硫酸鎂、復合鹽脅迫下抗蟲棉幼苗抗氧化生理反應

摘要：以冀豐4號、冀豐554、晉棉47這3個品種棉花幼苗為供試材料，采用室內水培方法，研究硫酸鎂、復合鹽不同濃度（0、25、50、75、100 mg/L）脅迫對種棉花幼苗過氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸（Pro）含量3種生理指標的影響，結果表明：試驗范圍內，隨脅迫濃度的升高，POD活性先升后降，MDA與 Pro含量一直上升；3個品種棉花幼苗對脅迫的忍耐濃度在100 mmol/L左右，75 mmol/L左右達到晉棉47和冀豐554 POD調節的閥值范圍，50 mmol/L 左右達到冀豐4號POD調節的閥值范圍；棉花幼苗對硫酸鎂脅迫的耐性低于復合鹽，對硫酸鎂的耐性為晉棉47>冀豐554 >冀豐4號；MDA含量與不同逆境、不同品種間相互作用有很大關系；Pro含量與不同逆境、不同品種間相互作用以及不同逆境、不同濃度間相互作用都有較大關系。

關鍵詞：棉花幼苗；硫酸鎂；復合鹽；過氧化物酶；丙二醛；脯氨酸

中圖分類號： S562.01文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）02-0059-03

收稿日期：2013-06-12

基金項目：運城學院產學研項目（編號：CY-2012002）。

作者簡介：馬沛勤（1960—），女，山西運城人，副教授，研究方向為遺傳進化。Tel：（0359）2090409；E-mail：peiqinma@163.com。20世紀90年代，我國開始了轉基因抗蟲棉的研究、開發和利用。前人對抗蟲棉的各項研究有陸續的報道，如秦普峰等報道轉 Bt基因棉抗鉛、鎘污染能力較普通棉花強，對修復土壤重金屬污染有一定意義[1]；丁志勇等報道抗蟲棉的可溶性過氧化氫酶顯著高于常規棉[2]；李孝剛等報道轉基因抗蟲棉的抗黃萎病能力下降[3]，但關于抗蟲棉對鹽脅迫的研究資料并不多。選用抗蟲棉冀豐554、冀豐4號為試驗材料，并以普通棉晉棉47為對照，研究其對硫酸鎂、復合鹽脅迫的適應能力，以期對了解抗蟲棉抗鹽堿機理、挖掘良種的增產潛力、提高抗蟲棉在日益加重的鹽漬污染面前的持續效應有所幫助。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗選用為晉棉47、冀豐4號（抗蟲棉）、冀豐554（抗蟲棉）為材料，其種子均為市購。

1.2試驗設計

采用室內水培的方法，待棉花幼苗長到8 cm后，分別加入不同濃度（0、25、50、75、100 mg/L）的硫酸鎂、復合鹽（復合鹽配比為CaCl2 ∶NaHCO3 ∶MgSO4 ∶KCl ∶NaCl ∶Na2SO4=3 ∶19 ∶5 ∶17 ∶4 ∶5，按運城市鹽堿地土樣含鹽量配置，數據由運城市農業局提供）溶液對其進行脅迫處理，每天更換1次脅迫液，以蒸餾水為對照（0 mmol/L）。3 d后進行3種生理指標的測定。試驗設3次重復，取試驗數據平均值進行分析。

1.3檢測指標及方法

過氧化物酶（POD）活性：采用愈創木酚法進行測定[4]。

丙二醛（MDA）含量：采用硫代巴比妥酸法進行測定[5]。

脯氨酸（Pro）含量：采用比色法進行測定[6]。

1.4數據處理

試驗據使用Excel 2003和應用DPS 3.01專業版統計軟件進行方差分析，用Duncans法進行多重比較。

2結果與分析

2.1硫酸鎂、復合鹽對棉花幼苗3種生理指標的影響

試驗結果（表1、表2）顯示：在試驗范圍內，3個品種棉花幼苗的POD活性均大于對照，隨著硫酸鎂、復合鹽脅迫濃度的上升，3個品種棉花幼苗的POD活性呈先上升后下降趨勢，晉棉47和冀豐554在脅迫濃度75 mmol/L時活性最大，冀豐4號在脅迫濃度50 mmol/L時POD活性最大；3個品種棉花幼苗的MDA和Pro含量隨硫酸鎂、復合鹽脅迫濃度的升高一直上升。

2.2方差分析

表3的方差分析結果顯示，棉花幼苗POD活性在逆境×品種、逆境×濃度間差異不顯著（P>0.05），在品種間、品種×濃度間存在顯著差異（P<0.05），在品種間、濃度間存在極顯著差異（P<0.01）。

棉花幼苗MDA含量在逆境×濃度、品種×濃度間差異不顯著（P>0.05），在逆境間存在顯著差異水平（P<0.05），在品種間、濃度間以及逆境×品種間存在極顯著差異水平（P<0.01）。

棉花幼苗脯氨酸含量在逆境×濃度間差異不顯著，在逆境×品種、品種×濃度間存在顯著差異水平（P<0.05），在逆境間、品種間、濃度間存在極顯著差異水平（P<0.01）。

研究結果（表4）顯示：棉花幼苗POD活性在冀豐554與晉棉47之間無顯著差異，在冀豐4號與晉棉47之間存在5%的顯著差異，在冀豐4號與冀豐554之間存在1%的極顯著差異。3個品種棉花幼苗的POD活性為冀豐4號>晉棉47≈冀豐554。棉花幼苗MDA含量在冀豐554與冀豐4號之間差異不顯著，在晉棉47與冀豐554、與冀豐4號之間存在1%水平的極顯著差異。棉花幼苗MDA含量為晉棉47>冀豐554≈冀豐4號。表1硫酸鎂、復合鹽脅迫下棉花幼苗的POD活性和MDA、Pro含量

指標比較范圍晉棉47冀豐554冀豐4號硫酸鎂復合鹽硫酸鎂復合鹽硫酸鎂復合鹽POD活性變化↗↘↗↘↗↘↗↘↗↘↗↘最高值濃度（mmol/L）75 75 75755050 最高值/本底值2.2131.9531.5981.9821.6011.797最高濃度值/本底值1.3701.3091.1881.5481.1381.138MDA含量變化↗↗↗↗↗↗最高值/本底值1.9171.7292.3132.3755.5293.529Pro含量變化↗↗↗↗↗↗最高值/本底值3.2432.3716.4082.7917.5238.716注：表中“↗”“↘”分別表示POD活性和MDA、Pro含量上升與下降。“↗↘”表示先升后降。本底值指表1中對照值。最高值是表1中SOD、POD、Pro表現出的最高值。

2.3多重比較

對具有顯著差異的品種間和濃度間進一步進行多重比較見表4、表5。

表5顯示，棉花幼苗POD活性在硫酸鎂、復合鹽濃度50～75 mmol/L之間、25～100 mmol/L之間無顯著差異，其余各濃度之間存在1%水平的極顯著差異。硫酸鎂、復合鹽不同濃度下棉花幼苗的POD活性為50 mg/L時≈75 mg/L時>25 mg/L 時≈100mg/L時>0 mg/L時。棉花幼苗MDA含量在硫酸鎂、復合鹽各處理相鄰濃度之間都存在5%顯著差異，在對照與其余各濃度之間、25 mmol/L與75 mmol/L、100 mmol/L 之間、50 mmol/L與100mmol/L之間更達到1%的極顯著差異。硫酸鎂、復合鹽不同濃度下棉花幼苗的MDA含量為 100mg/L 時>75mg/L時>50mg/L時>25mg/L

3討論與結論

3.1硫酸鎂與復合鹽脅迫對棉花幼苗POD活性的影響

植物對鹽脅迫的響應之一就是保護酶活性的變化。POD是植物抗氧化系統中的重要保護酶，負責清除H2O2。鹽脅迫下，過剩的活性氧可誘導棉花幼苗細胞內POD等抗氧化酶活性增大，POD活性高低與棉花抗逆性大小成一定的正相關性。但POD調節能力也是有限的，過度脅迫時，過多的活性氧也引起POD活性下降[7-8]。試驗范圍內，3個品種棉花幼苗的POD活性隨著硫酸鎂、復合鹽處理濃度的上升呈先上升后下降。晉棉47和冀豐554在濃度75 mmol/L時POD活性最大，冀豐4號在濃度50 mmol/L時POD活性最大，說明晉棉47和冀豐554的POD活性對硫酸鎂、復合鹽脅迫濃度調節范圍在75 mmol/L左右，冀豐4號在50 mmol/L左右。濃度升高至100mmol/L時，POD活性雖然下降，但還高于對照，還在棉花幼苗的可忍耐范圍內。

3.2硫酸鎂與復合鹽脅迫對棉花幼苗MDA含量的影響

植物在逆境下產生大量的活性氧，使細胞膜脂發生過氧化作用或脫脂作用，MDA是細胞內膜脂過氧化或脫脂的產物，它反過來又嚴重地損壞細胞膜系[9]。試驗范圍內，3個品種棉花幼苗的MDA含量隨硫酸鎂和復合鹽脅迫濃度的升高一直上升，說明硫酸鎂和復合鹽脅迫濃度越高，對棉花幼苗細胞膜的破壞性越大。

3.3硫酸鎂與復合鹽脅迫對棉花幼苗Pro含量的影響

脯氨酸的積累是植物對抗鹽脅迫而采取的一種保護性措施[10-12]。試驗范圍內，3個品種棉花幼苗的脯氨酸含量隨硫酸鎂和復合鹽脅迫濃度的升高一直上升，說明棉花幼苗抗滲透脅迫能力不斷升高，也說明試驗最高濃度100mmol/L在棉花幼苗的可忍耐范圍。

3.4棉花幼苗對硫酸鎂與復合鹽脅迫的耐性

表2顯示，硫酸鎂脅迫下，晉棉47 POD活性上升最快，下降最慢，MDA含量上升最慢，Pro含量上升最慢，對硫酸鎂的耐性最強；冀豐4號POD活性上升最慢，雖然Pro含量上升最快，但MDA含量上升也最快，膜脂損傷最大，對硫酸鎂的耐性最低，所以對硫酸鎂的耐性晉棉47>冀豐554 >冀豐4號。 復合鹽脅迫下，冀豐4號Pro含量上升最快，MDA含量上升也最快，膜脂損傷最大；冀豐554 POD活性上升最快，下降最慢；晉棉47膜脂損傷最小；對復合鹽的耐性：3個品種機制不同。

棉花幼苗POD活性在逆境間存在極顯著差異，復合鹽處理引起的POD活性上升大于硫酸鎂；MDA含量在逆境間存在差顯著異，硫酸鎂處理下MDA含量上升大于復合鹽。Pro含量在逆境間存在極顯著差異，硫酸鎂處理下脯氨酸含量的上升大于復合鹽。整體考慮，棉花幼苗對硫酸鎂的耐性低于復合鹽。

3.5因子互作對3種生理指標的影響

棉花幼苗MDA含量與不同逆境與不同品種間互作有很大關系。棉花幼苗Pro含量與不同逆境與不同品種間相互作用有較大關系、與不同逆境與不同濃度間相互作用有較大關系。

參考文獻：

[1]秦普峰，鐵柏清，周細紅，等. 鉛與鎘對棉花和水稻萌發及生長的影響[J]. 湖南農業大學學報，2000，26（3）：205-207.

[2]丁志勇，許崇仁，王戎疆. 轉Bt基因抗蟲棉與常規棉幾種同工酶的比較——轉基因植物安全性評估生理指標初探[J]. 生態學報，2001（2）：332-336.

[3]李孝剛，劉標，劉蔸蔸，等. 轉基因抗蟲棉根系分泌物對棉花黃萎病菌生長的影響[J]. 應用生態學報，2009，20（1）：157-162.

[4]李合生. 植物生理生化試驗原理和技術[M]. 北京：中國高等教育出版社，2000.

[5]趙世杰，許長成，鄒琦，等. 植物組織中丙二醛測定方法的改進[J]. 植物生理學通訊，1994，30（3）：207-210.

[6]張殿忠. 測定小麥葉片游離氨基酸含量的方法[J]. 植物生理學通訊，1990，26（4）：62-65.

[7]裘麗珍，黃有軍，黃堅欽，等. 不同耐鹽性植物在鹽脅迫下的生長與生理特性比較研究[J]. 浙江大學學報：農業與生命科學版，2006，32（4）：420-427.

[8]金明紅，馮宗煒，張福珠. 臭氧對水稻葉片膜脂過氧化和抗氧化系統的影響[J]. 環境科學，2000，21（3）：1-5.

[9]王榮華，石雷，湯庚國，等. 滲透調節對蒙占冰草幼苗保護系統的影響[J]. 植物學通報，2003，20（3）：330-335.

[10]夏禮如，錢春桃. 復合鈉鹽脅迫對黃瓜幼苗生長及生理特性的影響[J]. 江蘇農業學報，2013，29（1）：147-150.

[11]王邦錫，黃久常，王輝. 不同植物在不同水分條件脅迫下脯氨酸的積累與抗性的關系[J]. 植物生理學報，1992，15（1）：46-51.

[12]李百偉，孫存華，王丹. CaCl2對NaCl脅迫下甘薯幼苗葉片滲透調節物質的影響[J]. 江蘇農業科學，2012，40（10）：84-85.

2.3多重比較

對具有顯著差異的品種間和濃度間進一步進行多重比較見表4、表5。

表5顯示，棉花幼苗POD活性在硫酸鎂、復合鹽濃度50～75 mmol/L之間、25～100 mmol/L之間無顯著差異，其余各濃度之間存在1%水平的極顯著差異。硫酸鎂、復合鹽不同濃度下棉花幼苗的POD活性為50 mg/L時≈75 mg/L時>25 mg/L 時≈100mg/L時>0 mg/L時。棉花幼苗MDA含量在硫酸鎂、復合鹽各處理相鄰濃度之間都存在5%顯著差異，在對照與其余各濃度之間、25 mmol/L與75 mmol/L、100 mmol/L 之間、50 mmol/L與100mmol/L之間更達到1%的極顯著差異。硫酸鎂、復合鹽不同濃度下棉花幼苗的MDA含量為 100mg/L 時>75mg/L時>50mg/L時>25mg/L

3討論與結論

3.1硫酸鎂與復合鹽脅迫對棉花幼苗POD活性的影響

植物對鹽脅迫的響應之一就是保護酶活性的變化。POD是植物抗氧化系統中的重要保護酶，負責清除H2O2。鹽脅迫下，過剩的活性氧可誘導棉花幼苗細胞內POD等抗氧化酶活性增大，POD活性高低與棉花抗逆性大小成一定的正相關性。但POD調節能力也是有限的，過度脅迫時，過多的活性氧也引起POD活性下降[7-8]。試驗范圍內，3個品種棉花幼苗的POD活性隨著硫酸鎂、復合鹽處理濃度的上升呈先上升后下降。晉棉47和冀豐554在濃度75 mmol/L時POD活性最大，冀豐4號在濃度50 mmol/L時POD活性最大，說明晉棉47和冀豐554的POD活性對硫酸鎂、復合鹽脅迫濃度調節范圍在75 mmol/L左右，冀豐4號在50 mmol/L左右。濃度升高至100mmol/L時，POD活性雖然下降，但還高于對照，還在棉花幼苗的可忍耐范圍內。

3.2硫酸鎂與復合鹽脅迫對棉花幼苗MDA含量的影響

植物在逆境下產生大量的活性氧，使細胞膜脂發生過氧化作用或脫脂作用，MDA是細胞內膜脂過氧化或脫脂的產物，它反過來又嚴重地損壞細胞膜系[9]。試驗范圍內，3個品種棉花幼苗的MDA含量隨硫酸鎂和復合鹽脅迫濃度的升高一直上升，說明硫酸鎂和復合鹽脅迫濃度越高，對棉花幼苗細胞膜的破壞性越大。

3.3硫酸鎂與復合鹽脅迫對棉花幼苗Pro含量的影響

脯氨酸的積累是植物對抗鹽脅迫而采取的一種保護性措施[10-12]。試驗范圍內，3個品種棉花幼苗的脯氨酸含量隨硫酸鎂和復合鹽脅迫濃度的升高一直上升，說明棉花幼苗抗滲透脅迫能力不斷升高，也說明試驗最高濃度100mmol/L在棉花幼苗的可忍耐范圍。

3.4棉花幼苗對硫酸鎂與復合鹽脅迫的耐性

表2顯示，硫酸鎂脅迫下，晉棉47 POD活性上升最快，下降最慢，MDA含量上升最慢，Pro含量上升最慢，對硫酸鎂的耐性最強；冀豐4號POD活性上升最慢，雖然Pro含量上升最快，但MDA含量上升也最快，膜脂損傷最大，對硫酸鎂的耐性最低，所以對硫酸鎂的耐性晉棉47>冀豐554 >冀豐4號。 復合鹽脅迫下，冀豐4號Pro含量上升最快，MDA含量上升也最快，膜脂損傷最大；冀豐554 POD活性上升最快，下降最慢；晉棉47膜脂損傷最小；對復合鹽的耐性：3個品種機制不同。

棉花幼苗POD活性在逆境間存在極顯著差異，復合鹽處理引起的POD活性上升大于硫酸鎂；MDA含量在逆境間存在差顯著異，硫酸鎂處理下MDA含量上升大于復合鹽。Pro含量在逆境間存在極顯著差異，硫酸鎂處理下脯氨酸含量的上升大于復合鹽。整體考慮，棉花幼苗對硫酸鎂的耐性低于復合鹽。

3.5因子互作對3種生理指標的影響

棉花幼苗MDA含量與不同逆境與不同品種間互作有很大關系。棉花幼苗Pro含量與不同逆境與不同品種間相互作用有較大關系、與不同逆境與不同濃度間相互作用有較大關系。

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[12]李百偉，孫存華，王丹. CaCl2對NaCl脅迫下甘薯幼苗葉片滲透調節物質的影響[J]. 江蘇農業科學，2012，40（10）：84-85.

2.3多重比較

對具有顯著差異的品種間和濃度間進一步進行多重比較見表4、表5。

表5顯示，棉花幼苗POD活性在硫酸鎂、復合鹽濃度50～75 mmol/L之間、25～100 mmol/L之間無顯著差異，其余各濃度之間存在1%水平的極顯著差異。硫酸鎂、復合鹽不同濃度下棉花幼苗的POD活性為50 mg/L時≈75 mg/L時>25 mg/L 時≈100mg/L時>0 mg/L時。棉花幼苗MDA含量在硫酸鎂、復合鹽各處理相鄰濃度之間都存在5%顯著差異，在對照與其余各濃度之間、25 mmol/L與75 mmol/L、100 mmol/L 之間、50 mmol/L與100mmol/L之間更達到1%的極顯著差異。硫酸鎂、復合鹽不同濃度下棉花幼苗的MDA含量為 100mg/L 時>75mg/L時>50mg/L時>25mg/L

3討論與結論

3.1硫酸鎂與復合鹽脅迫對棉花幼苗POD活性的影響

植物對鹽脅迫的響應之一就是保護酶活性的變化。POD是植物抗氧化系統中的重要保護酶，負責清除H2O2。鹽脅迫下，過剩的活性氧可誘導棉花幼苗細胞內POD等抗氧化酶活性增大，POD活性高低與棉花抗逆性大小成一定的正相關性。但POD調節能力也是有限的，過度脅迫時，過多的活性氧也引起POD活性下降[7-8]。試驗范圍內，3個品種棉花幼苗的POD活性隨著硫酸鎂、復合鹽處理濃度的上升呈先上升后下降。晉棉47和冀豐554在濃度75 mmol/L時POD活性最大，冀豐4號在濃度50 mmol/L時POD活性最大，說明晉棉47和冀豐554的POD活性對硫酸鎂、復合鹽脅迫濃度調節范圍在75 mmol/L左右，冀豐4號在50 mmol/L左右。濃度升高至100mmol/L時，POD活性雖然下降，但還高于對照，還在棉花幼苗的可忍耐范圍內。

3.2硫酸鎂與復合鹽脅迫對棉花幼苗MDA含量的影響

植物在逆境下產生大量的活性氧，使細胞膜脂發生過氧化作用或脫脂作用，MDA是細胞內膜脂過氧化或脫脂的產物，它反過來又嚴重地損壞細胞膜系[9]。試驗范圍內，3個品種棉花幼苗的MDA含量隨硫酸鎂和復合鹽脅迫濃度的升高一直上升，說明硫酸鎂和復合鹽脅迫濃度越高，對棉花幼苗細胞膜的破壞性越大。

3.3硫酸鎂與復合鹽脅迫對棉花幼苗Pro含量的影響

脯氨酸的積累是植物對抗鹽脅迫而采取的一種保護性措施[10-12]。試驗范圍內，3個品種棉花幼苗的脯氨酸含量隨硫酸鎂和復合鹽脅迫濃度的升高一直上升，說明棉花幼苗抗滲透脅迫能力不斷升高，也說明試驗最高濃度100mmol/L在棉花幼苗的可忍耐范圍。

3.4棉花幼苗對硫酸鎂與復合鹽脅迫的耐性

表2顯示，硫酸鎂脅迫下，晉棉47 POD活性上升最快，下降最慢，MDA含量上升最慢，Pro含量上升最慢，對硫酸鎂的耐性最強；冀豐4號POD活性上升最慢，雖然Pro含量上升最快，但MDA含量上升也最快，膜脂損傷最大，對硫酸鎂的耐性最低，所以對硫酸鎂的耐性晉棉47>冀豐554 >冀豐4號。 復合鹽脅迫下，冀豐4號Pro含量上升最快，MDA含量上升也最快，膜脂損傷最大；冀豐554 POD活性上升最快，下降最慢；晉棉47膜脂損傷最小；對復合鹽的耐性：3個品種機制不同。

棉花幼苗POD活性在逆境間存在極顯著差異，復合鹽處理引起的POD活性上升大于硫酸鎂；MDA含量在逆境間存在差顯著異，硫酸鎂處理下MDA含量上升大于復合鹽。Pro含量在逆境間存在極顯著差異，硫酸鎂處理下脯氨酸含量的上升大于復合鹽。整體考慮，棉花幼苗對硫酸鎂的耐性低于復合鹽。

3.5因子互作對3種生理指標的影響

棉花幼苗MDA含量與不同逆境與不同品種間互作有很大關系。棉花幼苗Pro含量與不同逆境與不同品種間相互作用有較大關系、與不同逆境與不同濃度間相互作用有較大關系。

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