NaCl脅迫對狗牙根生理生化特性的影響

王太亮,韓兆勝,龐妙甜,董寬虎,朱慧森)

(山西農業大學 動物科技學院，山西 太谷 030801)

NaCl脅迫對狗牙根生理生化特性的影響

王太亮,韓兆勝,龐妙甜,董寬虎,朱慧森)

(山西農業大學 動物科技學院，山西 太谷 030801)

試驗采用不同濃度NaCl(0、100、200、300、400、500 mmol/L)對山西野生狗牙根進行鹽脅迫處理，15 d后取樣測定葉綠素含量、相對含水量、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等指標。結果表明：隨著NaCl濃度的升高，葉綠素含量、相對含水量顯著降低(P<0.05)；脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量增加；SOD和POD活性呈先升高后降低的趨勢。綜合分析可知，山西野生狗牙根對NaCl溶液的耐受上限為400 mmol/L，且不同部位對NaCl的敏感性不同，依次表現為葉>莖>根。

鹽脅迫；野生狗牙根；生理特性

土壤鹽漬化是威脅生態安全和人類生存的重要環境問題之一，也是影響農業開發和可持續發展的重大限制條件和障礙因素[1]。目前，我國鹽漬土約占國土面積的1/3，選育和培育耐鹽品種以適應鹽漬土的環境，并最終達到改善和利用鹽漬土已成為研究的焦點[2]。當植物遭受鹽脅迫時表現為發育遲緩，植物組織和器官的生長和分化受到抑制，植物的發育進程提前，植物也產生了一系列生理生化的改變以調節水分及離子平衡，來維持正常的生理機能。

狗牙根(Cynodondactylon)是暖季型多年生禾草，廣泛分布于溫暖濕潤的熱帶和亞熱帶地區，在我國主要分布在黃河以南地區，在新疆，河北等地也有野生狗牙根分布[3，4]。狗牙根適應性強、耐干旱[5]、耐踐踏[6]、繁殖能力及再生能力強[7]，被廣泛應用于公路、庭院、足球場、高爾夫球場等場合，同時因其質地柔軟、味淡、莖微甜、葉量豐富，亦可作為一種優質牧草[8]，近幾年，狗牙根還被開發用作生物燃料，同時也具有一定藥用價值[9，10]。

目前，國內外對鹽脅迫下不同品種狗牙根的形態特征、生理特性均有研究[11-14]，但從狗牙根不同組織器官對鹽脅迫響應的角度揭示其耐鹽機制的報道較少。不同濃度NaCl處理山西野生狗牙根，比較其抗氧化酶活性，脯氨酸和丙二醛的變化，旨在為狗牙根耐鹽機理的研究提供科學依據，為其作為鹽堿地草坪建植材料提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地在山西省晉中太谷縣山西農業大學動物科技學院草坪草標本區，地理位置N 37°25′，E 112°23′，海拔799 m。光、熱資源比較豐富，無霜期160～175 d，屬暖溫帶氣候，土壤類型為淡褐土，pH 7.5。

1.2 供試材料

試驗材料為2012年6月采自山西運城鹽湖區(N 34°94′，E 110°96′，海拔325 m)的山西野生狗牙根，2013年5月，將狗牙根三節莖段扦插于沙子與珍珠巖體積比為1∶1、直徑為25 cm、高為20 cm的塑料盆進行培養，晝夜溫度25℃/17℃，相對濕度為65%～80%，每周用1/2 Hongland營養液進行澆灌，其余時間采用稱重法補充丟失水分。30 d后，分別采用0、100、200、300、400、500 mmol/L的NaCl溶液對其進行脅迫處理，各處理3次重復。

1.3 測定指標及方法

在脅迫處理15 d后，取樣并分離葉片，莖和根，除葉片的部分樣品用于葉綠素及相對含水量的測定外，其余樣品置于-80 ℃超低溫冰箱貯存備用，用于測定POD活性(愈創木酚法)，SOD活性(氮藍四唑NBT法)，SOD活性單位以抑制NBT光化學還原50%作為一個酶活性單位(U)，丙二醛(硫代巴比妥酸法)，脯氨酸(磺基水楊酸提取法)，可溶性糖(蒽酮法)和可溶性蛋白(考馬斯亮藍法)[15]等指標。

1.4 數據處理

采用Excel 2003軟件對原始數據進行處理，SAS統計軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫對野生狗牙根葉綠素及相對含水量的影響

鹽脅迫處理后，狗牙根葉綠素含量隨著NaCl濃度的增高呈下降趨勢(表1)，當NaCl濃度為400，500 mmol/L時，葉綠素含量顯著低于對照(P<0.05)。狗牙根地上部、地下部相對含水量均隨著NaCl濃度的增高呈下降趨勢，500 mmol/L NaCl處理的狗牙根地上部相對含水量顯著低于其余各處理，同時地下部相對含水量最低，且與對照及100 mmol/L NaCl處理差異顯著(P<0.05)。

2.2 NaCl脅迫對野生狗牙根POD、SOD活性的影響

隨著NaCl濃度的增加，狗牙根不同部位的POD活性均呈現出先增加后降低的趨勢(表2)。葉片中POD活性在NaCl濃度為300 mmol/L時達到最大，與對照差異顯著(P<0.05)，當NaCl濃度為200 mmol/L時，莖中POD活性達到最大，但與其余各處理間均無顯著性差異(P>0.05)；根中POD活性以400 mmol/L NaCl處理最高，顯著高于對照(P<0.05)。

表1 NaCl脅迫下野生狗牙根不同部位葉綠素含量及相對含水量Table1 Chlorophyll contents and RWC in above/underground parts of wild bermudagrass under NaCl stress

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下同

狗牙根葉中SOD活性在500 mmol/L NaCl處理時顯著高于對照及100 mmol/L NaCl處理，與其余各處理間差異不顯著。根、莖中SOD活性隨著NaCl濃度的增加均呈先升高后降低的趨勢，在300 mmol/L時達到最大值，與對照差異顯著(P<0.05)。莖中SOD活性500 mmol/L NaCl處理時最低。

表2 NaCl脅迫下野生狗牙根的POD和SOD活性Table2 POD and SOD activities in above/underground parts of wild bermudagrass under NaCl stress

2.3 NaCl脅迫對野生狗牙根MDA含量的影響

狗牙根葉和莖中的MDA含量隨NaCl濃度的升高呈先增加后降低的變化趨勢(表3)。當NaCl濃度為400 mmol/L時，葉中MDA含量高于其余各處理，且各處理間差異不顯著(P>0.05)。莖中丙二醛含量以300 mmol/L脅迫時最高，與除200 mmol/L外的其余各處理差異均顯著。根中丙二醛含量則隨著NaCl濃度的升高呈現先降低再升高的趨勢，500 mmol/L處理時MDA最高。

2.4 NaCl脅迫對野生狗牙根Pro含量的影響

隨著NaCl濃度的升高，狗牙根各器官中的脯氨酸含量呈增加趨勢(表4)。500 mmol/L NaCl脅迫處理時，根、莖、葉中的脯氨酸含量均達到最高，且與對照及中低濃度脅迫處理組間存在顯著差異(P<0.05)。

表3 NaCl脅迫下野生狗牙根丙二醛含量變化Table3 MDA contents in above/underground parts of wild bermudagrass under NaCl stress

2.5 NaCl脅迫對野生狗牙根可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

NaCl脅迫下狗牙根不同器官的可溶性糖含量呈現先升高再降低的趨勢(表5)。當NaCl濃度為400 mmol/L時，狗牙根葉和莖中的可溶性糖含量達到最大值，與對照相比，分別增加了38.9%和71.8%。植株根部的可溶性糖含量在300 mmol/L時最大，與對照組差異顯著(表5)。

表4 NaCl脅迫下野生狗牙根脯氨酸含量Table4 Proline contents in above/underground parts of wild bermudagrass under NaCl stress

葉中可溶性蛋白含量在400 mmol/L處理時顯著高于其余各處理，根和莖中的可溶性糖含量則以500 mmol/L處理時最高。

表5 NaCl脅迫下野生狗牙根的可溶性糖和可溶性蛋白Table5 Soluble sugar and soluble protein contents in above/underground parts of wild bermudagrass under NaCl stress mg/g FW

3 討論與結論

植物組織的含水量是植物生理狀態的一個重要指標。在植物體內不被膠體微粒所固著的自由水參與各種代謝作用，其含量高時，代謝活動強，但抗性降低，因此，植物體內束縛水和自由水含量及其比值常與植物的抗性密切相關[16]。試驗中野生狗牙根地上部和地下部相對含水量隨著NaCl濃度的升高逐漸降低，500 mmol/L處理較對照分別下降23.9%和21.9%，表明高濃度鹽分會促進植物細胞失水，地上部較地下部受脅迫影響大，這與Chakraborty K等[17]對不同基因型甘藍型油菜的研究結果一致。鹽脅迫下葉綠素降解，葉綠體的超微結構破壞，在抗逆生理研究中，葉綠素含量常作為反應逆境對植物造成傷害程度的生理指標之一[18]。試驗中，隨著NaCl濃度的升高，野生狗牙根葉綠素含量顯著降低，當鹽濃度達500 mmol/L時，葉綠素含量較對照下降30.1%，原因是鹽脅迫提高了葉綠素酶活性，促進了葉綠素降解[19]，這與秦景等[20]對沙棘幼苗的研究和周萬海等[21]對甘肅紅豆草的研究結果一致。

活性氧是指由氧形成、化學性質活潑、氧化能力強的幾種含氧物質的總稱，正常條件下，植物體內活性氧處于不斷產生和清除的動態平衡之中，而一旦遭受鹽、干旱、低溫等逆境脅迫，這種平衡就會被破壞，活性氧水平上升。在鹽脅迫下，植物體內活性氧的積累，能夠破壞膜結構和功能穩定性，是引起傷害的原因之一，POD、SOD等是植物體內的保護酶系統，它們之間相互協調，共同協作，清除膜脂過氧化過程中產生的活性氧[22,23]。試驗中，野生狗牙根不同部位的POD和SOD活性的變化隨著NaCl濃度的增加大體呈先升高后降低的趨勢，在300～400 mmol/L時達到最大值，之后開始下降，這可能是因為高鹽度對狗牙根產生了離子毒害，狗牙根通過自身調節抵抗鹽脅迫的能力降低，這與田曉艷等[24]對景天三七保護酶的研究和杜利霞等[25]對賴草鹽脅迫的研究結果一致。

植物器官在逆境下受到傷害，通常發生膜脂過氧化作用，產生脂類過氧化物、丙二醛等，其中丙二醛是膜脂過氧化最重要的產物之一，其含量的高低反映了細胞膜脂過氧化水平[26,27]。試驗中狗牙根根中的丙二醛含量隨著鹽濃度的升高呈現上升趨勢，而葉和莖中的丙二醛升高后會略有下降，可能高鹽脅迫下，地上部分膜脂氧化作用加大，部分細胞受到損傷，這與陶晶等[28]的研究結果一致。

脯氨酸是植物體內重要的有機滲透調節物質，當植物受到環境脅迫時，在體內大量積累脯氨酸，由此植物體內脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性[29]。試驗中，野生狗牙根不同部位脯氨酸隨著鹽脅迫濃度的升高而增加，與董秋麗等[30]對芨芨草苗期脯氨酸的測定結果相似，說明狗牙根通過自身合成脯氨酸等滲透調節物質以適應鹽漬條件。

可溶性糖和可溶性蛋白是植物在鹽脅迫下重要的滲透調節物質[31]。Hameed和Ashraf[32]對不同抗鹽性的兩個生態型狗牙根鹽脅迫的結果表明，總可溶性蛋白和可溶性糖均隨著鹽脅迫濃度的增加而增加。該試驗中500 mmol/L NaCl處理下狗牙根根、莖、葉各組織中可溶性蛋白和可溶性糖含量均高于對照。同一脅迫濃度下，葉和莖中可溶性糖以及可溶性蛋白含量都較根中高，說明地上部分滲透調節物質在鹽脅迫下相比根較為敏感。

綜合各項指標測定結果分析得出，低濃度的NaCl對狗牙根各器官的生理特性沒有顯著影響，但隨著NaCl濃度的增加，葉綠素含量、相對含水量顯著降低，而滲透調節物質以及抗氧化酶活性升高，從而降低膜脂氧化程度，緩解脅迫效應。綜合分析，山西野生狗牙根在NaCl濃度為400mmol/L以內時可以正常生長，各器官對NaCl的敏感程度為葉片>莖>根。

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Effect of NaCl stress on physiological characteristics of bermudagrass

WANG Tai-liang,HAN Zhao-sheng,PANG Miao-tian,DONG Kuan-hu,ZHU Hui-sen

(CollegeofAnimalScienceandTechnology,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

The wild bermudagrass originated from Shanxi Province was selected as the test materials,and treated by different concentrations of NaCl (0，100,200,300,400,500 mmol/L).After treated for 15 days,the contents of chlorophyll,relative water,soluble sugar,soluble protein,proline,MDA and enzyme activities of SOD and POD were tested.Results showed that with the NaCl concentration increasing,relative water and chlorophyll contents decreased significantly (P<0.05),contents of proline,soluble sugar and soluble protein increased obviously,SOD and POD activities presented a tendency of elevated first and then decreased.It suggested that wild bermudagrass could grow normally under NaCl stress at concentration of 400 mmol/L.The order of sensitiveness to salt stress was leaf >stem>root.

salt stress；wild bermudagrass；physiological characteristics

2014-11-10；

2015-01-04

中國博士后科學基金項目(124434)；山西省科技攻關項目(20120311015-3)資助

王太亮(1988-)，男，山東海陽人，在讀碩士。 E-mail：wangtailiang0714@163.com 朱慧森為通訊作者。

Q 945.78

A

1009-5500(2015)01-0063-05