论文总字数：16359字

目 录

摘要 1

1引言 3

2材料与方法 4

2.1材料 4

2.2方法 4

2.2.1 O₃浓度设置 4

2.2.2玉米种子发芽率、发芽势试验 5

2.2.3 玉米种子内生菌的测试 5

2.2.4 病程相关蛋白的测定 5

2.3统计方法 7

3结果与分析 7

3.1 O₃浓度增加对玉米发芽势与发芽率的影响 7

3.2 O₃浓度增加对玉米种子内生菌的影响 8

3.3 O₃浓度增加对病程相关蛋白酶的影响 9

3.3.1 O₃浓度升高对过氧化氢酶活性的影响 9

3.3.2 O₃浓度升高对过氧化物酶活性的影响 10

3.3.3 O₃浓度升高对多酚氧化酶活性的影响 11

4 结论与讨论 11

4.1结论 11

4.2讨论 12

参考文献 14

致谢 16

地表臭氧浓度升高对玉米种子抗病生理的影响

赵珍

，China

Abstract:To explore the effect of surface layer elevated ozone concentration to the physiological resistance of corn seed,setting the test of ozone concentration increased is to know the endophytes of corn seed,the corn seed germination potential and the activity of pathogenesis-related protein.The result of the test shows that,the corn seed germination potential doesn’t decrease with the increasing of ozone concentration,but suppresses the germ of the elongation and enlargement;when the ozone concentration is 80nl/L and 120nl/L,endophytic fungus detection rate increases to 28% and 24% respectively,and most of them are mucor and rhizopus;the activity of CAT and POD is suppressed by 64.9% and 54.5%.During the period of the seeds,the activity of PPO has not significant difference under different concertration of ozone.the results show that,ozone reduces the activity of corn seed,changes the corn seed interaction with endogenous fungus,increased mold detection rate,increases the probability of infection pathogens in the process of the late maize growth and the activity of pathogenesis-related protein depresses the diseaes resistance of corn.

Key words:ozone,endophytic fungi,CAT,POD,PPO

1引言

随着工业化和信息化的发展，汽车所有量和燃煤燃油量不断增加，汽车尾气所排放的氮氧化物（NOx）和燃油燃煤所产生的氮氧化物（NOx）以及挥发性有机物(VOCs)，在光化学反应下可以产生臭氧，使近地层大气臭氧浓度不断增高。对地球大环境来说，平流层臭氧必不可少，但是，较多的臭氧在近地层大气中却会对人和动植物有很多负面影响。臭氧浓度过高是人类呼吸道疾病增多的一个重要原因，臭氧浓度升高也会产生呼吸病症和肺病，严重情况下甚至会危及人们的生命。臭氧浓度过高不但对人类有严重影响，对植物生理活动也有较大影响，干扰植物的正常生长；O₃会干扰植物的光合作用，对植物的生长有抑制作用，CO₂的吸收量也会降低，同时降低叶片气孔导度、光合速率、株高和叶面积，加速植物老化^[1]，改变碳代谢, 并引起作物和林木减产,对全球生态系统安全产生严重威胁^[2]。臭氧的强氧化性也会破坏植物中的蛋白，从而影响植物生长。臭氧浓度的不断增高对人类的生存环境以及农作物的生长环境有极大的影响。

据国家统计局发布的统计数字表明，2012 年全国玉米产量为20812 万t，增产1534 万t，玉米产量超过稻谷产量383 万t，已经成为了我国第一大粮食作物品种^[3]。高浓度的O₃会破坏玉米叶片的光合器官，使消耗的二氧化碳减少，从而使玉米细胞内滞留的二氧化碳量上升，外界二氧化碳进入细胞的量减少，从而形成恶性循环，会减少玉米的光合作用量和生物量积累, 最终导致玉米产量和品质的下降^[4]。近地层O₃浓度的升高对玉米生理生化的影响，是其产量和品质下降的主要原因。当前植物生态学中的研究热点之一就是内生菌对植物生理生化的影响。内生菌是指在生活的特定阶段或全部阶段，生活在健康植物的各种组织和器官的细胞间隙或细胞内的菌类。内生菌的存在对植物的生长具有重要意义。植物内生菌可以通过宿主根部发育和生物固氮作用而吸收更多无机氮素；也可促进宿主氮代谢，影响宿主体内氮代谢相关酶活性；通过产生各种植物激素和多种维生素影响宿主氮代谢；通过调节宿主氮吸收与代谢从而影响宿主生长发育，影响植物氮代谢从而促进宿主分蘖，提高宿主体内叶绿素含量和光合速率^[5]。近年来，近地层臭氧浓度的不断增加对植物生理生化的影响，逐渐成为国内外专家学者的关注要点。

玉米种子内具有的内生菌包括内生细菌、内生真菌和内生放线菌。内生菌的数量和种类对玉米种子的发芽和后期成长具有直接联系。内生放线菌对玉米的四种病害（玉米大斑病，玉米小斑病，玉米纹枯病，弯孢菌叶斑）有明显抑制作用^[6]。内生真菌可以影响植物的生理代谢，改变宿主的抵抗力^[7]。内生真菌通过其代谢作用可以促进植物的生长发育，以不同的形式促进植物对养分的吸收，如活化硝酸还原酶、分泌铁载体和磷酸酶等^[8-9]。某些真菌通过侵染作物，可以分泌产生多糖类黏液物质，在根系的表面形成菌膜，从而提高植物的抗干旱胁迫能力^[10]。内生菌在植物体内与植物之间的相互作用对植物的生长具有重要意义^[11]。植物通过呼吸作用将O₃吸收至植物体内，甚至通过代谢作用使臭氧充满植物体内。在一定浓度内，臭氧具有杀菌的作用，故O₃浓度过高对玉米内生菌数量和种类的具有直接影响，并且也直接关系到玉米的品质问题。种子发芽率是种子质量的重要指标之一, 种子用价的高低和播种品质的优劣取决于发芽率的高低^[12]。O₃浓度过高对玉米种子发芽势的影响也是衡量玉米品质的重要指标。

近代植物学研究显示，植物与动物有不同的免疫系统，在外援诱导因子的作用下，会产生一系列抗性反应^[13]，病程相关蛋白（PRS）是其中与抗性反应相关物质。PRS 蛋白( Pat hogeneis -Related proteins)即病程相关蛋白，指的是植物被病原体感染或经过一些特定化合物处理后新产生的一种或几种蛋白质, 后来发现这些蛋白质都与病原菌侵染有关。有研究已发现玉米种子吸水萌发后、胚根及玉米幼苗叶片诱导后都可生成玉米病程相关蛋白（PRm），PRm参与了玉米对病原菌的诱导抗性^[14]。而臭氧对玉米病程相关蛋白的影响会继而影响到玉米的抗病性。近地层臭氧浓度增加对玉米内生菌以及病程相关蛋白的综合性影响的研究对玉米种子的品质和后期生长有重要指导意义，有助于指导对提高玉米在生长过程中的对一些玉米病害的抗病性的研究。

2材料与方法

2.1材料

玉米种子，丰乐浚单20号；PDA培养基，加入抗生素（青霉素钠）。

2.2方法

2.2.1 O₃浓度设置

利用紫外灯产生的臭氧进行臭氧浓度增加的试验。其原理为氧气分子可以在紫外光的作用下分解并聚合成臭氧，大气上空的臭氧层即是由此产生的^[15]。波长λ＝ 185nm(10 ^-9 m) 的紫外光效率最高，此时，光量子被 O₂ 吸收率最大。反应基本过程为：O₂ ＋ hr→ O O ，O₂ O M→ O₃ M 。Hr为紫外光量子，M为惰性物体，如氮、二氧化碳气体分子、反应器器壁等。在试验中，使用185nm 紫外光产生臭氧的光效率为130gO₃ /kw•h ,是比较高的.但目前低压汞紫外灯的电－光转换效率很低,只为0.6%-1.5％,则紫外法产生臭氧的电耗高达 600kwh/kgO₃ ,即1.5gO₃ /kw•h。经计算，紫外灯照射4h，O₃浓度增加40nl/L，开灯8h增加的O₃浓度为80 nl/L。加上当前底层大气O₃背景值40nl/L，试验设置S₁为紫外灯照射4h，O₃浓度80nl/L，S₂为紫外灯照射8h，O₃浓度120nl/L，以不经臭氧处理的大气背景空气设为对照（CK）。计算每处理的积累臭氧浓度（AOT₄₀）。

2.2.2玉米种子发芽率、发芽势试验

取种，将玉米种子放在培养皿里的吸水滤纸上，培养皿中水淹没玉米种子一半。再将培养皿放在超净台里，用硬纸板罩住，透气不透光。打开紫外灯产生臭氧，与没有臭氧条件的玉米种子进行对照。设置梯度，分别为无臭氧处理，紫外灯照射4h，紫外灯照射8h。每天观察玉米种子发芽情况并做记录。培养皿内水分减少时要及时补充水分，使培养皿内水分没过玉米种子的一半高。计算发芽势和发芽率。

发芽势（%）= ×100

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