NaCl脅迫對喜鹽鳶尾和馬藺部分生理代謝的影響

原海燕+張永俠+馬晶晶

摘要：采用溶液培養(yǎng)，研究1.5% 高濃度NaCl脅迫對喜鹽鳶尾和馬藺部分生理代謝的影響，結果表明，隨高濃度鹽脅迫時間的延長，喜鹽鳶尾和馬藺葉片內的MDA含量呈先升高后降低趨勢，而脯氨酸含量、SOD酶活性及可溶性蛋白含量呈逐漸增加趨勢；喜鹽鳶尾葉片內的可溶性蛋白含量顯著高于對照，鳶尾對逆境脅迫具有較強的抗氧化和滲透調節(jié)能力；鳶尾葉片和根系內的Na+含量顯著高于對照，且根系內Na+含量隨時間的延長而逐漸增加，并顯著高于葉片中的Na+含量。將大部分鹽分離子封存于根系中，可能是喜鹽鳶尾和馬藺鹽脅迫誘導抗性機制之一。

關鍵詞：喜鹽鳶尾；馬藺；NaCl脅迫；生理代謝

中圖分類號： S682.1+90.1 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）11-0212-04

植物對鹽漬環(huán)境的適應有的是通過改變自身結構，有的是靠改變外部形態(tài)而調節(jié)生理機能[1]，植物的抗鹽能力往往是植物通過形態(tài)結構及生理等改變而適應環(huán)境的綜合表現(xiàn)結果；因此，探討植物鹽抗性響應的相應生理指標變化，是研究植物抗鹽機理和抗鹽能力評價的方法之一。

不同植物有不同的耐鹽方式和抗性機制，其體內通過生理生化代謝物質變化的調節(jié)機制也不盡相同[2]。研究表明，在鹽堿脅迫環(huán)境中，無論是農作物、草本或是木本觀賞植物，其植物體內的生理代謝包括代謝物質含量、酶活性等均可能受到不同程度的影響而發(fā)生變化[3-7]。植物在鹽堿脅迫下發(fā)生的滲透脅迫、離子毒害等傷害作用，也可以通過各種生理生化物質含量的變化來反映，植物體內誘導響應的生理生化代謝調節(jié)使植物最大限度地維持植物自身的正常生長，而植物體內各種生理生化物質的含量和代謝的變化，最終也可以通過植物自身的生長狀況來反映。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為喜鹽鳶尾（Iris halophila）和馬藺（I. lactea var. chinensis）無性繁殖群體自然結實種子的實生苗。

1.2 材料培養(yǎng)與處理

試驗在江蘇省中國科學院植物研究所培養(yǎng)溫室中進行，挑選籽粒飽滿的馬藺和喜鹽鳶尾種子，用0.5% NaClO消毒20 min；用自來水沖洗浸泡數(shù)次，在適宜溫、濕度條件下催芽；選擇萌發(fā)一致的種子，播于干凈的石英砂中保濕培養(yǎng)；待幼苗長到約15 cm，挑選長勢基本一致且生長健壯的幼苗，置于 1/2 Hoagland營養(yǎng)液中培養(yǎng)；將幼苗用泡沫板和海綿固定，采用容積約為2 L的塑料容器培養(yǎng)1周，待幼苗緩苗生長；分別選用濃度為0（CK）、1.5%的NaCl溶液進行鹽脅迫處理，每處理5株苗，重復6次；分別在NaCl處理7、14、21、28 d后測定植物地上部的含水量，葉片MDA、脯氨酸、SOD活性、可溶性蛋白含量，以及葉片、根系中Na+、K+含量。

1.3 測定方法

1.3.1 地上部分含水量的測定 將植物材料從營養(yǎng)液中取出，用自來水沖洗干凈；用吸水紙反復擦拭，直至將葉片表面水分擦干；去除根系，保留地上部分，在分析天平上稱其鮮質量；將材料置于烘箱中105 ℃殺青30 min；烘箱中60 ℃烘干至恒質量，測定干質量。葉片組織含水量計算公式為：葉片組織含水量=（地上部鮮質量-地上部干質量）/地上部鮮質量×100%。

1.3.2 生理指標測定 MDA含量、脯氨酸含量、SOD活性、可溶性蛋白分別采用硫代巴比妥酸法、酸性茚三酮法、NBT光還原法、考馬斯亮藍法測定。

1.3.3 Na+和K+含量測定 將植物葉片和根系充分洗凈，105 ℃殺青；60 ℃烘干至恒質量，稱取0.2 g干樣，磨碎；用HNO3-HClO4消煮法提取離子，用Hitachi 180-80火焰原子吸收分光光度計測定。

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫對喜鹽鳶尾和馬藺地上部含水量的影響

由表1可見，隨鹽脅迫時間的延長，喜鹽鳶尾地上部組織內含水量不斷降低，處理28 d時其含水量為處理7 d時的92.93%，約為對照的95.52%，含水量變化明顯；馬藺地上部的含水量在脅迫處理21～28 d時趨于相對穩(wěn)定狀態(tài)；鹽脅迫處理28 d，馬藺地上部組織內含水量為對照的98.15%，為處理7 d時的94.84%，含水量變化不明顯，這表明與喜鹽鳶尾相比，馬藺在鹽脅迫下地上部分的吸水、保水能力相對更強。

2.2 NaCl脅迫對喜鹽鳶尾和馬藺脯氨酸含量的影響

脯氨酸是水溶性很強的一種氨基酸，水合能力很強，在細胞滲透調節(jié)、結構保護、自由基清除、參與氮代謝和能量代謝等方面具有重要的作用[8]。在不良環(huán)境脅迫下，植物體內的脯氨酸可以和蛋白質作用形成疏水骨架，以此來維持植物細胞膜結構的穩(wěn)定性，保護生物大分子結構免遭破壞[9]。有研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫條件下，脯氨酸可以保護植物根部線粒體的電子傳遞鏈復合體Ⅱ免受傷害[10]，進而通過維持光合活性的方式以保護植物體。鹽堿脅迫下，植物葉片在一定程度上通過積累大量脯氨酸以減緩鹽分對植物地上部的傷害。由圖1、圖2可見，隨著脅迫時間的延長，喜鹽鳶尾和馬藺體內的脯氨酸含量均呈增加趨勢；鹽脅迫28 d時，喜鹽鳶尾葉片內脯氨酸含量為對照的3.62倍；馬藺在1.5% NaCl處理14 d時體內的脯氨酸含量達到較高水平，在鹽脅迫28 d達到最高，脯氨酸含量約為對照的1.16倍。這表明喜鹽鳶尾和馬藺均具有較強脅迫誘導脯氨酸積累的能力，與許玉鳳等的研究結果[11]相一致。

2.3 NaCl脅迫對喜鹽鳶尾和馬藺MDA含量的影響

MDA是膜質過氧化的產(chǎn)物之一[12]，具有細胞毒性，能與膜結構上的蛋白質和酶相結合，交聯(lián)后使之失去活性，進而破壞各種膜結構，其含量高低與植物膜質受損害程度有關，一定程度上反映植物抗逆境脅迫能力的大小[13]。由圖3、圖4可見，1.5% NaCl脅迫處理28 d內，喜鹽鳶尾和馬藺葉片內的MDA含量均呈先升高后降低的趨勢，鹽脅迫處理21 d時達到最大值。這說明NaCl脅迫處理前期，喜鹽鳶尾和馬藺膜質受到一定傷害，導致MDA積累增加，之后，喜鹽鳶尾和馬藺通過一定的自身抗性調節(jié)，體內MDA含量降低，同時對膜質的氧化傷害減弱。

2.4 NaCl脅迫對喜鹽鳶尾和馬藺SOD含量的影響

植物在逆境中產(chǎn)生過多的活性氧，會對膜系統(tǒng)造成不同程度的傷害，同時對植物體正常的生理代謝也會產(chǎn)生影響。植物體為適應不良環(huán)境的影響，自身形成一系列清除活性氧的保護酶系統(tǒng)，抗氧化物歧化酶（SOD）是其中重要的抗氧化酶之一。有試驗表明，鹽脅迫條件下，植物體內SOD活性與植物的抗氧化脅迫能力呈正相關[14]。由圖5、圖6可見，隨NaCl脅迫時間的延長，喜鹽鳶尾SOD含量呈逐漸增加的趨勢，處理28 d時SOD含量是對照的97.84%，為處理7 d時的2.31倍，喜鹽鳶尾在高鹽脅迫下有較強清除活性氧的能力；隨鹽脅迫時間延長，馬藺的SOD含量呈先降低后激增趨勢，鹽脅迫處理28 d時，馬藺SOD含量明顯高于對照，為處理7 d時的2.44倍，這表明隨脅迫時間延長，馬藺的抗氧化保護能力增強。

2.5 NaCl脅迫對喜鹽鳶尾和馬藺可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白是植物體內重要的營養(yǎng)組成成分之一，在植物生理代謝過程中發(fā)揮著重要的作用。在逆境中，植物體內部分蛋白合成受阻，而部分蛋白質的含量卻顯著增加，最終使植物體內總蛋白質的含量發(fā)生變化[15]。植物在逆境脅迫中會積累部分可溶性蛋白參與滲透調節(jié)作用，降低鹽分對植物的傷害作用。由圖7、圖8可見，1.5% NaCl處理28 d內，喜鹽鳶尾和馬藺葉片內的可溶性蛋白含量均呈逐漸增加的趨勢，這表明2種植物均具有較強脅迫誘導可溶性蛋白合成及積累的能力；喜鹽鳶尾的可溶性蛋白含量均高于對照，喜鹽鳶尾對可溶性蛋白的積累能力相對較強，而馬藺的可溶性蛋白含量均低于對照，其積累能力弱于喜鹽鳶尾。

2.6 NaCl脅迫對喜鹽鳶尾和馬藺Na+含量、K+/Na+的影響

由表2、表3可見，隨鹽脅迫處理的延長，喜鹽鳶尾根系中Na+含量呈逐漸增加的趨勢，而葉片中的Na+含量則呈倒 “S”形增減趨勢；鹽脅迫處理28 d時，喜鹽鳶尾根系中 Na+含量為對照的32.65倍，是葉片中含量的1.52倍；隨鹽脅迫處理的延長，馬藺葉片和根系中的Na+含量均呈逐漸增加趨勢，鹽脅迫處理28 d時，馬藺根系中Na+含量是葉片中的1.92倍，為處理7 d時的2.69倍。盡管高鹽脅迫下喜鹽鳶尾和馬藺的葉片和根系中積累了大量的Na+離子，但2種植物仍能夠維持一定的生長，表現(xiàn)出較強的抗鹽能力。另外，二者根系中的Na+含量均遠高于葉片中的Na+含量，這可能是因為喜鹽鳶尾和馬藺將吸收到體內的大部分Na+貯藏于植物根系內，減少了植物根系中Na+向地上部葉片的運輸，降低了高鹽分離子對植物地上部的傷害，從而最大限度地維持地上部的代謝和生長，這也是耐鹽植物誘導抗性調節(jié)的機理之一。

植物在高鹽脅迫下，地上部葉片K+/Na+含量比高，則其抗鹽性較強[16]。由圖9、圖10可見，鹽脅迫處理28 d內，喜鹽鳶尾葉片中K+/Na+的含量比均高于根系；喜鹽鳶尾葉片中K+/Na+的含量比呈先驟升后明顯下降趨勢，鹽脅迫14 d時達到最大值，為根系的14.4倍，鹽脅迫處理21 d時，喜鹽鳶尾葉片中K+/Na+的含量比仍為根系的7.3倍，根系中的K+/Na+含量比變化幅度不大；馬藺葉片和根系中的K+/Na+離子含量比均隨脅迫時間的延長呈下降趨勢，但與喜鹽鳶尾相同的是，葉片中K+/Na+含量比始終高于根系。因此，通過提高葉片K+/Na+含量比可能是喜鹽鳶尾和馬藺高鹽誘導抗性的調節(jié)途徑之一。

3 討論

植物抗鹽堿脅迫的生理機制較為復雜，參與滲透調節(jié)的物質種類多樣，參與滲透調節(jié)的物質無論是無機離子還是有機物質，其調節(jié)機制均有可能不同。有些植物可能在某種滲透調節(jié)物質上有較強的積累能力，而對另一些滲透調節(jié)物質積累量卻很少，則該種植物就以某一主要積累的滲透調節(jié)物為主導進行滲透調節(jié)；有些植物可能通過多種滲透調節(jié)物質參與滲透調節(jié)以抵御鹽堿脅迫帶來的傷害。喜鹽鳶尾和馬藺對脯氨酸表現(xiàn)出較強的積累能力，這說明脯氨酸在這2種耐鹽植物的抗鹽脅迫誘導參與滲透調節(jié)方面可能具有相對更為重要的作用。隨高鹽脅迫時間的延長，馬藺的可溶性蛋白含量雖呈增加趨勢，但可溶性蛋白含量卻始終低于對照，這說明馬藺體內的可溶性蛋白可能有一部分發(fā)生分解，形成了脯氨酸等小分子物質參與到滲透調節(jié)；而隨高鹽脅迫時間的延長，喜鹽鳶尾和馬藺膜質過氧化產(chǎn)物MDA含量呈先升高后降低趨勢，這是否與2種植物的SOD含量持續(xù)增加有一定相關性還有待進一步研究。

Na+含量和Na+與K+的平衡是評估植物受鹽害程度和植物耐鹽性強弱的一個重要指標。1.5% NaCl脅迫下，隨脅迫時間的延長，喜鹽鳶尾和馬藺根系和葉片內均積累了較高含量的Na+離子，但從植株的生長狀況看，喜鹽鳶尾和馬藺并沒有出現(xiàn)嚴重的受害狀況，這說明喜鹽鳶尾和馬藺對進入體內的鹽分離子均具有一定的忍耐能力，可能是由于二者體內有多種滲透物質參與了滲透調節(jié)，也可能有其他的無機離子如Ca2+等共同參與滲透調節(jié)，以抵抗鹽分離子的毒害作用，其耐鹽相關的分子調控機制等也有待進一步研究。喜鹽鳶尾和馬藺地上部葉片中的Na+含量一直低于根系，這說明喜鹽鳶尾和馬藺的根系抗鹽能力更強，將鹽分離子封存在根系中可能是鹽脅迫誘導抗性機制之一。而白文波研究認為，馬藺的耐鹽機制為拒鹽[17]，高鹽脅迫下馬藺莖葉會分泌出一定的鹽分[1]。因此，對喜鹽鳶尾和馬藺的耐鹽機制同樣有待深入研究。另外，Walker等認為，植株地上部分Na+含量低、K+/Na+ 高，則植物的耐鹽性較強[16，18]。喜鹽鳶尾和馬藺葉片中的K+/Na+比值始終高于根系，這表明喜鹽鳶尾和馬藺均具有較強的抗鹽能力；隨脅迫時間延長，喜鹽鳶尾和馬藺葉片及根系內的K+/Na+會降低，可能是由于在高Na+脅迫下，植物對K+的吸收和積累出現(xiàn)顯著減少[1]。

參考文獻：

[1]白文波，李品芳. 鹽脅迫對馬藺生長及K+、Na+吸收與運輸?shù)挠绊慬J]. 土壤，2005，37（4）：415-420.

[2]趙功強，趙 萍. 8個高羊茅品種幼苗期抗鹽性比較[J]. 安徽農業(yè)科學，2008，36（20）：8447-8449，8452.

[3]姚彩艷，汪曉麗，盛海君，等. 等滲NaCl和PEG脅迫對玉米游離脯氨酸和可溶性糖含量的影響[J]. 揚州大學學報，2009，30（1）：90-94.

[4]樊懷福，郭世榮，杜長霞，等. 外源NO對NaCl脅迫下黃瓜幼苗氮化合物和硝酸還原酶的影響[J]. 西北植物學報，2006，26（10）：2063-2068.

[5]王偉華，張希明，閆海龍，等. 鹽處理對多枝檉柳光合作用和滲調物質的影響[J]. 干旱區(qū)研究，2009，26（4）：561-568.

[6]張華新，宋 丹，劉正祥. 鹽脅迫下11個樹種生理特性及其耐鹽性研究[J]. 林業(yè)科學研究，2008，21（2）：168-175.

[7]田曉艷，劉延吉，張 蕾，等. 鹽脅迫對景天三七保護酶系統(tǒng)、MDA、Pro及可溶性糖的影響[J]. 草原與草坪，2009（6）：11-14.

[8]焦 蓉，劉好寶，劉貫山，等. 論脯氨酸累積與植物抗?jié)B透脅迫[J]. 中國農學通報，2011，27（7）：216-221.

[9]陳吉寶，趙麗英，景蕊蓮，等. 植物脯氨酸合成酶基因工程研究進展[J]. 生物技術通報，2010（2）：8-10，23.

[10]Hamilton E W，Heckathorn S A. Mitochondrial adaptations to NaCl. Complex Ⅰ is protected by anti-oxidants and small heat shock proteins，whereas complex Ⅱ is protected by proline and betaine[J]. Plant Physiology，2001，126（3）：1266-1274.

[11]許玉鳳，王 雷. 馬藺（Iris lacteal var. chinensis）抗鹽生理特性的研究[J]. 植物研究，2009，29（5）：549-552.

[12]何開躍，李曉儲，黃利斌，等. 3種含笑耐寒生理機制研究[J]. 南京林業(yè)大學學報：自然科學版，2004，28（4）：62-64.

[13]宋 丹，張華新，耿來林，等. 植物耐鹽種植資源評價及耐鹽生理研究進展[J]. 世界林業(yè)研究，2006，19（3）：27-31.

[14]趙可夫. 植物抗鹽生理[M]. 北京：中國科學技術出版社，1993.

[15]毛桂蓮，哈新芳，孫 婕，等. NaCl脅迫下枸杞愈傷組織可溶性蛋白含量的變化[J]. 寧夏大學學報：自然科學版，2005，26（1）：64-66.

[16]Walker R R. Sodium exclusion and potassium-sodium selectivity in salt-treated trifoliate orange（Poncirus trifoliata）and cleopatra mandarin（Citrus reticulate）plants[J]. Austtralian Journal of Plant Physiology，1986，13（2）：293-303.

[17]白文波. 馬藺生物學特性及耐鹽適應性機制研究[D]. 北京：中國農業(yè)大學，2007.

[18]汪良駒，馬 凱，姜衛(wèi)兵，等. NaCl脅迫下石榴和桃植株Na+、K+含量與耐鹽性研究[J]. 園藝學報，1995，22（4）：336-340.