植物生理生化论文

高温、低温等逆境胁迫对植物细胞膜脂过氧化作

用和细胞差别透性的影响

张中元

（西南大学环境生态类2010级10班 学号222010320210270）

摘要：植物细胞膜脂过氧化作用会生成一些复杂产物，其中丙二醛（MDA）可与蛋白

质和核酸反应，改变其结构，或使之产生交联反应，从而丧失功能，还可使纤维素分子间的桥键松弛，或抑制蛋白质的合成。故而，以MDA含量来反映植物膜脂过氧化水平和对细胞膜的伤害程度。本实验采用吸收光谱发来测定MDA浓度进而得其含量。实验表明：高温、低温等逆境胁迫使植物叶片膜脂过氧化加剧，丙二醛(MDA)含量和相对电导率显著增加。说明植物虽然受到了逆境胁迫的伤害，但仍具有通过自身生理调节缓解这种伤害的能力。

当植物细胞首到高温或低温处理后，细胞膜差别透性就会改变或丧失，导致细胞膜内的物质（尤其是电解质）大量外渗，导致组织浸出液的电导率增大，通过测定外液电导率的变化即可反映出质膜受害程度和植物抗性的强弱。本实验采用电导仪法测定外液电导率。实验表明：高温和低温都对质膜产生伤害，且高温胁使植物细胞的抗性在某种程度上得以增强。

关键词：高温低温胁迫；丙二醛（MDA）；膜脂过氧化作用；电导率；细胞差别透性

The Efect of High and Low Temperature Stress on Membrane Lipid Peroxidation of Plant’s Cell and Differential Dermeability

Zhang Zhongyuan

(Resourses and Environment College of Southwest University,code:222010320210270) Abstract:The plant cell membrane lipid peroxidation may generate some complex product, wherein the malondialdehyde (MDA ) and protein and nucleic acid reaction, changes in its structure, or to produce cross-linking reaction, resulting in loss of function, also can make cellulose intermolecular bond relaxation, or inhibition of protein synthesis. Therefore, in order to MDA content to reflect the plant membrane lipid peroxidation and cell membrane damage. This experiment using absorption spectroscopy to determine the MDA concentration and its content. Experimental results show: high temperature, low temperature stress, the leaf membrane lipid peroxidation, malondialdehyde ( MDA ) content and relative conductivities increase significantly. Plant in spite of the stress of injury, but still have through their own physiological regulation alleviate the damage capability.

When plant cells by high temperature or low temperature treatment, the cell

membrane differential permeability will change or loss, leading to intracellular membrane material ( especially the electrolyte ) massive extravasation, resulted in the organization of the electrical conductivity increases, through the determination of extracellular fluid conductivity changes can reflect the quality of membrane damage degree and plant resistance. This experiment adopts the conductance instrument method determination of electrical conductivity of fluid. Experimental results show: high and low temperature on membrane damage and high temperature stress, the plant cells resistant to some extent to enhance.

Key words:High and Low Temperature Stress; MDA; Membrane Lipid Peroxidation; Electrical conductivity; Cell Differential Permeability

植物器官衰老或在逆境条件下遭受伤害时，往往发生膜脂过氧化作用。丙二醛是常用的膜脂过氧化作用指标，在酸性和高温条件下，可以与硫代巴比妥酸（TBA）反应生成红棕色的三甲川（3,5,5-三甲基恶唑-2,4-二酮），其最大吸收波长在532 nm。但是测定植物组织中MDA时受到多种物质的干扰，其中最主要的是可溶性糖，糖与TBA显色反应产物的最大吸收波长在450 nm，但532 nm处也有吸收。植物遭受干旱、高温、低温等逆境胁迫时可溶性糖增加，因此测定植物组织中MDA-TBA反应物质含量是一定要排除可溶性糖的干扰。低浓度的铁离子能够显著增加TBA与蔗糖或MDA颜色反应物在532、450 nm处的消光度值，所以在蔗糖、MDA与TBA显色反应中需一定量的铁离子，通常植物组织中铁离子的含量为100~300毫克每克（干重），根据植物样品量和提取液的体积，加入铁离子的终浓度为0.5毫克每升。

植物细胞膜起着调节控制细胞内外物质交换的作用，当膜受到损伤时，物质易从细胞中外渗到周围环境中。当植物细胞首到高温或低温处理后，细胞膜差别透性就会改变或丧失，导致细胞膜内的物质（尤其是电解质）大量外渗，导致组织浸出液的电导率增大，通过测定外液电导率的变化即可反映出质膜受害程度和植物抗性的强弱。本实验采用电导仪法，对电解质溶液而言，取面积为1cm2 的两片电极，相距1cm，中间的1cm3溶液所表现出来的电导称该溶液的比电导，也叫电导率，用K表示（即K=QS），其单位为S·cm-1。 1 材料与方法

1.1 供试材料和预处理 1.1.1膜脂过氧化作用

受高温、低温等逆境胁迫的植物叶片 1.1.2 细胞差别透性

将吸胀露白点的小麦或玉米种子，均匀放置在尼龙网上，再把放好种子的尼龙网放于盛有水的瓷盘中，使长出的根穿过尼龙网并伸入水中，一周左右（最长约2~3cm时）即可作为测定材料。 1.2 测定方法 1.2.1 MDA的提取

称取剪碎的试材1g，加入2mL10%TCA和少量石英砂，研磨至匀浆，再加8mLTCA进一步研磨，匀浆在4000 rmp离心10min，上清液为样品提取液。 1.2.2 显色反应和测定

吸取离心的上清液2mL（对照加2mL蒸馏水），加入2mL0.6%TBA溶液，混匀物于沸水浴上反应15min，迅速冷却后再离心。取上清液测定532、600和450nm 波长下的消光度。

1.2.3 幼苗处理

取出幼苗，尽量不要伤害根系，用镊子除去幼苗上残留的胚乳，先用自来水冲洗，再用无离子水漂洗数次，以除去伤口上的物质，然后以10株为一组，共三组，分别用大头玻璃棒轻轻送入大试管中，再分别置于50℃的恒温箱，0℃~2℃的冰箱和室温下，处理30分钟，取出后，在每个大试管中各加20mL无离子水，平衡20分钟，期间不断摇动，使外渗物均匀分布在溶液中

1.2.4 电导率的测定

平衡完后摇匀，将电极插入溶液中测定电导率。

测完后，分别从上述三支试管里各取0.5mL溶液与另外三支试管中，另取一支试管加蒸馏水0.5mL作对照，再向各管分别加入蒽酮-硫酸试剂2mL，摇匀。如果溶液变绿，则表明有糖存在；颜色越绿，糖量越多。 1.2.5 电导率的再测定

将装有材料的三支试管置沸水浴煮沸10min，以杀死细胞，使其质膜差别透性丧失，再以蒸馏水补加到原来的数量（事前在试管上做好记号），再如前述静置20min。到时取出幼苗，摇匀后再测一次电导率。 1.3 分析方法 1.3.1 直线回归法

MDA与TBA显色反应产物在450nm 波长下的消光度值为零。不同浓度的蔗糖（0~25mmol·L-1）与TBA显色反应产物在450nm的消光度值与532nm和600nm处的消光度值之差呈正相关，配制一系列浓度的蔗糖与TBA显色反应后，测定上述三个波长的消光度值，求其直线方程，可求出糖分在532nm处的消光度值。UV-120型紫外可见分光光度计的直线方程为：

Y532=-0.00198+0.088 D450（公式1）

1.3.2 双组分分光光度计法

据朗伯-比尔定律：D=kCL，当液层厚度为1cm时，k=D/C，k称为该物质的比吸收系数。当某一溶液中有数种吸光物质时，某一波长下的比吸收系数为0,532nm波长下的比吸收系数为155，根据两组分分光度计法建立方程组，求解方程得计算公式：

C1=11.71D450(公式2）

C2=6.45(D532-D600)-0.56D450(公式3)

式中： C1：可溶性糖的浓度（mmol·L-1）

C2：MDA的浓度（umol·L-1）

D450、D532、D600分别代表450、532和600nm波长下的消光度值。

带入求得MDA的浓度，根据植物组织的重量计算测定样品中MDA的含量：

MDA含量=MDA浓度*提取液体积/植物组织鲜重（公式4）

1.3.3 电导率的计算

按以下公式计算伤害率：

（1） 伤害率（%）=（处理电导率-对照电导率）/（煮沸电导率-对照电导率）*100 （2） 伤害率（%）=处理电导率/煮沸电导率*100 2 结果与分析 2.1 实验数据记录 2.1.1 膜脂过氧化作用

分别记录高温、常温、低温三种环境条件下，通过测定样品提取液的消光度，得到的532、600和450nm波长下的消光度值。并通过公式2、公式3计算得相应的MDA浓度、通过公式4计算的MDA含量。

结果如下表：

不同环境条件下植物提取液在不同波长下的消光度（表1）

消光度值 高温 常温 低温 532nm 600nm 450nm MDA浓度 MDA含量 注：其他单位见分析。 2.1.2 细胞差别透性

利用电导仪测得煮沸前和煮沸后的电导率数据记录在下表中，并通过公式（1）或（2）计算对应的电导率

电导率测定结果记录表（表2）

处理 高温 常温 低温 对照 电导率 煮沸前 煮沸后 伤害率（%） 注：其他单位见分析。 2.2 结果分析

2.2.1 植物细胞膜脂过氧化作用

供试植物经过高温、低温等逆境胁迫处理后，测定所得MDA含量均有较显著的增加，但增加数量有所差别。说明在胁迫初期两种不同的胁迫使植物叶片细胞膜脂过氧化程度升高，破坏较大。在短时的低温胁迫下，细胞的防御机制发挥作用，膜脂过氧化程度有所降低。但是，如果在持续高强度的高温胁迫下，细胞自身保护体系遭到破坏，细胞膜脂过氧化程度升高，细胞进入程序性凋亡。 2.2.2 细胞差别透性 实验材料在受到高温、低温等处理之后，植物组织浸出液的电导率相比对照有不同程度的升高。常温组电导率变化不大，低温组变化显著。其他实验表明，高温、低温等逆境胁迫对不同生长期的植物的膜脂过氧化作用和差别透性的影响亦有不同。

3 结论与讨论

生物膜是植物细胞及细胞器与环境之间的一个界面结构，在植物的生命活动中起着极为重要的作用。各种逆境对细胞的影响首先作用于质膜。逆境胁迫对质膜结构和功能的影响通常表现为选择性丧失，电解质和某些小分子有机物大量渗透。膜脂过氧化的中间产物自由基和最终产物MDA都会严重损伤生物膜。另外，MDA对细胞膜和细胞中的许多生物功能分子有很强的破坏作用。

膜脂过氧化产物MDA含量和相对电导率均极显著性升高，说明植物在低温胁迫下，细胞发生了膜脂过氧化作用。膜脂过氧化作用导致叶片细胞膜透性增加，电解质外渗而引起电导率增大。

实验证明，在一定程度上，植物细胞对于外界的恶劣环境有一定的防御抵制能力，能够根据自身所处环境进行调节。但是，当环境恶劣超过一定限度时，植物自身保护系统遭到破坏，细胞死亡。

参考文献

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