海水脅迫對(duì)馬齒莧種子萌發(fā)及生理指標(biāo)的影響

周楠 張邊江 唐寧

摘要：以野生馬齒莧（Portulaca oleracea L.）為試驗(yàn)材料，研究海水脅迫對(duì)馬齒莧種子萌發(fā)及生理指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，在5%的海水脅迫下，與對(duì)照相比，馬齒莧種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽指數(shù)略有升高。隨著海水體積分?jǐn)?shù)的增加，馬齒莧葉片葉綠素含量不斷下降，可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸含量均呈上升趨勢(shì)。可見(jiàn)，在海水脅迫下，馬齒莧能保持較高的抗氧化特性，從而減輕海水脅迫對(duì)其生長(zhǎng)的傷害。

關(guān)鍵詞：馬齒莧（Portulaca oleracea L.）；海水脅迫；種子萌發(fā)；生理特性

中圖分類(lèi)號(hào)：Q949.745；Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）05-1186-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.05.025

Effects of Seawater Stress on Seed Germination and

Physiological Indexes in Portulaca oleracea

ZHOU Nan， ZHANG Bian-jiang， TANG Ning

（School of Food Science， Nanjing Xiaozhuang University， Nanjing 211171， China）

Abstract： Taking the wild Portulaca oleracea L. as test materials， the effects of seawater stress on seed germination and physiological indexes were studied. The results showed that， compared with the contrast， the germination rate， germination force and germination index increased under the treatment of 5% seawater. With the increase of the seawater volume ftaction， the content of proline， soluble sugar and soluble protein increased. It was concluded that， P. oleracea L. could maintain the high inoxidizability to reduce the harm from seawater stress of low concentration.

Key words： Portulaca oleracea L.； seawater stress； seed germination； physiological index

馬齒莧（Portulaca oleracea L.）為馬齒莧科一年生草本植物，藥食兩用，具有肉質(zhì)、多汁型葉片[1]。葉片具有保持水分的細(xì)胞，能抵御一定的鹽分脅迫，有研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度的提高，馬齒莧葉片含水量略有上升。鹽脅迫雖然影響馬齒莧的生長(zhǎng)和發(fā)育，但在高鹽分地區(qū)馬齒莧仍能獲得較高的產(chǎn)量。

鹽分脅迫會(huì)減緩植物的生長(zhǎng)發(fā)育、降低產(chǎn)量，植物在鹽脅迫下的代謝、光合、生長(zhǎng)等耐鹽機(jī)理已被廣泛研究[2-4]，鹽分脅迫影響了植物光合作用的主要器官葉綠體的組分，如色素、酶、蛋白及膜脂等[5]，降低了植物的光合作用，進(jìn)而使植物的生產(chǎn)力下降。Kafi等[6]發(fā)現(xiàn)馬齒莧可在鹽脅迫的情況下生長(zhǎng)；Rahdari等[7]研究表明，在低濃度NaCl脅迫下，馬齒莧的脯氨酸和糖類(lèi)含量相應(yīng)增加，有利于其進(jìn)行光合作用。但海水脅迫對(duì)馬齒莧的種子萌發(fā)與抗性生理的影響未見(jiàn)報(bào)道，為此，研究了不同體積分?jǐn)?shù)海水脅迫下，馬齒莧種子萌發(fā)，葉綠素、脯氨酸、可溶性糖和蛋白質(zhì)含量的變化，探討馬齒莧對(duì)鹽害的適應(yīng)性，為進(jìn)一步改良鹽堿地，開(kāi)發(fā)抗鹽種質(zhì)資源提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料處理

供試馬齒莧種子為江蘇鹽城野生品種。種子用0.1%的HgCl2消毒10 min并充分沖洗，然后用去離子水浸泡24 h后播種于蛭石中，用1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液澆灌，待馬齒莧幼苗長(zhǎng)至6對(duì)葉完全展開(kāi)后，每盆定苗5株，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗開(kāi)始進(jìn)行海水脅迫處理，海水體積分?jǐn)?shù)分別為100%、50%、30%、20%、10%、5%，用1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液配制，并用1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液處理作為對(duì)照，選取植株自生長(zhǎng)點(diǎn)以下的第4片功能葉進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 種子萌發(fā)參數(shù)的計(jì)算

發(fā)芽率=培養(yǎng)第7天萌發(fā)種子數(shù)/試驗(yàn)種子數(shù)×100%（7 d后各組發(fā)芽數(shù)不再增加）；

發(fā)芽勢(shì)=第4天發(fā)芽種子數(shù)/試驗(yàn)種子數(shù)×100%（在培養(yǎng)的第4天對(duì)照達(dá)日發(fā)芽最高值）；

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt。其中Gt表示逐日發(fā)芽種子數(shù)，Dt表示相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.3 參數(shù)測(cè)定

葉綠素含量采用SPAD-502葉綠素儀（柯尼卡美能達(dá)，日本SPAD-502）測(cè)定，選取6株葉片測(cè)量并記錄。抗氧化指標(biāo)的測(cè)定：剪取0.5 g馬齒莧葉片，加少許含PVP（聚乙烯吡咯烷酮）50 mmol/L pH 7.8的磷酸緩沖液冰浴研磨，于4 ℃下10 000 r/min離心15 min，取上清液備用。脯氨酸含量參照Bates等[8]的方法測(cè)定，可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖含量按文獻(xiàn)[7]的方法測(cè)定。所有測(cè)定重復(fù)3次，取平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2011和SPSS軟件分析，用Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 海水脅迫對(duì)馬齒莧種子萌發(fā)的影響

由表1可以看出，5%的海水對(duì)馬齒莧種子萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用，與對(duì)照相比，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)略有升高，但差異不顯著，芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)與對(duì)照相比也無(wú)顯著差異；10%的海水脅迫下，馬齒莧種子的萌發(fā)受到一定的抑制，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和根長(zhǎng)與對(duì)照差異顯著，但芽長(zhǎng)與對(duì)照無(wú)顯著差異；而后隨著海水體積分?jǐn)?shù)的升高，馬齒莧種子萌發(fā)受到明顯抑制，50%以上的海水處理下馬齒莧種子不萌發(fā)。

2.2 海水脅迫對(duì)馬齒莧葉綠素含量的影響

葉綠素是主要的光合色素，在植物光合作用中起著關(guān)鍵性的作用，海水脅迫中主要是由于鹽濃度的上升導(dǎo)致植物葉片的葉綠素合成減少，由圖1可以看出，馬齒莧葉片中葉綠素的含量隨海水體積分?jǐn)?shù)的提高逐漸降低，全海水培養(yǎng)的植株葉綠素含量約為對(duì)照的50%。

2.3 海水脅迫對(duì)馬齒莧可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖和脯氨酸含量的影響

可溶性糖類(lèi)參與滲透調(diào)節(jié)，并可能在維持植物蛋白質(zhì)穩(wěn)定方面起重要作用。葉片中較高的可溶性糖含量既可以作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也可以增強(qiáng)植物對(duì)脅迫的適應(yīng)。由圖2可以看出，隨著海水體積分?jǐn)?shù)的增加，馬齒莧葉片中可溶性糖含量呈上升趨勢(shì)。從圖3可知，隨著海水體積分?jǐn)?shù)的增加，馬齒莧的可溶性蛋白質(zhì)含量隨之增加，以維持馬齒莧細(xì)胞的低滲透勢(shì)，抵抗海水脅迫，使海水不能進(jìn)入細(xì)胞。脯氨酸（Pro）是植物蛋白質(zhì)的組分之一，以游離狀態(tài)廣泛存在于植物體中，通常作為一種滲透調(diào)節(jié)劑或細(xì)胞質(zhì)酶的保護(hù)性物質(zhì)。在鹽漬等脅迫條件下，許多植物體內(nèi)脯氨酸大量積累。由圖4可以看出，隨著海水體積分?jǐn)?shù)的增加，馬齒莧葉片中脯氨酸含量呈上升趨勢(shì)。可見(jiàn)隨著海水體積分?jǐn)?shù)的增加，可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸含量均呈上升趨勢(shì)，含量顯著增加，說(shuō)明馬齒莧葉片中積累該3種物質(zhì)，以增強(qiáng)其對(duì)海水脅迫的適應(yīng)性。

3 小結(jié)

試驗(yàn)結(jié)果表明，在5%低體積分?jǐn)?shù)的海水脅迫下，馬齒莧種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)略有升高，表明馬齒莧耐鹽性較強(qiáng)。低體積分?jǐn)?shù)的海水對(duì)種子萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用，可能是馬齒莧種子在鹽分脅迫下仍可吸收一定量的水分，為萌發(fā)創(chuàng)造了條件。植物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量與光合性能直接相關(guān)，葉綠素是主要的光合色素，在植物光合作用中起著關(guān)鍵性的作用[9]，鹽脅迫導(dǎo)致植物葉片的葉綠素合成減少，光合作用受到抑制[10]。隨海水脅迫程度的加重，馬齒莧葉片中葉綠素降解加劇，馬齒莧葉綠素b比葉綠素a更容易受到鹽脅迫的影響，a/b升高，可見(jiàn)葉綠素b含量的降低是光合作用減弱的主要原因之一，導(dǎo)致馬齒莧葉片中葉綠素降解加劇，光合作用減弱。

鹽漬等脅迫條件下，使植物細(xì)胞膜的膜脂和蛋白質(zhì)分布紊亂，此時(shí)植物過(guò)氧化酶活力升高，植物細(xì)胞會(huì)積累一些可溶性物質(zhì)如糖、蛋白質(zhì)或脯氨酸等來(lái)降低胞內(nèi)滲透勢(shì)，保證水分的供應(yīng)[11，12]。在海水脅迫下，馬齒莧體內(nèi)積累大量的糖、蛋白質(zhì)和脯氨酸，幫助維持細(xì)胞較低的滲透勢(shì)，抵抗逆境帶來(lái)的脅迫，從而減輕鹽脅迫對(duì)其生長(zhǎng)的傷害。

馬齒莧是值得開(kāi)發(fā)的藥食兩用植物，具有一定的耐海水澆灌的特性，是鹽土農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)的先鋒植物[13]，可通過(guò)基因工程[14]、細(xì)胞工程[15]、分子克隆[16]等技術(shù)，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用馬齒莧。隨著中國(guó)沿海灘涂面積的不斷擴(kuò)大，種植馬齒莧，發(fā)展鹽土農(nóng)業(yè)，對(duì)進(jìn)一步加快中國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] LARA M V， DISANTE K B， PODESTA F E， et al. Induction of a crassulacean acid like metabolism in the C4 succulent plant， Portulaca oleracea L.： Physiological and morphological changes are accompanied by specific modifications in phosphoenolpyruvate carboxylase[J]. Photosynthesis Research， 2003， 77（2-3）： 241-254.

[2] 薛延豐，劉兆普.鈣離子對(duì)鹽脅迫下菊芋幼苗的生長(zhǎng)、生理反應(yīng)和光合能力的影響理論[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006，22（9）：44-47.

[3] CARTER D R， CHEESEMAN J M. The effects of external NaCl on thylakoid stacking in lettuce plants[J]. Plant Cell Environ，1993，16（2）：215-222.

[4] 王宇超，王得祥.鹽脅迫對(duì)木本濱藜葉綠素合成及凈光合速率的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（10）：151-158.

[5] PARIDA A K， DAS A B， MITTRA B. Effects of NaCl stress on the structure， pigment complex composition， and photosynthetic activity of mangrove bruguiera parviflora chloroplasts[J]. Photosynthetica， 2003， 41（2）： 191-200.

[6] KAFI M， RAHIMI Z. Effect of salinity and silicon on root characteristics， growth，water status， proline content and ion accumulation of purslane （Portulaca oleracea L.）[J]. Soil Science & Plant Nutrition，2011，57（2）： 341-347.

[7] RAHDARI P，TAVAKOLI S，HOSSEINI S M. Studying of salinity stress effect on germination，proline，sugar，protein，lipid and chlorophyll content in purslane （Portulaca oleracea L.） leaves[J].Journal of Stress Physiology & Biochemistry，2012，8（1）：182-193.

[8] BATES L S， WALDEN R P， TEARE I D. Rapid determination of free proline for water stress studies[J]. Plant Soil， 1973，39（1）：205-207.

[9] ZHANG R H， LI J， GUO S R， et al. Effects of exogenous putrescine on gas-exchange characteristics and chlorophyll fluorescence of NaCl-stressed cucumber seedlings[J]. Photosynthesis Research，2009，100（3）：155-162.

[10] BARHOUMI Z，DJEBALI W，CHA？魵BI W，et al. Salt impact on photosynthesis and leaf ultrastructure of Aeluropus littoralis[J].Journal of Plant Research，2007，120（4）： 529-537.

[11] ZHANG Q F，LI Y Y，PANG C H，et al. NaCl enhances thylakoid-bound SOD activity in the leaves of C3 halophyte Suaeda salsa L.[J]. Plant Science，2005，168（2）：423-430.

[12] MITTOVA V， TAL M， VOLOKITA M， et al. Salt stress induces up-regulation of an efficient chloroplast antioxidant system in the salt-tolerant wild tomato species Lycopersicon pennellii but not in the cultivated species[J]. Physiologia Plantarum，2002，115（3）：393-400.

[13] 張邊江，唐 寧，陳全戰(zhàn)，等.兩種生態(tài)型馬齒莧的光合生理特性研究[J].北方園藝，2013（21）：89-91.

[14] ALAM A， JURAIMI A S， RAFII M Y， et al. Genetic improvement of Purslane（Portulaca oleracea L.） and its future prospects[J]. Molecular Biology Reports，2014，41（11）：7395-7411.

[15] SAFDARI Y，KAZEMITABAR S K. Plant tissue culture study on two different races of purslane （Portulaca oleracea L.）[J]. African J Biotechnol，2009，8（21）：5906-5912.

[16] TEIXEIRA M C，COELHO N，OLSSON M E，et al. Molecular cloning and expression analysis of three omega-6 desaturase genes from purslane （Portulaca oleracea L.）[J]. Biotechnol Lett，2009，31（7）：1089-1101.