江西鉛山紅芽芋試管苗對鹽脅迫的生理響應

洪森榮等

摘 要 以江西鉛山紅芽芋試管苗為材料，研究其對鹽脅迫的生理響應。結果表明：（1）低濃度的NaCl（如1、2.5 g/L）有助于試管苗的生長發育，試管苗鮮重和干重顯著增加，但對根冠比無顯著影響。而高濃度的NaCl（如5、10、15 g/L）則抑制了試管苗的生長發育，試管苗鮮重、干重和根冠比明顯下降。（2）低濃度的NaCl（如1、2.5 g/L）有利于增加葉綠素和可溶性蛋白含量，提高超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性。但高濃度的NaCl（如5、10、15 g/L）則降低葉綠素和可溶性蛋白含量，降低SOD和POD活性。（3）任何濃度的NaCl脅迫均會導致紅芽芋葉片Na+含量和根系K+含量的增加，且葉片和根系的Na+/K+也隨NaCl濃度增加而升高。（4）任何濃度的NaCl脅迫均會造成紅芽芋試管苗葉片可溶性糖和脯氨酸含量的增加。低濃度的NaCl脅迫不會造成紅芽芋試管苗葉片丙二醛（MDA）含量和細胞質膜透性的變化，但高濃度的NaCl脅迫會造成紅芽芋試管苗葉片MDA含量和細胞質膜透性的增加。脯氨酸含量與可溶性總糖含量、MDA含量和質膜透性間呈顯著的正相關，表明鹽脅迫下脯氨酸積累的多少可反映紅芽芋試管苗的傷害程度。

關鍵詞 江西鉛山紅芽芋；試管苗； 鹽脅迫；生理響應

中圖分類號 Q945.78 文獻標識碼 A

Abstract The physiological responses of Jiangxi Yanshan red bud taro（Colocasia esculenta L. Schott var. cormosus CV. Hongyayu）plantlets under salt stress were studied. The results show that：（1）The lower concentration NaCl（1 g/L and 2.5 g/L）contributed to the growth and development of plantlets， the fresh weight and dry weight increased significantly and there was no significant effect on root/shoot ratio， while the higher concentration of NaCl（5 g/L， 10 g/L and 15 g/L）inhibited the growth and development of plantlets， fresh weight， dry weight and root/shoot ratio decreased significantly. （2）The lower concentration NaCl（1 g/L and 2.5 g/L）could increase the content of chlorophyll and soluble protein， improve the activity of SOD and POD. But the higher concentration of NaCl（5 g/L， 10 g/L and 15 g/L）decreased the content of chlorophyll and soluble protein content， decreased the activity of SOD and POD. （3）NaCl stress at any concentration all increased the Na+ and K+ content of red bud taro leaves and roots， and the Na+/K+ of leaves and roots also increased with the increasing of NaCl concentration. （4）NaCl stress at any concentration all increased the content of soluble sugar and proline of red bud taro. Low concentration NaCl stress did not result in the change of malondialdehyde content and the cytoplasmic membrane permeability of red bud taro tube seedlings leaf， but high concentration NaCl stress could cause the increase of malondialdehyde content and the cytoplasmic membrane permeability of red bud taro tube seedlings leaf. The content of proline showed significant positive correlation with the content of soluble sugar and MDA and the membrane permeability， which showed that the accumulative content of proline could reflect the hurt degree of red bud taro plantlet.

Key words Jiangxi Yanshan red bud taro（Colocasia esculenta L. Schott var. cormosus CV. Hongyayu）；Plantlets；Salt stress；Physiological responses

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.10.022

土壤鹽漬化是一個世界性的資源和生態問題[1]。當前，全世界已有鹽堿地1×109 hm2，約占陸地總面積的1/3，并且隨土壤次生鹽漬化現象的頻繁發生呈逐年增加趨勢[2]。土壤鹽漬化是限制作物生長和產量的主要環境脅迫因子之一，生長在鹽漬土壤的作物遭受干旱、離子毒害、礦質元素缺乏等逆境脅迫導致生長和生殖受限[3]，產量和品質降低，這種情況嚴重影響了作物生產的可持續發展和作物生產者的經濟效益。目前，對作物耐鹽性機理的研究已經越來越受到重視。但由于不同作物的組織結構和代謝機理不同，對鹽脅迫的反應及適應機理也不同，致使目前還沒有一個統一的機理能夠解釋所有作物對鹽的適應性[4]。

紅芽芋（Colocasia esculenta L. Schott var. cormosus CV. Hongyayu）屬天南星科草本植物[5]，是江西鉛山著名土特產，其獨特之處是芽紅、肉質白色、易煮爛，是江西鉛山外銷的主要優質蔬菜之一[6]。江西鉛山紅芽芋中碳水化合物含量較高，脂肪含量較低，蛋白質、維生素及礦物質元素含量豐富，營養全面，味香質滑，香醇可口，具有良好的食用價值和開發前景[7]，已成為城市菜食加工的主要原料，得到消費者喜愛，市場需求量大，各地紛紛種植，面積逐年增加。目前，紅芽芋的研究主要集中于高產栽培技術[6]、營養成分分析[7]及組織培養[8]等方面，但對紅芽芋耐鹽方面的研究尚無報道。本研究通過對鹽脅迫下江西鉛山紅芽芋試管苗生理生化指標的測定，探究其耐鹽性，以期為詮釋江西鉛山紅芽芋試管苗耐鹽及其耐鹽品種的突變體選擇提供理論參考和實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料

江西鉛山紅芽芋脫毒苗由江西省江天農業科技有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 培養基的配制 江西鉛山紅芽芋試管苗鹽脅迫培養基設置為①MS（CK）；②MS+1 g/L NaCl；③MS+2.5 g/L NaCl；④MS+5 g/L NaCl；⑤MS+10 g/L NaCl；⑥MS+15 g/L NaCl。每種培養基均添加30 g/L蔗糖，不加瓊脂，均為液體培養基，pH5.8～6.0。

1.2.2 鹽脅迫處理和形態指標觀察 在超凈工作臺內，將江西鉛山紅芽芋試管苗的單芽進行分離，切去根系和葉片，然后接種上述5種培養基中，每瓶接種5個單芽，每個處理培養10瓶。將接種好的紅芽芋試管苗置于MGG-300B型光照培養箱中，培養條件為：溫度（25±1）℃，光照強度1 000～2 000 lx，光照時間16 h/d。每天觀察記錄試管苗的生長情況，60 d后統計根數、根長和根粗等形態指標。

1.2.3 生長指標的測定 接種60 d后，取出10株帶根試管苗，去離子水洗凈根部附著的培養基，濾紙吸干水分，分地上部和根系稱取鮮質量和干質量（105 ℃殺青 10 min，60 ℃烘干至恒重）[9]，計算總生物量和根冠比。

1.2.4 部分生理指標的測定 接種60 d后，取出10株帶根試管苗，去離子水洗凈根部附著的培養基，濾紙吸干水分，剪取葉片，測定鹽脅迫下紅芽芋試管苗部分生理指標。總葉綠素（葉綠素a和葉綠素b）含量采用丙酮比色法測定[10]。可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定[10]。可溶性總糖含量采用蒽酮比色法測定[10]。脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定[10]。MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定[10]。POD活性采用愈創木酚法測定[10]。SOD活性采用鄰苯三酚自氧化法測定[10]。質膜透性采用相對電導率法測定[10]。

1.2.5 離子含量的測定 接種60 d后，取出10株帶根試管苗，去離子水洗凈根部附著的培養基，濾紙吸干水分。將試管苗分地上部和根系。Na+和K+提取采用陳貴林等[9]提供的方法，用原子吸收光譜儀測定試管苗地上部和根系Na+和K+含量。

1.3 數據處理

以上實驗均重復3次，本實驗所有數據表示為Mean（平均值）±SD（標準差），各組試驗數據采用SPSS19.0軟件進行One-Way ANOVA分析，并進行LSD法檢驗和統計學差異顯著性分析（p<0.05）。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對紅芽芋試管苗形態指標的影響

從表1可知，低濃度的NaCl（1、2.5 g/L）可促進紅芽芋試管苗芽數和根數的增加及新生根的增長。而高濃度的NaCl（5、10、15 g/L）則顯著抑制紅芽芋試管苗主要形態指標的增加。

2.2 鹽脅迫對紅芽芋試管苗生物量和根冠比的影響

由表2可知，低濃度鹽脅迫（1、2.5 g/L）下紅芽芋試管苗單株鮮重和單株干重與對照（0 g/L）相比顯著增加，且鹽濃度越高，增加幅度越大。高濃度鹽脅迫（5、10、15 g/L）下紅芽芋試管苗單株鮮重和單株干重與對照（0 g/L）相比顯著下降。在低濃度鹽脅迫（1、2.5 g/L）下，紅芽芋試管苗根冠比與對照（0 g/L）相比差異不顯著，但高濃度鹽脅迫（5、10、15 g/L）下紅芽芋試管苗根冠比與對照（0 g/L）相比極顯著下降。說明高濃度鹽脅迫（≥5 g/L）對紅芽芋試管苗地上部分的影響程度小于地下部分。

2.3 鹽脅迫對紅芽芋試管苗葉綠素含量的影響

由圖1可知，低濃度的NaCl（1、2.5 g/L）可促進紅芽芋試管苗總葉綠素含量的增加，高濃度的NaCl（5、10、15 g/L）顯著降低紅芽芋試管苗的總葉綠素含量。表明低濃度NaCl（≤2.5 g/L）處理有利于紅芽芋試管苗葉片葉綠素的合成，高濃度NaCl（≥5 g/L）處理抑制紅芽芋試管苗葉片葉綠素的合成。

2.4 鹽脅迫對紅芽芋試管苗有機滲透調節物質的影響

從圖2可知，隨NaCl脅迫濃度增加，紅芽芋試管苗中可溶性蛋白含量呈先增加后減少的變化趨勢。其中，1、2.5 g/L NaCl處理的可溶性蛋白分別比對照（0 g/L）增加約28.65%和63.77%，而5、10、15 g/L NaCl處理的可溶性蛋白含量卻比對照（0 g/L）減少約31.33%、52.40%和75.03%。該結果說明紅芽芋試管苗中可溶性蛋白合成可能受到低濃度NaCl（1、2.5 g/L）的促進和高濃度NaCl（5、10、15 g/L）的抑制。從圖2也可知，1 g/L的NaCl對紅芽芋試管苗葉片可溶性總糖含量無顯著影響，但隨著NaCl濃度的持續增加，紅芽芋試管苗葉片可溶性總糖含量也顯著增加。當NaCl濃度為15 g/L時，其可溶性總糖含量是對照的6.44倍。從圖2還可知，隨著NaCl濃度的增加，紅芽芋試管苗葉片脯氨酸含量也持續顯著增加，在15 g/L NaCl處理時脯氨酸含量達到最大值，分別是對照的4.42倍。

2.5 鹽脅迫對紅芽芋試管苗保護酶活性和膜脂過氧化作用的影響

鹽脅迫對紅芽芋試管苗POD活性的影響結果見圖3。由圖3可以看出，在低鹽脅迫（1、2.5 g/L）條件下，紅芽芋試管苗POD活性相比對照（0 g/L）顯著增強，而在高鹽脅迫（5、10、15 g/L）條件下，紅芽芋試管苗POD活性相比對照（0 g/L）顯著下降。從圖3也可知，隨著鹽濃度的增大，紅芽芋試管苗中SOD的活性呈現先上升后下降的變化，并且在NaCl濃度為2.5 g/L時出現峰值，顯著高于對照（0 g/L）；當NaCl濃度超過5 g/L時，SOD活性開始下降并且低于對照（0 g/L），說明低濃度鹽脅迫（≤2.5 g/L）可促進紅芽芋試管苗SOD的合成，而高濃度鹽脅迫（≥5 g/L）則抑制了SOD的合成。從圖3還可知，紅芽芋試管苗葉片MDA含量隨NaCl濃度的增加先不變后升高的變化趨勢，在0～2.5 g/L的 NaCl處理濃度內，MDA含量無顯著變化，但隨著NaCl濃度≥5 g/L時，則MDA含量顯著增加。圖3也表明，細胞質膜透性的變化曲線與MDA含量變化曲線類似，紅芽芋試管苗葉片細胞質膜透性在低NaCl脅迫（1、 2.5 g/L）下無顯著變化，但當NaCl濃度超過5 g/L時，細胞質膜透性開始顯著增加。

2.6 鹽脅迫對紅芽芋試管苗地上部、根系Na+和K+含量及其比值的影響

由表3可知，隨著NaCl濃度的增加，紅芽芋試管苗地上部和根系Na+含量較對照顯著增加。其中，各處理組試管苗地上部的Na+含量均高于根系。從表3還可知，隨著NaCl濃度的增加，紅芽芋試管苗地上部K+含量較對照顯著下降且各處理間差異顯著，而根系K+含量較對照顯著上升且各處理均顯著高于對照。紅芽芋試管苗地上部K+含量在低鹽脅迫下（1、2.5 g/L）高于根系，而高鹽脅迫下（5、10、15 g/L）低于根系。表3還表明，隨著NaCl濃度的增加，紅芽芋試管苗地上部和根系的Na+/K+也顯著增加，且各處理間差異顯著。

2.7 鹽脅迫下紅芽芋試管苗各生理指標雙變量相關分析

通過對鹽脅迫下紅芽芋試管苗的葉綠素含量（A）、可溶性總糖含量（B）、可溶性蛋白含量（C）、POD活性（D）、SOD活性（E）、脯氨酸含量（F）、MDA含量（G）和質膜透性相對值（H）采用SPSS19.0軟件進行雙變量相關分析， 結果表明，鹽脅迫下紅芽芋試管苗體內的脯氨酸含量變化與可溶性總糖含量、MDA含量變化和質膜相對透性變化間呈極顯著的正相關，Pearson相關系數r分別為0.982、0.919、0.977（表4）。這表明鹽脅迫下脯氨酸積累的多少可反映紅芽芋試管苗受鹽脅迫的傷害程度。

3 討論與結論

鹽逆境是植物生長的主要限制因子之一。植物的耐鹽機理十分復雜，不同植物或同一植物不同品種對鹽逆境的反應也存在著差異[11]。李會珍等[12]、崔焱森等[13]和包云飛等[14]發現，在鹽脅迫處理下，隨著鹽濃度的升高，試管苗的葉綠素含量顯著下降。杜喜梅等[15]發現0～2.0%的NaCl脅迫會造成煙草試管苗葉片中葉綠素的含量急劇下降。但本試驗結果表明，低濃度的NaCl可促進紅芽芋試管苗總葉綠素含量的增加，而高濃度的NaCl則顯著降低紅芽芋試管苗的總葉綠素含量。本實驗結果與陳貴林等[9]在西伯利亞白刺試管苗鹽脅迫的結論一致。

鹽脅迫條件下，植物細胞中的有機滲透調節物質也會發生變化[16]。西伯利亞白刺試管苗[9]和無花果試管苗[17]的可溶性糖含量隨著鹽濃度增加而逐漸增加。但在本實驗中，1 g/L的NaCl對紅芽芋試管苗葉片可溶性總糖含量無顯著影響，但隨著NaCl濃度的持續增加，紅芽芋試管苗葉片可溶性總糖含量才會顯著增加。王寶山等[18]認為，非鹽生植物遭受鹽脅迫時，其蛋白質含量下降。本實驗結果支持了這一觀點。脯氨酸是植物在鹽脅迫下易于積累的一種氨基酸[19]。段新玲等[17]、李會珍等[12]和陳貴林等[9]的研究結果證實，隨著外界鹽濃度的增加，無花果試管苗、馬鈴薯試管苗和西伯利亞白刺試管苗體內的脯氨酸含量會顯著升高。但包云飛等[14]研究結果表明，鹽脅迫下馬鈴薯試管苗的脯氨酸含量先升后降并趨于穩定。Yukika等[20]認為，脯氨酸的積累是植物為了對抗鹽脅迫而采取的一種保護性措施。但Liu等[21]認為，脯氨酸似乎更適宜作脅迫敏感性指標。本實驗結果也表明，隨著NaCl濃度的增加，紅芽芋試管苗葉片脯氨酸含量也會持續顯著增加，而且在鹽脅迫下紅芽芋試管苗體內的脯氨酸含量變化與可溶性總糖含量、MDA含量變化和質膜相對透性變化間呈極顯著的正相關，本實驗結果與杜喜梅等[16]和崔焱森等[13]在煙草和馬鈴薯大西洋試管苗上的研究結果一致。

植物處于鹽脅迫時，植物體會產生大量的活性氧，引發磷脂的過氧化，植物可以利用抗氧化酶系統來阻止氧化損傷[22]。馬鈴薯試管苗葉片中SOD和POD活性在低鹽濃度下顯著增加而在高鹽濃度下顯著降低[12]。本實驗結果也表明，隨著鹽濃度的增大，紅芽芋試管苗SOD和POD活性均呈現先上升后下降的變化，并且在NaCl濃度為2.5 g/L時出現峰值，這說明低濃度鹽脅迫可促進紅芽芋試管苗SOD和POD的合成，而高濃度鹽脅迫則抑制了SOD和POD的合成。但包云飛等[14]發現， 隨鹽濃度增加，馬鈴薯試管苗的SOD 活性不斷降低，而POD 活性先升后降。MDA和相對電導率是直接反映膜受損程度的2個指標。馬鈴薯大西洋試管苗[13]和煙草試管苗[16]在鹽脅迫下均出現質膜透性增大MDA含量增加的現象。但西伯利亞白刺試管苗在鹽脅迫下，MDA含量呈先升后降、先降后升的趨勢，而細胞質膜透性持續上升[9]。本實驗結果也表明，紅芽芋試管苗葉片MDA含量隨NaCl濃度的增加呈先降低后升高的變化趨勢，但紅芽芋試管苗葉片細胞質膜透性在低NaCl脅迫下無顯著變化，當NaCl濃度超過5 g/L時，細胞質膜透性才開始顯著增加。

Na+和K+是主要的無機滲透調節離子，植物地上部Na+/K+值可作為植物耐鹽的重要生理指標之一[11]。在鹽脅迫下，馬鈴薯大西洋試管苗根莖葉[13]和無花果葉片[17]中的Na+含量大幅度增加，K+含量基本穩定，Na+/K+比值極顯著增加。但鹽脅迫下的煙草試管苗Na+含量雖有大幅度增加，K+含量卻顯著下降[16]。西伯利亞白刺試管苗在鹽脅迫下則Na+含量和根系K+含量均增加，Na+/K+比值也增加[9]。而在本實驗中，隨著NaCl濃度的增加，紅芽芋試管苗地上部和根系Na+含量顯著增加。但地上部K+含量顯著下降，根系K+含量顯著上升，地上部和根系的Na+/K+也顯著增加。究其原因，可能是植物種類差異所致。

綜上所述，鹽脅迫明顯抑制了紅芽芋試管苗的生長，也對其生理生化特征影響顯著，但相關鹽濃度對紅芽芋試管苗的光合生理特征方面的影響，還有待進一步的研究。

參考文獻

[1] 呂晉慧， 任 磊， 李艷鋒，等. 不同基因型茶菊對鹽脅迫的響應[J]. 植物生態學報， 2013， 37（7）： 656-664.

[2] 尹海龍，田長彥. 根施甜菜堿對鹽脅迫下玉米幼苗根系生長與光合特性的影響[J]. 干旱區資源與環境， 2013， 27（9）： 113-118.

[3] 楊小菊， 趙 昕， 石 勇，等. 鹽脅迫對砂藍刺頭不同器官中離子分布的影響[J]. 草業學報， 2013， 22（4）： 116-122.

[4] 秦 景， 董雯怡， 賀康寧，等. 鹽脅迫對沙棘幼苗生長與光合生理特征的影響[J]. 生態環境學報， 2009， 18（3）： 1 031-1 036.

[5] 吳才君， 范淑英， 蔣育華，等. 芋對斜紋夜蛾的誘集作用[J]. 生態學雜志， 2004， 23（4）： 172-174.

[6] 肖月土. 紅芽芋無公害高產栽培技術[J]. 作物雜志， 2006， 22（2）： 55-56.

[7] 姜紹通， 程元珍， 鄭 志， 等. 紅芽芋營養成分分析及評價[J]. 食品科學， 2012， 33（11）： 269-272.

[8] 李火金. 鉛山紅芽芋莖尖脫毒組培繁育及高產栽培[J]. 中國蔬菜， 2012， 32（3）： 45-46.

[9] 陳貴林， 王晨霞，陳建英. NaCl脅迫對白刺試管苗滲透調節物質及離子含量的影響[J]. 西北植物學報， 2009， 29（6）： 1 233-1 239.

[10] 李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京： 高等教育出版社， 2000.

[11] 徐鮮鈞， 沈寶川，祁建民. 植物耐鹽性及其生理生化指標的研究進展[J]. 亞熱帶農業研究， 2007， 3（4）： 275-280.

[12] 李會珍， 張志軍， 許 玲，等. 離體條件下鹽脅迫對馬鈴薯試管苗葉綠素含量， 脯氨酸累積和抗氧化酶活性的影響[J]. 浙江大學學報（農業與生命科學版）， 2006， 32（3）： 300-306.

[13] 崔焱森， 張俊蓮， 李學才，等. 馬鈴薯試管苗對鹽脅迫的生理反應[J]. 中國馬鈴薯， 2007， 21（1）： 1-5.

[14] 包云飛， 李穎邦， 粟盛穎，等. 鹽脅迫對馬鈴薯試管苗生理生化特性的影響[J]. 湖南農業科學， 2013， 43（13）： 24-27.

[15] 杜喜梅， 張俊蓮， 王 蒂，等. 煙草試管苗對鹽脅迫的生理響應[J]. 干旱地區農業研究， 2007， 25（4）： 238-242.

[16] 張海燕，趙可夫. 鹽分和水分脅迫對鹽地堿蓬幼苗滲透調節效應的研究[J]. 植物學報， 1998， 40（1）： 56-61.

[17] 段新玲， 任東歲，史文波. 無花果試管苗在NaCl脅迫過程中的溶質積累[J]. 西北植物學報， 2001， 21（5）： 1 013-1 017.

[18] 王寶山， 姚敦義. 鹽脅迫對沙棗愈傷組織膜透性、膜脂過氧化和SOD活性的影響[J]. 河北農業大學學報， 1993， 16（3）： 20-24.

[19] Parida A K， Das A B. Salt tolerance and salinity effects on plants： a review[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，2005， 60（3）： 324-349.

[20] Yukika S， Hiroko U， Kazuhiro K， et al. Novel light-dark change of proline levels in halophyte（Mesembryanthemum crystallinum L.）and glycophytes（Hordeum vulgare L. and Triticum aestivum L.）leaves and roots under salt stress[J]. Plant and Cell Physiology， 1995， 36（6）： 965-970.

[21] Liu J， Zhu J K. Proline accumulation and salt-stress-induced gene expression in a salt-hypersensitive mutant of Arabidopsis[J]. Plant Physiology， 1997， 114（2）： 591-596.

[22] Mandhania S， Madan S， Sawhnev V. Antioxidant defense mechanism under salt stress in wheat seedlings[J]. Biologia Plantarum， 2006， 50（2）： 227-231.