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不同浓度茉莉酸甲酯对玉米籽粒萌发及抗氧化酶活性的影响

来源:知实学术 分类:农业论文 发布时间:2020-09-12 浏览:

  摘要:以“苏玉29”玉米籽粒为试验材料,采用不同浓度的茉莉酸甲酯(MeJA)(0.1、0.5、1.0、5.0 μmol/L)对玉米籽粒进行浸种处理,研究各处理對玉米籽粒萌发特性及抗氧化酶活性影响。结果表明,在MeJA浓度为0.5 μmol/L时,玉米籽粒发芽率和芽长达到最大值;各浓度MeJA处理均可有效促进游离氨基酸和可溶性蛋白含量的增加;随着MeJA浓度的增大,还原糖含量呈现先增后减的趋势,而淀粉含量呈现先减后增的趋势;此外,MeJA处理可有效增强玉米籽粒中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性。

  关键词:茉莉酸甲酯;玉米籽粒;萌发;抗氧化酶活性

  中图分类号: S513.01文献标志码: A文章编号:1002-1302(2020)13-0099-04

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  玉米(Zea mays L.)是我国重要的粮食经济作物,其产量仅次于水稻和小麦,在国际上被誉为“黄金作物”[1]。玉米籽粒所含营养丰富,包括蛋白质、脂肪、碳水化合物、膳食纤维、胡萝卜素、叶酸等物质[2]。然而,玉米蛋白质生物价较低,且玉米中的大部分营养素不能被人体直接吸收利用。另外,玉米中酚类物质多与水不溶性多糖结合,进入人体后在相关酶作用下分解成酚类才能被利用并发挥其抗氧化活性[3]。发芽技术具有成本低、速度快、无污染的特点,通过发芽的方式可有效改善种子的营养品质。一方面,发芽可促进一些大分子如碳水化合物、脂肪酸等代谢降解,伴随着小分子的糖、游离氨基酸含量的上升,另一方面,发芽可降低抗营养因子如凝集素的水平,此外,发芽还可提高种子中生物活性物质含量[4]。

  茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,简称MeJA)是一种植物生长调节物质,作为一种内源信号分子参与植物的生长发育,对调节植物的抗逆反应具有重要作用[5-6]。许多研究表明,MeJA对水稻和红景天种子萌发具有促进作用[7-8],同时可提高盐胁迫下黄芩[9]和棉花[10]种子的抗逆性。胡海英等研究发现,低浓度MeJA可促进甘草种子的萌发,而高浓度MeJA对甘草种子的萌发具有抑制作用,此外,MeJA可增强甘草幼苗的POD活性[11]。但MeJA处理对玉米籽粒萌发影响的研究较少。

  本试验研究不同浓度MeJA对玉米籽粒萌发的影响,考察各个浓度处理下玉米籽粒生理生化指标及抗氧化酶活性的变化,旨在为应用MeJA作为外源诱导子促进种子萌发提供技术参考。

  1材料与方法

  1.1试验材料

  供试玉米品种为苏玉29,种子购自江苏瑞华农业科技有限公司。试验于2019年6—7月在江苏省农业科学院农产品加工研究所实验室进行。

  1.2试验方法

  1.2.1种子发芽玉米籽粒经筛选和除杂后,用去离子水洗净。随后用次氯酸钠溶液(0.5%)浸泡消毒25 min后,用去离子水冲洗表面残留的次氯酸钠。将玉米籽粒随机分成5组,其中1组用去离子水浸泡(对照组),剩余4组分别置于0.1、0.5、1.0、5.0 μmol/L的MeJA中浸泡。浸种24 h后,用去离子水洗净玉米籽粒表面,放入垫有双层滤纸的培养皿中,在25 ℃黑暗条件下发芽,期间每隔6 h喷洒1次蒸馏水(3倍体积),发芽72 h后收获玉米籽粒。

  1.2.2理化指标测定芽长:随机选取20粒发芽玉米,用游标卡尺测定其芽长并计算平均值;发芽率为正常发芽种子数占供试种子总数的百分比。游离氨基酸含量采用茚三酮显色法测定;可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定;还原糖含量采用3,5-二硝基水杨酸法测定;脯氨酸含量采用酸性茚三酮显色法测定[12]。淀粉含量采用蒽酮比色法测定[13]。

  1.2.4抗氧化酶活性测定超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑(NBT)光还原法测定[14],酶活单位定义为1 mg蛋白1 min内抑制NBT光还原50%所需酶量;过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚氧化法测定[15],1 mg蛋白1 min内D470 nm减少0.01所需酶量定义为1个酶活单位(U)。

  1.3数据处理

  试验设3次重复,结果以平均值±标准差表示,采用Origin Pro 8.5软件绘图。应用SPSS软件进行方差分析,P<0.05表示差异显著。

  2结果与分析

  2.1不同浓度MeJA处理对发芽玉米发芽率和芽长的影响

  不同浓度MeJA处理对玉米籽粒的发芽率影响如图1所示。0.1 μmol/L MeJA处理时,玉米籽粒的发芽率与对照组相比无显著差异(P>0.05),而其他浓度处理组中,玉米籽粒的发芽率显著提高(P<0.05)。当MeJA浓度为0.5 μmol/L时,玉米籽粒发芽率达最大值,为96.6%,比对照组提高了4.32百分点。不同浓度MeJA处理后的发芽玉米芽长呈现出不同程度的变化(图2)。0.5 μmol/L处理组中发芽玉米的芽长达到最大值,为2.90 cm,与对照组相比提高了16.9%。当MeJA浓度大于 0.5 μmol/L 时,发芽玉米的芽长与对照组相比无显著性差异(P>0.05)。综上,MeJA浸种处理在一定程度上促进了玉米籽粒的发芽率及芽长,且 0.5 μmol/L 浓度处理效果较好。

  2.2不同浓度MeJA处理对发芽玉米中游离氨基酸和可溶性蛋白含量的影响

  不同浓度MeJA处理后发芽玉米中游离氨基酸和可溶性蛋白含量如图3和图4所示。随着MeJA浓度的增加,游离氨基酸和可溶性蛋白含量均呈现

  上升趋势,当MeJA浓度为5 μmol/L时,发芽玉米中游离氨基酸和可溶性蛋白含量达到最大值,分别为8.19 mg/100 g干质量和689 mg/100 g 干质量,是对照组的1.36倍和1.20倍。

  2.3不同浓度MeJA处理对发芽玉米中还原糖和淀粉含量的影响

  不同浓度MeJA处理下,发芽玉米中还原糖含量呈现先增加后减少的趋势(图5),当MeJA浓度为0.5 μmol/L时,还原糖含量达到最大值,为71.77 mg/g干质量,是对照组的1.61倍。而淀粉含量变化趋势与还原糖变化趋势相反(图6),随着MeJA浓度的增加,发芽玉米中淀粉含量先下降后上升。0.5 μmol/L的MeJA处理组中,发芽玉米中淀粉含量最少,为55.37%,是对照组的83.72%。

  2.4不同浓度MeJA处理对发芽玉米脯氨酸含量的影響

  随着MeJA浓度的增加,发芽玉米中脯氨酸含量呈现先增后减的趋势(图7),各浓度处理组中脯氨酸含量均显著高于对照组(P<0.05)。0.5 μmol/L MeJA处理组中,脯氨酸含量达到最大值,为13.61 μg/g干质量,比对照组提高36%。

  2.5不同浓度MeJA处理对发芽玉米抗氧化酶活性的影响

  随着MeJA浓度的增加,发芽玉米SOD和POD活性先上升后下降,且均显著高于对照组(P<0.05)(图8、图9)。当MeJA浓度为0.5 μmol/L时,

  SOD和POD活性达到最大值,分别为9.46 U/mg和11.06 U/mg,分别比对照组提高49.50%和50.58%。

  3结论与讨论

  本试验结果表明,低浓度的MeJA(0.1~0.5 μmol/L)对玉米籽粒的萌发具有促进作用,而高浓度的MeJA(5.0 μmol/L)处理时发芽玉米的发芽率和芽长较最高值有所下降,这与Bin等[7]和胡海英等[11]的研究结果一致,即MeJA处理存在高浓度抑制低浓度促进的“双重影响”。本试验研究结果表明,0.5 μmol/L的MeJA处理效果较好。MeJA处理后,发芽玉米中的淀粉含量呈现先减后增的趋势,而还原糖含量呈现先增后减的趋势。研究表明,MeJA对水稻种子萌发的调节作用与α-淀粉酶相关[7]。推测玉米籽粒中淀粉含量下降的原因可能是MeJA处理提高了α-淀粉酶活力,导致淀粉含量降低,而还原糖含量增加[16]。

  游离氨基酸、可溶性蛋白和脯氨酸是重要的渗透调节物质,本试验中,游离氨基酸和可溶性蛋白含量随着MeJA浓度的增加而升高,可能的原因是MeJA的添加提高了玉米籽粒中蛋白酶活性,促进蛋白质水解,从而增加了可溶性蛋白和游离氨基酸的含量[17]。脯氨酸可通过降低细胞渗透压来提高植物对周围环境的适应能力。杨艺等研究发现,MeJA处理下,棉花种苗通过增加脯氨酸含量来改变自身的渗透调节能力,以抵抗外源盐胁迫[10]。本试验结果表明MeJA处理诱导了玉米籽粒中脯氨酸的积累,提高了玉米籽粒的抗逆性。

  SOD和POD是植物体内重要的保护酶,能够清除过量的活性氧[11,18-19]。研究表明,外源MeJA处理可明显增强颠茄叶片中的SOD和POD活性[20]。本试验中,各浓度MeJA处理下玉米籽粒中的SOD和POD活性比对照组显著增强,说明MeJA有效清除了过多的超氧阴离子,从而降低了活性氧水平。

  综上,MeJA处理可有效促进玉米籽粒的萌发,同时提高籽粒中的抗氧化酶活性,为MeJA应用于种子萌发奠定了一定基础。

  参考文献:

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文章名称:不同浓度茉莉酸甲酯对玉米籽粒萌发及抗氧化酶活性的影响

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