì)降解，游離氨基酸含量升高等。可溶性糖在細(xì)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(xì)胞質(zhì)與液泡間滲透勢(shì)等多種作用，降低質(zhì)膜受害程度，從而增強(qiáng)了植物對(duì)高溫的適應(yīng)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(dǎo)高等植物產(chǎn)生熱激蛋白，它參與生物的抗熱反應(yīng)過(guò)程。本研究表明，隨著高溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，兩個(gè)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(shí)達(dá)到了峰值，可溶性蛋白的含量都在12小時(shí)達(dá)到了峰值，說(shuō)明大豆對(duì)短期變溫做出了快速反應(yīng)，具有一定的耐熱性。兩個(gè)品種的變化趨勢(shì)相近，在應(yīng)對(duì)高溫脅迫時(shí)，能夠抵抗的時(shí)間長(zhǎng)短相近，但通過(guò)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。