鹽脅迫對海濱錦葵幼苗生長及抗氧化酶活性的影響

摘要：研究了鹽脅迫對海濱錦葵幼苗生長和抗氧化酶活性的影響。結(jié)果表明：低濃度鹽脅迫處理能促進海濱錦葵生長，使其葉綠素含量、株高、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量均高于對照，丙二醛（MDA）含量變化不大；而高濃度鹽脅迫處理抑制其生長，表現(xiàn)為葉綠素含量、株高、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量顯著降低，MDA含量明顯升高；抗氧化酶系統(tǒng)中SOD、POD活性隨著NaCl濃度增大而升高，而CAT活性則隨著NaCl濃度增大先升高后降低。

關(guān)鍵詞：海濱錦葵；NaCl脅迫；丙二醛；抗氧化酶

中圖分類號： Q945.78 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）07-0370-03

收稿日期：2013-10-16

基金項目：中國農(nóng)業(yè)大學本科生科研訓練計劃（編號：URP201213）。

作者簡介：張櫟（1992—），男，山東淄博人，研究方向為設施科學與農(nóng)業(yè)工程。E-mail：1847051582@qq.com。

通信作者：王紅艷，碩士，助理研究員，主要從事植物逆境生理研究。E-mail：whyl980221@163.com。土壤鹽漬化是一個世界性的資源問題和生態(tài)問題，是當今農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的重大非生物環(huán)境脅迫因素之一[1]。目前全球約有10億hm2鹽漬化土地，占全球陸地面積的10%，廣泛分布于100多個國家和地區(qū)[2]。我國是世界鹽堿地大國之一，各類鹽漬土總面積為9913. 3萬hm2，廣泛分布于西北地區(qū)、華北地區(qū)、東北地區(qū)西部和濱海地區(qū)[3]。如何改良和高效利用這些鹽土資源，不僅是解決我國面臨的人口、糧食、資源、環(huán)境等問題的重要途徑，也是改善生態(tài)環(huán)境，推動社會、經(jīng)濟、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要措施，而開發(fā)鹽土資源和發(fā)展鹽土農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵是篩選和培育耐鹽經(jīng)濟植物[4-5]。近年來人們除了開發(fā)利用本土鹽生植物資源外，還通過各種渠道從國外引進多種耐鹽經(jīng)濟植物，海濱錦葵（Kostelezkya virginica）即為其中之一。海濱錦葵原產(chǎn)美國東部沿海地區(qū)的含鹽沼澤地帶，是適宜海濱地區(qū)生長的多年生草本植物，其種子富含蛋白質(zhì)、脂肪（多為不飽和脂肪酸）與礦物質(zhì)，是一種多用途的優(yōu)良耐鹽油料植物。1992—1993年南京大學生命科學學院鹽生植物實驗室將海濱錦葵從美國引入我國，并在遼寧、江蘇、山東等省沿海灘涂種植，試驗表明海濱錦葵是一種優(yōu)良的灘涂開發(fā)利用植物[6-9]。目前海濱錦葵的相關(guān)研究集中在對其引種生態(tài)學及籽粒的經(jīng)濟價值上，對其耐鹽生理的研究很少。本研究探討了不同鹽脅迫濃度對海濱錦葵幼苗生長過程中一些生理生化指標的影響，初步探索了海濱錦葵在鹽脅迫條件下的生理適應機制，旨在為其在沿海灘涂種植和大面積推廣應用提供基礎資料。

1材料與方法

1.1試驗材料

海濱錦葵種子于2011年9月人工采集于中國農(nóng)業(yè)大學煙臺研究院試驗基地，經(jīng)除雜、晾干后避光貯存于干燥通風處。試驗于2012年6—8月在中國農(nóng)業(yè)大學煙臺研究院植物生理實驗室進行。

1.2試驗方法

1.2.1幼苗培養(yǎng)和脅迫處理選取飽滿、均勻、外觀良好的海濱錦葵種子，用98%濃硫酸浸泡30 min，用水清洗后，再用0.1%氯化汞消毒10 min，用蒸餾水洗凈后播種于周轉(zhuǎn)箱中，放入溫室培養(yǎng)。待海濱錦葵長出2對真葉后，挑選生長一致的幼苗，將其小心移出并洗凈根部，定植于底部帶孔的塑料花盆中，栽培基質(zhì)為干凈河沙，每盆3棵幼苗，用1/2 Hoagland營養(yǎng)液隔天澆灌。20d后選擇長勢一致的材料，分別用含50、100、200、300 mmol/L NaCl的1/2 Hoagland培養(yǎng)液進行脅迫處理，每個鹽脅迫處理重復3次，對照為1/2 Hoagiand培養(yǎng)液。為避免鹽沖擊，處理液濃度每天遞增50 mmol/L。各處理于同一天達到預定濃度，然后隔天以預定濃度的處理液澆灌，澆灌量為細沙持水量的3倍，使根部溶液徹底更新。鹽脅迫處理2周后統(tǒng)一采樣，測定相關(guān)指標。

1.2.2株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量測定每處理選取長勢相當?shù)挠酌?株，用直尺測量株高，以露出土壤部分的最低點和最高點計數(shù)，取5個重復的平均值并記錄。然后將幼苗小心拔出并保證根系完整，用蒸餾水洗凈并用濾紙吸干，稱其鮮質(zhì)量（FW）。隨后于110 ℃殺青30 min，后在80 ℃烘干至恒重并測定干物質(zhì)質(zhì)量（DW）。各指標取5個重復的平均值。

1.2.3生理生化指標測定葉綠素含量測定采用丙酮法[10]；丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸法[10]；超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氮藍四唑（NBT）法[11]；過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[11]；過氧化氫酶（CAT）活性測定采用紫外吸收法[11]。每處理取相同部位葉片測定以上各項指標，每個處理3次重復。

1.2.4數(shù)據(jù)處理與分析使用Origin 7.5 、SPSS 17.0軟件進行作圖及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1鹽脅迫對海濱錦葵幼苗株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的影響

鹽脅迫對植物生長影響的最直觀指標是生物量。如圖1、圖2所示，隨著NaCl濃度增大，海濱錦葵幼苗的株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均呈先升高后降低的趨勢。在50 mmol/L NaCl處理下，海濱錦葵幼苗株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量與對照差異顯著；在 100 mmol/L NaCl處理下，海濱錦葵幼苗株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量比對照略有增加；隨著NaCl濃度進一步增大，其株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量持續(xù)降低。綜上，低鹽濃度處理能促進海濱錦葵幼苗生長，但NaCl濃度超過100 mmol/L時則抑制其生長。

2.2鹽脅迫對海濱錦葵幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素含量在一定程度上可以反映植物光合能力。如圖3所示，在50、100 mmol/L NaCl低鹽濃度處理下海濱錦葵幼苗葉綠素含量較對照組高，幼苗生長狀況較好；隨著NaCl濃度增大，海濱錦葵幼苗葉綠素含量則明顯下降，原因可能是高濃度NaCl抑制了葉綠素合成，進而降低光合作用效率，使幼苗生長狀況受到影響。試驗還發(fā)現(xiàn)，相同培養(yǎng)時間內(nèi)，200、300 mmol/L NaCl處理下幼苗節(jié)間短、葉片小，這與幼苗株高、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量的結(jié)果是一致的。

2.3鹽脅迫對海濱錦葵幼苗丙二醛含量的影響

丙二醛是膜脂過氧化作用的產(chǎn)物之一，其含量常用來表示質(zhì)膜過氧化損傷程度。NaCl脅迫對海濱錦葵幼苗MDA含量也產(chǎn)生影響。如圖4所示，50、100 mmol/L NaCl處理下，海濱錦葵幼苗MDA含量與對照相當，沒有顯著差異；而在200、300 mmol/L NaCl處理下其MDA含量顯著升高。這說明低鹽處理促進了海濱錦葵幼苗生長，沒有造成氧化損傷；而高鹽處理則可能導致氧化損傷，破壞了正常的細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)，最終抑制海濱錦葵幼苗生長。

2.4鹽脅迫對海濱錦葵幼苗抗氧化酶活性的影響

抗氧化酶是植物體內(nèi)重要的活性氧清除系統(tǒng)，具有維持活性氧代謝、保持膜結(jié)構(gòu)和功能的作用。正常條件下，植物體內(nèi)活性氧水平很低，而鹽脅迫則導致植物體內(nèi)活性氧增多，繼而產(chǎn)生氧化脅迫[12-13]，同時抗氧化酶活性也會產(chǎn)生相應變化。一般認為，SOD、POD、CAT是3種重要的抗氧化酶，其中SOD使超氧陰離子轉(zhuǎn)化為H2O2、O2，H2O2再通過POD、CAT分解成無毒的H2O、O2，三者之間協(xié)調(diào)作用能有效清除植物體內(nèi)的活性氧。如圖5、圖6、圖7所示，隨著NaCl濃度增大， SOD、POD活性逐漸升高；而CAT活性則先升高、后下降，在100 mmol/L NaCl處理時其活性最高。低鹽處理時，SOD、POD、CAT活性增加，能夠消除由鹽脅迫誘導產(chǎn)生的活性氧，從而保證細胞的正常結(jié)構(gòu)和代謝活動；但隨著鹽濃度增大，CAT活性受到抑制，而SOD、POD活性的增加不足以對抗鹽脅迫誘導產(chǎn)生的大量活性氧時，則導致氧化損傷，這與MDA含量的增加相互印證。

3結(jié)論與討論

一般認為，鹽脅迫對植物的傷害主要是通過滲透脅迫、離子毒害、營養(yǎng)失衡以及鹽脅迫的次級反應如氧化脅迫等過程而實現(xiàn)[1]。植物適應鹽脅迫的機制一直是學者關(guān)注的焦點，研究發(fā)現(xiàn)，植物適應鹽脅迫的生理機制主要包括提高抗氧化酶系統(tǒng)的活性，離子選擇性吸收，離子區(qū)域化，拒鹽作用以及合成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等[ 14]；但是對于不同強度和不同持續(xù)時間的鹽脅迫，不同植物有不同的生理響應機制。

本研究采用不同濃度NaCl溶液模擬鹽脅迫處理海濱錦葵幼苗2周，研究了海濱錦葵幼苗對鹽脅迫的生理響應。結(jié)果表明：海濱錦葵幼苗對鹽脅迫有較強的適應能力，低于 100 mmol/L NaCl的處理能夠促進其生長，表現(xiàn)為葉綠素含量、株高、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量均高于對照，指示膜傷害程度的MDA含量也沒有明顯升高，抗氧化酶SOD、POD、CAT活性均高于對照，這表明海濱錦葵在低濃度鹽脅迫環(huán)境中能夠通過提高抗氧化能力而維持正常生長，對鹽脅迫具有一定的緩解效應，這可能與其長期適應鹽漬生長環(huán)境有關(guān)。但當NaCl濃度高于 200 mmol/L 時，其生長明顯受到抑制，表現(xiàn)為葉綠素含量、株高、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量顯著降低，MDA含量明顯升高，這說明海濱錦葵對鹽漬環(huán)境的耐受性是有限的，盡管抗氧化酶SOD、POD活性仍高于對照，但高濃度鹽脅迫處理可能導致海濱錦葵幼苗體內(nèi)活性氧大量增加，超過了抗氧化酶的清除能力，從而造成細胞膜結(jié)構(gòu)被破壞，葉綠素合成受阻，光合作用能力降低，使其生長受到抑制。

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