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水分胁迫对植物的影响
一、实验目的
当植物体内发生水分亏缺时，代谢过程会发生明显的改变，生活活动发生障碍。其中形态方面主
要表现在根系发育受到影响，根长、根数和质量明显减少，根系活力降低；茎叶生长缓慢；生殖器官的
发育受阻。生理生化方面主要表现为细胞膜的透性增强，细胞内的溶质外渗，相对电导率增大；细胞内
蛋白质分子变性凝固且蛋白质合成受阻；酶系统发生紊乱；叶片气孔关闭，CO2进入量减少，光合作用
下降，同化产物积累降低；开始干旱时呼吸加强，随后逐渐减弱，能量供应减少，干旱持续下去，糖类
与蛋白质消耗量增加，引起植物早衰。所有这些变化最终导致植物生物量和产量的下降。
聚乙二醇（PGE）是常用来造成水分胁迫的渗透剂，它使组织失水而起到类似自然的干旱作用。
本研究用不同浓度的PEG-6 000溶液作渗透介质， 在模拟干旱条件下研究了小麦种子萌发期的芽
长、芽鞘长、胚根长度、根数等形态性状和脯氨酸等生理性状的变化，旨在探讨小麦芽期的抗旱机制。
二、仪器设备和材料
分光光度计，离心机，电子天平，水浴锅；培养皿（直径120mm），滤纸（直径125mm定量滤纸
若干），250ml烧杯，100ml棕色小口试剂瓶，50、100、250ml容量瓶，15×150、25×200试管，
15ml具

塞试管，
移液管，漏斗，玻璃棒，镊子，毫米刻度尺，剪刀；PEG-6000（聚乙二醇），次氯酸钠，L-脯
氨酸，酸性茚三酮溶液（将1.25g茚三酮溶于30ml冰醋酸和20ml6mol/L磷酸中，搅拌加热（70℃）溶
解，贮于冰箱中），3％磺基水杨酸（3g磺基水杨酸加蒸馏水溶解后定容至100ml），冰醋酸，甲苯；小
麦种子等。
三、实验方法和步骤
（1）种子的预处理：用10%的次氯酸钠消毒10min，蒸馏水冲洗数次后，于烧杯中浸种24 h。
（2）器皿准备：取培养皿15套，分别用以下不同浓度值（3）作为编号贴好标签。
（3）配制不同浓度梯度的PEG-6000溶液
分别配制PEG-6 000 浓度为10%、20%、30%、40%的4 种溶液各250ml。蒸馏水为对照（CK），
共3个处理。
（4）在每个培养皿底部平铺两张滤纸。每个浓度梯度处理重复3 次，分别标记1、2、3，作为平
行样。
2.种子的培养
用5种处理溶液分别注入垫有两张滤纸，直径为120 mm 的培养皿中。取浸种24 h 萌动一致的小
麦种子，每个培养皿中摆放100粒，盖上盖置实验室内室温下培养。从种子置于培养皿内起开始观察。
以胚根长达到种子长度的一半时视为发芽，以具明显胚芽鞘及胚根作为发芽标准。各个培养皿中每天下
2

午15:00左右适当补充相同处理溶液。注意观察始芽期，之后第7天调查发芽率，并随机选取10 株幼
芽，测定相关形态和生理性状。
3.实验记录
形态指标的测定：调查始芽期，7 d 后调查发芽率，隔日测定根数、胚芽鞘长度、幼芽长度和胚根
长度。将测定结果记入表1。
表1 不同浓度的PEG 处理对小麦形态指标的影响
浓度/% 指标 PEG
0 10 20 30 40
发芽率/%
根数
根长/cm
芽长/cm
芽鞘长/cm

生理指标的测定：分别取各个处理的幼苗叶片来测定不同浓度胁迫下叶片中脯氨酸含量。脯氨酸
的测定参照实验教材（《生态学实验与实习》（第二版），杨持主编，P41-42）。
四、作业
绘制PEG浓度与生理指标相关曲线；并分析水分胁迫对小麦形态指标和生理指标的影响，以及小麦
芽期的抗旱机制。
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实验结果：
1、 不同浓度PEG对小麦发芽率和形态指标的影响

表1 不同浓度PEG胁迫下小麦的形态指标
浓度/%
指标
PEG

0 10 20 30 40
发芽率/% 80 47 25 11 0
根数 4.6 3.6 2.1 1.6 0
根长/cm 5.8 3.5 1.9 1.2 0
芽长/cm 9.7 3.4 1.3 0.8 0
芽鞘长/cm 3.8 2.5 1.6 0.5 0

图1 不同浓度PEG对小麦形态指标的影响
0
2
4
6
8
10
12

010203040
形
态
指
标
根数
根长
芽长
芽鞘长

结果分析：不同浓度PEG 处理对小麦种子发芽率的影响见表1，PEG 胁迫下小麦幼苗发芽率明显下
降，而且随着PEG 浓度的增加，小麦幼苗的发芽率呈下降趋势。这说明在不同浓度PEG 处理下小麦种
子的发芽速度受到严重影响。
PEG 胁迫下，小麦幼苗的生长明显受到抑制（表1和图1）。不同浓度PEG 处理下小麦芽期根数、
根长、胚芽长度、胚芽鞘长度均低于对照。植物根系是植物直接吸收水分的重要器官，它对植物的耐旱
功能具有至关重要的作用。实验表明，胚根长比对照均有所降低，小麦胚根的生长速度均比对照慢，随
4

着处理浓度的增大，胚根生长受到抑制更明显。
2、不同浓度PEG对小麦幼苗叶片脯氨酸含量的影响
先根据回归方程计算出2ml测定液中脯氨酸的含量（Xμg/2ml），然后计算样品中脯氨酸含量的百
分数。计算公式为：脯氨酸含量（μg/g）＝[X×5/2]/样重（g）。不同浓度PEG胁迫下小麦幼苗叶片的脯
氨酸含量见表2。
表2 不同浓度PEG胁迫下小麦幼苗叶片的脯氨酸含量
PEG浓度 脯氨酸（µg/g FW）
0 22.4
10 45.6
20 61.8
30 72.5

图2 不同浓度PEG对小麦幼苗叶片脯氨酸含量的影响
0
10
20
30
40
50
60
70
80

0102030
脯
氨
酸
（
µ
g
/
g
F
W
）
5

结果分析：小麦幼苗在水分胁迫下累积脯氨酸，其含量随胁迫强度的增加而增加，脯氨酸含量的变
化程度与小麦的抗旱性密切相关，不同浓度PEG 处理下脯氨酸含量增加的程度不一致。脯氨酸大量积
累的作用除保持原生质与环境渗透平衡，防止水分散失外，还可能直接影响蛋白质的稳定性。小麦受到
水分胁迫时，大多数叶片和根系中的脯氨酸及其他的游离氨基酸含量均明显提高，发生积累。不同浓度
PEG 胁迫下小麦芽期脯氨酸含量变化如图2， 随着PEG 浓度的增大，小麦芽期脯氨酸含量一直升高。