NaCl脅迫對向日葵幼苗生長發育的影響

昝亞玲， 尉淑珍

(運城學院生命科學系，山西運城 044000)

NaCl脅迫對向日葵幼苗生長發育的影響

昝亞玲， 尉淑珍

(運城學院生命科學系，山西運城 044000)

摘要[目的]探討不同濃度NaCl對向日葵幼苗生長和生理活性的影響，為鹽堿地向日葵栽培提供理論依據。[方法]以向日葵矮大頭567DW為材料，采用水培的方法，研究不同NaCl濃度(0、0.06、0.12、0.18、0.24 mol/L)對向日葵幼苗生長狀況及生理活性的影響。[結果]隨著NaCl濃度的升高，向日葵幼苗的形態指標均呈下降趨勢，葉片丙二醛(MDA)含量呈上升趨勢，脯氨酸(Pro)含量和過氧化物酶(POD)活性呈先上升后下降趨勢。在NaCl濃度為0.12 mol/L時植株Pro和POD活性最高。[結論]矮大頭567DW型向日葵臨界耐鹽濃度為0.12 mol/L左右。

關鍵詞向日葵；NaCl脅迫；丙二醛；脯氨酸；過氧化物酶

向日葵(HelianthusannusL．)屬菊科一年生草本植物，是世界上主要油料經濟作物。其營養價值高，籽仁中油酸含量約20%，亞油酸的含量高達65%～73%，而且含有大量蛋白質及維生素E等物質[1]。隨著人們生活水平的提高，將會不斷增大對葵花油的需求。向日葵在栽培中對土壤的要求并不嚴格，在瘠薄鹽堿地上也能生長，它的耐鹽的能力比一般植物強[2]。而且在鹽地上種植向日葵以后，有利于減輕土壤中的鹽分，說明向日葵是開發鹽地和生物治理鹽地的首選作物。全世界鹽堿土地占地球面積的25%左右。在我國約有10%的耕地屬于鹽漬化土壤，占我國土地面積相當大的比重[3]。山西運城地區土壤鹽漬化程度相當嚴重，全市鹽堿地總面積為2.132萬hm2，其中鹽堿耕地面積有1.517萬hm2，鹽堿荒地面積有0.615萬hm2。因此，研究該地區的向日葵耐鹽機理對改良鹽堿地和提高鹽堿地生產潛力有重要作用。

不同濃度鹽分對向日葵生長影響不同。幼苗階段是向日葵的關鍵生育期，該時期對向日葵因外界逆境直接作用引起的死亡更加敏感，并決定其后期的生長及最終產量。鑒于此，筆者研究了NaCl脅迫對矮大頭567DW型向日葵苗高、根長、苗鮮重、根鮮重、苗干重、根干重、葉面積形態指標和MDA、POD和Pro等生化指標的影響，旨在為鹽堿地向日葵栽培提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料試驗采用山西運城地區矮大頭567DW型向日葵，該品種由美國勝利公司和中國種子集團有限公司以500A×317R選育成的雜交矮化油葵品種。

1.2方法

1.2.1水培試驗。試驗于2013年4月1～20日在山西運城學院生命科學系植物實驗室進行。挑選大小一致、飽滿的矮大頭567DW型向日葵種子，先用蒸餾水浸種24 h，然后在培養盤中撒一層基質，放入人工氣候培養箱進行暗培養。人工氣候培養箱的條件為溫度25 ℃，濕度65%。每天根據需要澆適量蒸餾水，開始培養。培養7 d后，取出培養杯所有植株，用自來水洗凈根部沙子，再用去離子水沖洗全株3次。將向日葵幼苗移入250 ml塑料杯中，每杯4株苗。共15杯，60株苗。燒杯中先放蒸餾水，杯口用剪開小口的紗布蓋上并用皮套套在杯口。

1.2.2NaCl脅迫處理。向日葵植株在塑料杯中培養3 d后進行NaCl脅迫處理，鹽濃度為0、0.06、0.12、0.18、0.24 mol/L。以蒸餾水為對照，每杯溶液為250 ml，每個處理3次重復。第1天向燒杯加1/4鹽溶液，第3天加1/2鹽溶液。第5天加全鹽溶液，培養5 d后開始采集樣品進行測定其形態指標和生理指標。其中0.24 mol/L的處理組全部死亡，未進行記錄。

1.2.3測定項目及方法。用吸水紙吸去植株表面附著的水分。苗長、根長度采用直尺測量，將地上部分與地下部分剪開，采用分析天平稱取苗鮮重、根鮮重，然后再于烘箱105 ℃殺青30 min，再在70 ℃下烘至恒重，稱其苗干重、根干重。葉面積的測定采用方格紙法，即把葉片按形狀畫在方格紙上，大于半格的算1格，不足半格的舍去，數得方格數，計算面積。MDA含量的測定參照生硫代巴比妥酸顯色法[4]；Pro含量的測定參照茚三酮顯色法[5]；POD活性的測定參照張憲政編的《植物生理學實驗技術》，采用愈創木酚比色法[6]。

1.2.4數據處理。試驗數據采用SAS軟件進行統計分析。

2結果與分析

2.1 NaCl脅迫對向日葵植株形態指標的影響與對照比較，隨著NaCl濃度的升高，向日葵苗高、根長、苗鮮重、根鮮重、苗干重、根干重、葉面積的形態指標顯著下降(表1)。NaCl濃度為0.06 mol/L時，向日葵根長和苗干重沒有顯著變化，其他指標均顯著降低。在NaCl濃度為0.12 mol/L時，根長、苗高、葉面積、苗干重、苗鮮重和根干重下降幅度最大，與對照相比分別下降27%、26%、45%、7%、45%、25%。而根鮮重在NaCl濃度為0.18 mol/L時才達到最低值，比對照下降了80%。可見，低濃度鹽脅迫對向日葵根長和苗干重沒有明顯影響，而向日葵苗高、葉面積、根干重、苗鮮重、根鮮重無論在低濃度鹽還是高濃度鹽脅迫下均顯著降低。

表1　NaCl脅迫對向日葵植株形態指標的影響

注：同列數據后不同字母表示不同處理間在0.05水平差異顯著。

2.2 NaCl脅迫對向日葵植株MDA含量的影響鹽脅迫對植物造成傷害的關鍵部位是生物膜系統，生物膜的透性對逆境的反應是比較敏感的，當鹽脅迫發生時，脂膜透性加大，內膜系統出現膨脹、收縮或破損。MDA是植物脂質過氧化的產物，是檢驗植物生物膜傷害的一個重要指標。由圖1可知，與對照比較，隨著NaCl濃度增加，植株MDA含量顯著增加。NaCl濃度為0.06 mol/L 時，MDA含量比對照增加了20%；NaCl濃度為0.12 mol/L時，MDA含量比對照增加了60%；當NaCl濃度為0.18 mol/L時，MDA含量比對照增加了104%。可見，NaCl濃度越高，植株生物膜受傷害越嚴重。

2.3NaCl脅迫對向日葵植株Pro含量的影響Pro是最重要最有效的有機滲透調節物質，可作為細胞膜穩定劑，防止蛋白質在滲透脅迫條件下脫水變性，對植物滲透調節起著重要作用。由圖2可知，與對照比較，隨著NaCl濃度的增加，植株Pro含量顯著增加。NaCl濃度為0.12 mol/L時，Pro含量達顯著水平，較對照增加309%；NaCl濃度為0.18 mol/L時，Pro含量有降低趨勢，但差異不顯著。可見，鹽濃度(0.06 mol/L)較低時，Pro對植物滲透調節作用不明顯，而鹽濃度較高時，Pro對植物滲透調節作用明顯增加。

2.4NaCl脅迫對向日葵植株POD活性的影響植物細胞內產生的活性氧經超氧化物歧化酶催化反應形成過氧化氫，過氧化氫可使卡爾文循環中的酶失活，若過氧化氫不及時清除，則葉綠體的光合能力很快喪失。高等植物葉綠體內沒有過氧化氫酶，過氧化氫的清除是由具有較高活性的抗壞血酸過氧化物酶(Asb-POD)經抗壞血酸循環分解來完成的。一般認為，POD的活性越高，植物的抗逆能力越強。由圖3可知，與對照比較，隨著NaCl的增加，植株POD活性顯著增加。NaCl濃度為0.06 mol/L時，植株POD比對照增加43%；NaCl為0.12 mol/L時，POD活性達到最高值，比對照組增加了77%；繼續增加NaCl濃度，植株中POD活性沒有顯著變化。可見，低濃度的鹽(小于0.12 mol/L)對植株POD活性有增加作用，但高濃度鹽(大于0.12 mol/L)對其有抑制作用。

3結論與討論

該研究表明，低濃度鹽脅迫對向日葵根長和苗干重沒有明顯影響，而向日葵苗高、葉面積、根干重、苗鮮重、根鮮重無論在低濃度鹽還是高濃度鹽均顯著降低；隨著NaCl濃度增加，植株MDA、Pro、POD含量顯著增加，MDA在0.12 mol/L處理達最高值(0.038 4 mol/g)；Pro在0.12 mol/L達最大值(37.6 μg/ml)；POD在 0.12 mol/L處理達最高值[9.45 μ/g(FW·min)]。可見，矮大頭567DW型向日葵臨界耐鹽濃度為0.12 mol/L左右。

3.1NaCl脅迫對向日葵植株形態指標的影響植物遭受鹽逆境常常出現生長緩慢、葉色變淡、脫落甚至死亡等可見表現和形態指標的改變，如苗高、根長、苗鮮重、根鮮重等形態指標普遍下降等[7-8]。由于植物生理和組織結構的不同，植物種類不同，其耐鹽逆境能力也不同[9]。向日葵是較耐鹽的植物之一。Bernstein等[10]觀測到鹽脅迫縮短了植株葉片的生長區，同時降低了該區細胞的最大生長速率。王偉新等[11]發現鹽脅迫致使植株生長受阻。丁順華等[12]認為鹽脅迫降低了植株的鮮重。Munns等[13]發現鹽脅迫下植株葉片面積縮小。該研究發現在低鹽濃度(0.06 mol/L)時，向日葵苗干重與對照差異不大(P>0.05)。這是因為向日葵是比較耐鹽的植物，所以細胞膜結構在低鹽脅迫下較穩定且不宜發生損傷[14]。而鹽濃度為0.12 mol/L時，大部分形態指標顯著降低，如苗長、苗干重、根干重、葉面積。繼續增加鹽濃度，大部分形態指標降低，但差異不顯著。這主要是因為鹽濃度的升高降低了植株的吸水速度和吸水量，致使細胞自由水含量較低，導致代謝緩慢，向日葵的各項形態指標均下降。另外，在鹽脅迫下，向日葵植株細胞脫水，膜系統破壞，位于膜上的酶功能紊亂，各種代謝無序進行，所以就造成了水鹽雙重脅迫。隨著鹽濃度的增加和脅迫時間的延長，鹽脅迫的危害性就表現得越明顯，最終影響到幼苗的存活[15]。

該試驗所選的向日葵品種的臨界耐鹽點在0.12 mol/L左右，并且得出的向日葵耐鹽臨界點較其他資料低，原因可能是沒有用鹽水浸種，有研究表明經過鹽水浸種的向日葵在種子萌發出苗階段表現較強的耐鹽性[15]，因為低鹽浸種可以誘導種子萌發開始階段的一些生理生化進程(如打破休眠、抑制劑的降解、吸脹作用、酶的激活等)，提高種子的活力。一旦條件適合，種子便可以迅速吸水，恢復種子的代謝過程，促進種子萌動發芽，使幼苗生長良好。

3.2NaCl脅迫下向日葵植株丙二醛含量的影響龔明等[16]發現高鹽分濃度能增加細胞膜透性，加快脂質過氧化作用，最終導致膜系統的破碎。該研究表明，隨著鹽脅迫濃度的增加，植株丙二醛含量顯著增加，鹽濃度越高，丙二醛含量增加幅度越大。這是因為鹽脅迫下細胞膜一直受到損傷，不能及時修復，直到質膜傷害嚴重。在鹽脅迫條件下，細胞質膜首先受到鹽離子脅迫影響而產生脅變，導致質膜受傷[16]。而丙二醛則是生物膜的氧化產物，其含量高低與脅迫傷害存在直接相關。丙二醛從膜上產生的位置釋放出來后，可與蛋白質、核酸反應，從而喪失功能，還可使纖維素分子間的橋鍵松弛，或抑制蛋白質的合成。不同植物體內各個反應進行的程度不同，因而最終的丙二醛含量會有所不同；這與植物的耐受程度也是有關系的。

3.3NaCl脅迫下向日葵植株脯氨酸含量的影響脯氨酸是植物逆境下重要滲透調節有機小分子，可以被鹽誘導大量合成，以維持細胞滲透勢，保護細胞酶活性[17]。NaCl中性鹽脅迫會造成脯氨酸含量的積累。該研究中，隨著NaCl濃度的增加，脯氨酸含量增加，但在NaCl濃度超過0.12 mol/L時，脯氨酸含量反而下降。低濃度(小于0.12 mol/L)鹽脅迫提高植物脯氨酸含量，可能是因為植物為了適應這種逆境刺激，通過鹽應答基因的表達產生了維持細胞膨壓、穩定細胞質酶活性的有機小分子，保護植株不受鹽離子的直接傷害。而高濃度(大于0.12 mol/L)鹽脅迫使植物脯氨酸含量反而下降，這是因為鹽脅迫超過耐受極限后，造成脯氨酸合成受到影響，植株受到嚴重傷害，細胞和代謝功能被破壞，生理代謝出現反常[18]。由此可見，鹽脅迫下脯氨酸值的高低反映了植株受傷害程度的高低，也說明該研究中向日葵的耐鹽臨界點在0.12 mol/L左右。

3.4NaCl脅迫下向日葵植株過氧化物酶活性的影響POD是活性氧清除重要的酶之一， 正常情況下，細胞內自由基的產生與清除處于動態平衡之中，而當植物一旦處于鹽逆境時，該平衡就遭到破壞，由于鹽脅迫，向日葵體內受到一定傷害，引起膜的過氧化，從而對細胞構成氧化脅迫。過氧化物酶清除系統也會發生變化，所以向日葵體內POD活性增強，使自由基的氧化能力減弱，以清除鹽脅迫產生的氧化傷害。POD作為植物體內的一種保護酶，能控制細胞中的活性氧濃度來保護細胞。該研究表明，隨著鹽濃度的增加，POD活性顯著升高，在鹽濃度為0.12 mol/L時達到最高，原因是為了適應逆境，提高自身拒鹽脅迫的能力，清除由于鹽脅迫而在植株體內積累的活性氧，降低其傷害，保證其在鹽脅迫下的生長，所以植株體內產生大量POD。但在鹽濃度為0.18 mol/L時，POD活性下降也說明生物體的抗性是有限度的。如果超過了該限度，細胞將受到嚴重傷害。

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中圖分類號S565.5

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)30-026-03

基金項目國家自然科學基金項目(31301851)。

作者簡介昝亞玲(1976- )，女，陜西扶風人，講師，從事植物營養調控研究。

收稿日期2015-09-23

Effect of Salt Stress on Seedling Growth of Sunflower

ZAN Ya-ling, WEI Shu-zhen (Department of Life Science, Yuncheng University, Yuncheng, Shanxi 044000)

Abstract[Objective] Sunflower was stressed by different salt treatments to study the effect of salt stress on growth and physiological activity of it. [Method] With sunflower 567DW as material, effects of different concentration of salt (0, 0.06, 0.12, 0.18, 0.24 mol/L) on sunflower growth and physiological activity were studied. [Result] With the concentration of NaCl increasing the morphological indexes of sunflower significantly decreased, MDA content also increased, PrO and POD content first increased and then decreased. Under the treatment of 0.12 mol/L, Pro and POD content had the highest value. [Conclusion] The critical concentration of salt tolerance in sunflower was about 0.12 mol/L.

Key wordsSunflower; NaCl stress; Malondialdehyde; Proline; Peroxidase