菜豆胁迫抗性生理研究进展

分类：推荐论文 时间：2013-11-21 14:06 关注：(1)

　　摘要：从植物胁迫抗性原理入手，对各种环境条件胁迫下菜豆植株一系列生理生化反应的最新研究进行了综述，同时提出了需要进一步解决的问题，为今后菜豆抗逆育种研究提供一定参考。

　　关键词：菜豆;环境胁迫;抗性生理

　　菜豆又称四季豆、芸豆等，是中国重要的豆科蔬菜作物。随着设施农业的发展，菜豆的设施栽培面积逐年增加，但许多地方由于成本等原因，并不能为菜豆生长创造良好的环境条件，时常出现低温、弱光、营养元素缺乏等问题。前人对各种胁迫条件下菜豆生长及其所产生的应激反应做了一些研究，明确了各种生理生化指标与菜豆抗性的关系，同时筛选出部分抗逆菜豆资源，为逆境条件下菜豆的栽培和育种提供了一定的理论依据。

　　1 植物胁迫抗性原理

　　植物在生长的过程中，会受到各种环境的胁迫(如干旱、水害、热害、冷害、病虫害、元素缺乏和重金属危害等)，这些逆境将导致植物体内产生大量的活性氧(reactive oxygen species，ROS)，其中最重要的是超氧化物自由基O2-和过氧化氢(H2O2)。ROS可以通过破坏核酸、氧化蛋白来影响细胞的功能，从而影响植物的正常生长[1]。

　　环境胁迫引起的ROS的积累可以通过抗氧化酶系统来消除，植物体内的抗氧化酶系统主要由超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、过氧化氢酶(catalase，CAT)、过氧化物酶(peroxidase，POD)、抗坏血酸(ascorbic Acid，AsA)、谷胱甘肽(glutathione，GH)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)等构成。其中，SOD为植物体内部防御活性氧毒性的保护酶，能清除超氧自由基;POD和CAT是植物体内清除H2O2的两个主要酶，植物抗胁迫能力的提高可能与体内的抗氧化酶系统有关[2]。

　　电解质外渗率是反映作物承受胁迫程度的重要生理指标之一，作物抗逆能力越强，其电解质外渗率就越小，产量也就越高[3]。丙二醛(MDA)是膜脂过氧化的最终产物，会严重损伤生物膜，MDA与蛋白质结合引起蛋白质分子内和分子间的交联，细胞原生质膜受到破坏，细胞膜透性增加，植株受到破坏[4]。因此，MDA也是反应植物抵御外界不良环境能力大小的一个重要指标。

　　2 环境因子与菜豆胁迫抗性生理

　　2.1低温与菜豆胁迫抗性生理

　　菜豆喜冷凉，但不耐寒，可以在月平均气温为10~25 ℃下栽培。菜豆种子发芽开始温度为8 ℃，适温为20~25 ℃，种子发芽最低地温为10~12 ℃，发芽后长期处于11 ℃左右时，根系生长缓慢，出土慢，幼苗生育适温为18~20 ℃，10℃以下生长受阻，幼根生长缓慢[5]。设施农业的发展使菜豆的周年供应成为可能，但也存在许多问题，苗期低温冷害就是其中之一，很大程度上制约着设施菜豆的推广。目前，研究人员对菜豆低温胁迫抗性生理方面做了一些研究，主要是筛选耐低温菜豆资源，为菜豆耐低温育种服务。

　　于超等[6]对收集到的32份不同基因型菜豆幼苗，以低温胁迫下的叶片冷害指数和电解质渗漏率为指标进行了抗冷性鉴定，通过聚类分析将其抗冷性划分为强、中、弱3个类群，并且冷害指数与电解质渗漏率之间存在明显的相关性，两者结合能够很好地鉴定菜豆幼苗的抗冷性。刘大军等[7]对80份不同基因型的菜豆材料进行了抗冷性鉴定，通过冷害指数指标鉴定出抗冷性强的材料49份，抗冷性中等的材料15份，抗冷性弱的材料16份;验证了电解质外渗率与冷害指数呈极显著正相关，再次证明苗期菜豆叶片低温下电解质外渗率指标可作为菜豆抗冷性鉴定的指标。

　　欧阳主才等[8]研究发现，冷胁迫对矮生菜豆的伤害主要表现在外观伤害、生理指标和生化指标改变3个方面。从外观上看，冷害指数是外观伤害最直接的反映指标，与冷害指数密切相关的电解质渗漏率、MDA含量、可溶性糖含量和叶绿素含量等指标的变化是冷害在植物生理上的反映。矮生菜豆耐寒性最敏感的生理指标是电解质渗漏率，其次是MDA含量，第三是可溶性糖含量和叶绿素含量的变化。矮生菜豆幼苗在低温胁迫过程中，SOD、POD、CAT 等3 种保护酶活性均呈“先上升后下降”的趋势，这说明在低温伤害较轻的情况下，植物代谢系统通过增加保护酶的活性来减轻低温的危害，而随着低温胁迫时间延长，植物受到伤害的程度加剧，超过一定的限度，植物体内保护酶合成系统受到破坏，从而导致保护酶的活性降低。

　　袁成志等[9]对7个油豆类型菜豆品种进行了低温处理，研究了低温处理对菜豆幼苗叶绿素含量、根系活力、过氧化酶活性、丙二醛含量及脯氨酸含量的影响。结果表明，低温能降低菜豆幼苗叶片叶绿素含量，影响叶片正常光合作用;低温会降低菜豆幼苗根系活力，影响根系正常发育;低温会适当增加菜豆幼苗过氧化物酶活性、丙二醛含量及脯氨酸的含量，破坏叶片细胞膜系统，使植株正常生长受阻。

　　可见，不同菜豆资源对低温的反应无论从外观形态上还是从生理生化指标上，都存在较大的差异。通过测定各种生理生化指标，可以准确、迅速地鉴定出各菜豆资源抗冷害能力，简化了菜豆抗冷害资源筛选的步骤，加快了抗冷害菜豆育种进程。

　　2.2紫外辐射与菜豆胁迫抗性生理

　　近年来，由于环境污染严重，造成大气臭氧层变薄，紫外辐射增加，过量的紫外辐射会对植物生长及生理生化过程产生一定的影响，植物正常生长受到抑制。