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摘要：以离体烟草叶片为材料，研究了外源甜菜碱对其保水能力的影响。结果显示，外源甜菜碱可以有效提高植物的保水能力，减少由于脱水对叶片造成的伤害。
关键词：烟草； 叶片； 甜菜碱； 保水能力
甜菜碱是植物体内最常见的渗透有机调节物质之一，在植物适应盐渍、干旱等造成的水分胁迫中具有重要作用。其作用主要表现在2个方面：一是渗透调节作用，降低细胞水势、提高细胞吸水能力；二是具有渗透保护作用，是逆境条件下酶和生物膜的稳定剂，如对光系统Ⅱ（PSⅡ）和光合放氧复合体具有稳定作用[1]，保护呼吸酶及能量代谢过程[2]，还有实验发现它具有稳定生物膜的作用[3]。
在植物适应水分胁迫过程中，有时植物的保水能力比吸水能力更重要，如在夏季高温强光条件下，即使根际水分供应充足，很多植物也会发生暂时萎蔫，其主要原因是由于失水大于吸水，细胞失去膨压造成的。因此，如何减少植物在干旱、高温、强光等胁迫下的水分散失，提高其保水能力具有重要的意义。本文以外源甜菜碱处理离体烟草叶片，研究了外源甜菜碱对自然脱水条件下离体烟草叶片的保水能力的影响，从保水的角度研究植物适应水分胁迫的方式，为进一步提高植物的抗逆性提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 材料
所用烟草品种为栽培品种K326（Nicotiana tabacu m cv. K326）。栽种于大田中，株高约80cm，取相同叶位（第3片叶）的叶片用打孔器打成直径0.9 cm的小圆片，避开大叶脉。
1.2 材料的处理
将打好的圆叶片分别放入装有0μΜ、0.05μΜ、0.5μΜ、5μΜ甜菜碱溶液的烧杯中，抽真空10分钟，置25℃温浴1小时。然后将圆叶片从甜菜碱溶液中取出，用吸水纸吸干表面水分，放入敞口的塑料盘 （30cm×20cm×5cm）中，下垫一层吸水纸，环境温度为25℃，湿度60%，黑暗条件下让其自然脱水。
1.3 生理指标的测定
1.3.1 叶片保水能力的测定。以自然脱水条件下叶片含水量的下降幅度表示叶片的保水能力。保水能力较大的叶片含水量下降幅度较小。称取圆叶片12份，每份1g，分别自然脱水0、2、4、6、8、10、12小时后，快速测量鲜重，记为W1；至105℃杀青10分钟，置80℃烘干至衡重W2。叶片的含水量=（W1-W2）/W1×100%，每个处理3次重复。
1.3.2 可溶性蛋白含量的测定。以牛血清白蛋白为标准蛋白。脱水前和脱水24小时后分别测定可溶性蛋白质含量，以脱水前可溶性蛋白质含量作为100%。每个处理3次重复[4]。
1.3.3 质膜透性的测定。质膜透性用相对电导率表示，电导率的测定按照Yang等1996年的方法。每个处理3次重复。
1.3.4 叶绿素a荧光动力学的测定。Handy PEA测定暗适应的烟草圆叶片的片荧光动力学指标。每个处理各10个重复。用Fv/Fm表示PSII最大或潜在光化学效率，Fv/Fo代表PSII潜在活性（其中Fo为最小荧光，Fv为可变荧光，Fm为最大荧光[6]）。
2 结果
2.1 外源甜菜碱对自然脱水条件下烟草叶片保水能力的影响
通过测离体烟草叶片含水量可以看出（图1），外源甜菜碱可以提高离体烟草叶片的保水能力，在自然脱水条件下，各处理烟草叶片的含水量都呈下降趋势，但用甜菜碱处理的烟草叶片比未用甜菜碱处理的下降幅度相对较小。充分说明甜菜碱可以降低离体烟草叶片水分的散失，提高其保水能力。
2.2 外源甜菜碱对自然脱水条件下烟草叶片可溶性蛋白含量的影响
在脱水条件下，离体烟草叶片可溶性蛋白含量降低，由图2可以看出，脱水24小时后，未用甜菜碱处理的烟草叶片可溶性蛋白含量降幅较大，接近30%；而用0.05、0.5和5μΜ甜菜碱处理的烟草叶片可溶性蛋白含量分别下降15.5%、9.7%和3.7%，与未用甜菜碱处理的烟草叶片相比降幅相对较小。说明甜菜碱可以稳定蛋白质的结构，减少自然脱水条件下离体烟草叶片可溶性蛋白的降解。
2.3 外源甜菜碱对自然脱水条件下烟草叶片质膜透性的影响
植物材料的电导率是衡量细胞质膜透性的重要指标，测定自然脱水条件下离体烟草叶片的电导率发现，随着脱水时间的延长，各处理叶片的电导率都有所增加（图3），但用甜菜碱处理的烟草叶片的电导率与未用甜菜碱处理的烟草叶片相比增幅较小。表明甜菜碱对维持质膜的稳定性具有重要的作用，可有效降低自然脱水条件下离体烟草叶片质膜的受损伤程度。
2.4 外源甜菜碱对自然脱水条件下烟草叶片叶绿素a荧光动力学参数的影响
由图4和图5可以看出，各处理的离体烟草叶片在自然条件下脱水0～8小时，叶片的Fv/Fm和Fv/Fo都没有显著变化；脱水超过8小时，随着脱水时间的延长，叶片的Fv/Fm和Fv/Fo都呈下降趋势。但未用甜菜碱处理的烟草叶片下降速率较快，如脱水12小时，用不同浓度甜菜碱处理的烟草叶片其Fv/Fm和Fv/Fo值仍都保持在脱水前的80%左右，而未用甜菜碱处理的烟草叶片则都已经降到了脱水前的40%左右，降幅较大。Fv/Fm和Fv/Fo的下降程度可以指示叶绿体PSⅡ的受损程度，而上述结果则充分说明了甜菜碱在维持自然脱水条件下烟草叶片PSⅡ的稳定性方面具有重要作用。
3 讨论
甜菜碱是植物体内合成的一种小分子有机渗透调节物质。在干旱和盐渍等渗透胁迫条件下，植物通过大量积累甜菜碱来降低植物细胞的渗透势，从而调节与环境之间的渗透平衡，提高植物的吸水能力[7]。
本试验以离体烟草叶片为试验材料，通过甜菜碱浸泡研究了甜菜碱在其自然脱水条件下对离体烟草叶片保水能力的影响。结果表明，随着脱水时间的延长，各处理的含水量都下降，但是用甜菜碱处理的离体烟草叶片在相同条件下与未用甜菜碱处理的离体烟草叶片相比具有较高的含水量，说明甜菜碱在提高离体烟草叶片保水能力方面具有重要的作用。有研究表明，甜菜碱对蛋白质具有保护作用，能够稳定蛋白质的四级结构，阻止或逆转由一些非相溶性溶质（如NaCl）对蛋白质四级结构的破坏[9]。在本试验中，通过可溶性蛋白含量的测定发现，可溶性蛋白随着含水量的下降而下降，但是脱水24小时，用甜菜碱处理的离体烟草叶片可溶性蛋白含量明显高于未用甜菜碱处理的离体烟草叶片，充分说明了甜菜碱对脱水造成的蛋白质降解也具有抑制作用。因此，甜菜碱提高离体烟草叶片保水能力的机理可能在于，一方面甜菜碱本身作为一种渗透调节物质，可以提高离体烟草叶片体内束缚水的含量，减少离体烟草叶片体内水分的丧失；另一方面甜菜碱可以促进脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的积累，进一步降低离体烟草叶片体内的水势，提高其保水的能力[3，10，11]。进一步的研究表明，甜菜碱处理可以降低自然脱水条件下离体烟草叶片的细胞质膜和光系统Ⅱ的损伤，其原因可能在于，一方面甜菜碱提高了离体烟草叶片的保水能力，减少了由于细胞过度收缩对质膜所造成的损伤；另一方面可能在于其本身可以稳定膜和蛋白质等生物大分子的结构[3] [8]。
本试验首次以自身不能合成甜菜碱的烟草作为试验材料，在离体条件下，通过自然脱水的方法研究了外源甜菜碱在提高烟草叶片保水能力方面的作用。通过以上分析，外源甜菜碱可以有效地提高离体烟草叶片的保水能力，减少由于脱水所造成的蛋白质降解，降低由于脱水对离体烟草叶片所造成的伤害，并且在一个较低的甜菜碱浓度范围内就可以起作用。
参考文献
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10 孙文越，王辉，黄久常.外源甜菜碱对干旱胁迫下小麦幼苗膜脂过氧化作用的影响[J].西北植物学报，2001（3）
11 郭启芳，马千全，孙灿，吕守忠，张春蒙，王玮.外源甜菜碱提高小麦幼苗抗盐性的研究[J].西北植物学报，2004（9）
（责任编辑 王蔓）