干旱胁迫对紫花苜蓿生理生化和黄酮类化合物含量的影响

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干旱是紫花苜蓿生长的主要限制因素,在干旱胁迫条件下紫花苜蓿生长及次生代谢物含量会发生显著的变化,干旱下这些指标的变化对保护干旱伤害有重要意义,对牧草质量也有显著影响。这些次生物质含量的变化也会对动物的抗病性有所改善,因而研究干旱胁迫对紫花苜蓿生长及次生代谢产物合成具有重要意义。本试验以3个紫花苜蓿品种(雷达克之星、保定苜蓿、农牧?806?(Medicago sativa))为试验材料,采用PEG-6000模拟干旱胁迫的方法,通过测定生长指标、生理生化指标、总黄酮含量、黄酮类化合物含量、黄酮合成关键酶活性及关键酶基因表达量分析比较了不同紫花苜蓿品种对干旱胁迫的响应,并通过叶面喷施不同浓度的5-氨基乙酰丙酸(ALA),探讨ALA对紫花苜蓿是否可以缓解干旱胁迫对紫花苜蓿幼苗生长的不利影响。(1)通过分析比较紫花苜蓿2个品种(雷达克之星和保定苜蓿)对干旱胁迫的响应。研究发现:适度的干旱胁迫降低了两品种紫花苜蓿叶片的相对含水量,增加了Chla、Chlb、Chl(a+b)、MDA、Pro、SS和SP的含量,并且在中等干旱胁迫下,两个紫花苜蓿品种的SOD、POD、CAT、APX和GR的活性显著增加,其中,雷达克之星叶片中抗氧化酶活性的变化高于保定苜蓿。(2)分析比较不同品种紫花苜蓿黄酮类化合物积累量的差异,探究干旱胁迫对不同品种紫花苜蓿内黄酮类化合物积累量的影响。研究表明:不同品种紫花苜蓿植株中黄酮化合物含量不同,其中,总黄酮含量表现为:雷达克之星>保定苜蓿>农牧?806?;随着PEG-6000模拟干旱胁迫浓度的增加,3个品种紫花苜蓿植株中黄酮类化合物含量呈出先上升后下降的趋势,与对照相比,10%-15%PEG-6000胁迫下,紫花苜蓿3个品种总黄酮含量以及虎杖苷、木犀草素、染料木素、山奈酚-3-O-芸香糖苷、苜蓿素、甘草素、芹菜素、7?4-二羟基黄酮含量达到最高。这一结果表明,适宜浓度的干旱胁迫可以促进紫花苜蓿植株中黄酮类化合物的合成。(3)研究不同干旱条件下3个紫花苜蓿品种黄酮合成关键酶活性及关键酶基因表达量发现,不同浓度的PEG模拟干旱胁迫下,3个紫花苜蓿叶片中PAL、4CL、C4H活性以及PAL、CHS和CHI表达量均呈先增加后降低的趋势,且适度(5%-10%)的干旱胁迫下PAL、4CL、C4H活性增至最大;PAL、CHS和CHI表达量也最高。这一结果说明适度的干旱胁迫通过调节紫花苜蓿黄酮类化合物合成途径上相关酶活性及相关基因表达量来调控黄酮类化合物的合成。(4)以紫花苜蓿雷达克之星品种为例,利用相关性分析法揭示紫花苜蓿黄酮类化合物积累量、黄酮类化合物合成途径相关酶以及相关基因表达量与生长形态指标以及生理特性之间的关系,分析表明:紫花苜蓿总黄酮含量与PAL、4CL、C4H活性以及PAL、CHS和CHI表达量表现出强正相关性;且Chla、Chlb、Chl(a+b)含量与PAL、4CL、C4H活性以及PAL、CHS和CHI表达量表现出强正相关性;POD活性与MDA、Pro和RWC含量与总黄酮含量表现出强正相关性;POD活性与PAL活性以及PAL表达量表现出强正相关性;APX活性与4CL和C4H活性及CHI相对表达量表现出强正相关性。(5)通过对15%PEG-6000模拟干旱胁迫下的紫花苜蓿(品种:农牧806)叶片喷施不同浓度(0、5、10、15、20、25 mg·L-1)的5-氨基乙酰丙酸来探究ALA对干旱胁迫下紫花苜蓿生长影响。结果表明:喷施适量的ALA能增加紫花苜蓿叶片中抗氧化酶活性和渗透调节物质含量的积累,10 mg·L-1ALA处理后,农牧?806?品种叶片中SOD、POD、CAT、APX活性及可溶性蛋白含量与对照相比显著增加,但MDA、-OH和H2O2的含量则显著降低;当ALA与15%PEG复配处理后,紫花苜蓿幼苗叶片的Chla、Chlb、Car以及Chl(a+b)含量与15%PEG处理相比分别增加;CAT、POD、SOD活性,可溶性蛋白和脯氨酸以及黄酮和皂苷含量与15%PEG处理相比增加,但丙二醛、H2O2-OH的含量却降低。研究发现,喷施ALA能够有效提高紫花苜蓿对干旱胁迫的耐受性,各浓度ALA对15%PEG不同时长胁迫的恢复效果不同,10 mg·L-1ALA的缓解效果较显著。
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