氯化鈉脅迫對菊芋幼苗生長和葉片抗氧化酶活性的影響

李曉梅，李愛卿，趙曉東，馮玉蘭

(西北民族大學 生命科學與工程學院，甘肅 蘭州 730030)

氯化鈉脅迫對菊芋幼苗生長和葉片抗氧化酶活性的影響

李曉梅，李愛卿，趙曉東，馮玉蘭*

(西北民族大學 生命科學與工程學院，甘肅 蘭州 730030)

采用溫室盆栽法，以青芋2號(QY-2)為試材，用含不同濃度NaCl(0、50、100、150、200 mmol·L-1)的溶液模擬鹽脅迫，分析不同程度鹽脅迫對菊芋幼苗株高、地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重、根冠比、各器官含水率，以及葉片抗氧化酶活性的影響。結果顯示，50 mmol·L-1NaCl能夠促進菊芋幼苗生長，除葉片含水率外，其他生長指標均高于對照組(NaCl濃度為0)，且株高、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重與對照組差異顯著(P<0.05)，而SOD(超氧化物歧化酶)、POD(過氧化物酶)、CAT(過氧化氫酶)活性均低于對照組。200 mmol·L-1NaCl脅迫下，菊芋株高、總鮮重、地上部鮮重、地上部干重、含水率、POD活性、CAT活性與對照組相比均降低，而地下部鮮重、地下部干重、根冠比、SOD活性均較對照組有小幅度提高。

鹽脅迫； 菊芋； 抗氧化

鹽漬化是制約植物生長和降低干旱和半干旱區作物產量的主要化學脅迫因子[1-2]，土壤的鹽漬化已然成為同資源問題、環境問題和生態問題為一體的全球性問題[3-4]。我國是世界鹽堿地大國之一，土地鹽漬化嚴重影響我國農林業生產和植被分布，在降低經濟效益的同時又破壞生態環境。目前最經濟有效的利用鹽漬化土地的生物途徑之一就是篩選、利用耐鹽植物。研究植物鹽脅迫響應機制對選育合適的農林業耐鹽品種，以及鹽堿地區的生態環境建設和利用改良等極具理論和現實意義。

菊芋(Helianthustuberosus)是主要靠塊莖繁殖，耐寒，耐旱，耐貧瘠，耐鹽堿，繁殖力強的菊科向日葵屬多年生草本植物[5]。菊芋的生態適應性很強，是耐鹽脅迫研究的理想材料。菊芋地上莖葉是優質粗飼料，被聯合國糧農組織稱為“21 世紀人畜共用作物”[6]。其地下塊莖亦具有很高的經濟價值。菊芋塊莖中菊糖含量較高，工業上用它提煉白酒和酒精。菊糖水解后的果糖，可用于醫藥生產，制作糖果、糕點等。同時菊芋塊莖中富含淀粉，可食用或作醬菜，還可以利用芋粉轉化生產乙醇，是極具前景的生物能源原料。有研究認為，植物苗期對鹽脅迫的反應最為敏感。本研究特以青芋二號菊芋幼苗為研究對象，探究不同濃度NaCl處理對苗期菊芋生長指標和葉片抗氧化酶的脅迫效應，以探討青芋二號菊芋品種對NaCl脅迫的適應機理，旨在為鹽漬土地種植菊芋提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

以購自青海省農林科學院的青芋二號塊莖為試驗材料。

1.2 方法

選取具有發芽能力的青芋二號菊芋塊莖，消毒后將芽眼完好的部分切成塊，種于裝有蛭石的穴盤中，將穴盤放入溫室進行培養，晝/夜溫度為31 ℃/22 ℃。待塊莖萌發長出2～3對真葉后，挑選生長一致的幼苗，轉移至裝有石英砂和蛭石的具孔塑料盆中，每盆栽3株，每日用1/2 Hoagland營養液澆灌，且營養液要每天更換1次。苗齡20 d后，選擇長勢一致的菊芋幼苗分別用含不同濃度NaCl(0、50、100、150、200 mmol·L-1)的1/2 Hoagland培養液進行脅迫處理。澆灌量以沒過細沙為準，使根部溶液徹底更新。蒸發、蒸騰損失的水通過稱重加蒸餾水進行補充。

為避免幼苗受高濃度鹽處理的沖擊，選擇每日脅迫濃度遞增的方法處理幼苗，當各處理達到預期濃度后7 d進行指標測定。

1.3 指標測定

1.3.1 株高

用卷尺測量菊芋幼苗莖基部到植株頂葉的距離作為株高,測量時要舒展頂葉。

1.3.2 鮮重、干重、根冠比

隨機拔取每個處理各6株菊芋幼苗，用自來水將根部沖洗干凈，再用去離子水清洗，然后用濾紙吸干水分，用剪刀將根、莖、葉分開，然后用稱重法稱取各部位鮮重(m1)，之后將稱重好的根、莖、葉置于恒溫干燥箱先105 ℃殺青15 min，再60 ℃烘干至恒重，稱取各部位干重(m2)，即為生物量。

含水率=(m1-m2)/m1×100；

根冠比=根生物量/(莖生物量+葉生物量)。

1.4 數據分析

使用SPSS 19.0軟件進行數據分析，對有顯著差異的處理采用Duncan法進行多重比較，用Excel 2010作圖。

2 結果與分析

2.1 對幼苗生長的影響

2.1.1 株高

從圖1可看出，50 mmol·L-1的NaCl處理下菊芋株高最高，且與對照組(NaCl濃度為0)差異顯著(P<0.05)。當NaCl濃度≤50 mmol·L-1時，隨著處理濃度的升高菊芋株高呈現上升趨勢；當NaCl濃度>50 mmol·L-1時，隨著NaCl濃度遞增，菊芋株高呈現下降趨勢。200 mmol·L-1NaCl處理下菊芋株高顯著(P<0.05)低于對照組，說明菊芋幼苗生長受到抑制，植株表現為部分脫水，且整體呈現萎蔫現象，近根部葉片發黃。

各處理柱上無相同小寫字母的表示差異顯著(P<0.05)。圖2～5同圖1 不同NaCl濃度對菊芋株高的影響

2.1.2 鮮重

如圖2所示，隨著NaCl濃度遞增，菊芋幼苗總鮮重、地上部鮮重、地下部鮮重均出現先上升后下降的變化趨勢。當NaCl濃度為50 mmol·L-1時，前述3項指標均達到最高值，菊芋幼苗地下部鮮重較對照組增加85.8%，且差異顯著(P<0.05)。這說明低濃度的NaCl處理對菊芋幼苗生長有促進作用。高濃度鹽脅迫會抑制菊芋幼苗生長。當NaCl濃度為200 mmol·L-1時，與對照組對比，總鮮重下降了23.9%，地上部鮮重下降了34.9%，而地下部鮮重卻上升了42.4%，說明高濃度鹽處理對地上部的影響比地下部更明顯。綜上，菊芋幼苗地下部對NaCl脅迫的耐受力要強于地上部。

2.1.3 干重及根冠比

生長受抑制、生物量降低是植物在鹽脅迫下最明顯的生理變化。從圖3可看出，當NaCl濃度為50 mmol·L-1時，菊芋幼苗地上部干重、地下部干重相對于對照組顯著(P<0.05)上升。當NaCl濃度高于50 mmol·L-1時，干物質積累量隨著NaCl濃度的增高而呈現減少的趨勢。當NaCl濃度為200 mmol·L-1時，菊芋幼苗地下部干重和根冠比均小幅度增高。

2.1.4 各器官含水率

由圖4可知，不同NaCl濃度下菊芋幼苗各器官含水率無顯著差異。當NaCl濃度為25～100 mmol·L-1時，根、莖含水率較對照組上升，而葉含水率下降，表明低濃度的NaCl對菊芋幼苗葉片水分代謝率的影響相對較大。當NaCl濃度為150 mmol·L-1時，根部相對含水率的增幅高于莖和葉；當NaCl濃度為200 mmol·L-1時，根部相對含水率的降幅更小。

圖2 不同NaCl濃度對菊芋幼苗地上部、地下部，及總鮮重的影響

圖3 不同NaCl濃度對菊芋幼苗地上部、地下部干重，及根冠比的影響

圖4 不同NaCl濃度對菊芋幼苗各器官含水率的影響

2.2 對葉片抗氧化酶活性的影響

從圖5可以看出，隨著NaCl濃度增大，菊芋幼苗葉片SOD、CAT活性均呈現先升后降再升再降的趨勢，POD活性則是先下降，至50 mmol·L-1

起也呈現與SOD、CAT活性相同的變化趨勢。當NaCl濃度為25 mmol·L-1時，幼苗葉片SOD與CAT活性均高于對照，但差異不顯著；當NaCl濃度為50 mmol·L-1時，SOD、CAT、POD活性均下降，且SOD、CAT活性與對照組差異顯著(P<0.05)；當NaCl濃度為150 mmol·L-1時，3種抗氧化酶的活性同時急劇上升，說明該濃度下幼苗葉片活性氧大量積累，細胞膜受到氧化反應的損害，此時，過氧化物酶體的氧化反應占主導作用，因此機體誘導產生了大量抗氧化酶以清除活性氧使機體免受傷害，這與Huang等[7]的研究一致。

所有酶活均以鮮重計圖5 不同NaCl濃度對菊芋幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

3 討論

研究發現，植物幼苗生長階段對鹽脅迫最為敏感[8-9]。本研究發現，隨著NaCl濃度遞增，菊芋幼苗株高、總鮮重、地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重均呈現先上升后下降的變化趨勢，且在NaCl脅迫濃度為50 mmol·L-1時各指標數值均達最高值，表明低濃度NaCl處理能夠促進菊芋幼苗生長，而高濃度則會抑制菊芋幼苗生長。這與秦娟等[10]對宇航四號朝天椒幼苗耐鹽性的研究結論一致。根冠比增大是植物的一種保護效應，有利于其對營養物質和水分的吸收，降低蒸騰，緩解水分脅迫所造成的傷害[11]。本研究中，隨著NaCl濃度提高，根冠比也隨之提高，說明菊芋幼苗通過提高根冠比以適應鹽脅迫。但當繼續增大鹽脅迫濃度時，其根冠比降低。地下部干重和根冠比在200 mmol·L-1NaCl濃度下高于對照組，且根部含水率在200 mmol·L-1NaCl脅迫濃度下降幅度較小。綜上，50 mmol·L-1NaCl能促進菊芋幼苗生長，且菊芋幼苗的耐鹽能力主要在于根部。

活性氧會介導膜脂的過氧化作用[11-13]。鹽脅迫下活性氧的積累會導致植物細胞受損乃至死亡[14]，細胞抗氧化酶系統中的SOD、CAT和POD可清除植物體內的活性氧[15-17]。當鹽濃度超過了一定量后，抗氧化酶系統的酶活性則會受到抑制[18]。以上結論在本研究中得到了充分驗證。

鹽化土壤的含鹽率為0.2%～0.6%，鹽土含鹽率為0.6%～2%。含有50 mmol·L-1NaCl的1/2 Hoagland營養液含鹽率為1%。依據本研究結果，50 mmol·L-1NaCl對青芋二號菊芋幼苗的生長有明顯的促進作用，且該濃度下3種葉片抗氧化酶活性均比較低，說明此脅迫濃度下活性氧含量低，植株沒有受到活性氧的損害。由此可初步確定，青芋二號菊芋幼苗具有較強的耐鹽性。

[1] QADIR M, SCHUBERT S, GHAFOOR A, et al. Amelioration strategies for sodic soils: a review[J]. Land Degradation & Development, 2001, 12(4):357-386.

[2] 蔣高明. 當前植物生理生態學研究的幾個熱點問題[J]. 植物生態學報, 2001, 25(5):514-519.

[3] PICHU R. Soil processes affecting crop production in salt-affected soils[J]. Functional Plant Biology, 2010, 37(7):613-620.

[4] ZHU J K. Plant salt tolerance[J]. Trends in Plant Science, 2001, 6(2):66-71.

[5] 國澤新, 鄧立軍, 劉文達,等. 建平縣馬鈴薯栽培技術現狀及發展對策[J]. 園藝與種苗, 2005, 25(5):322-323.

[6] 鄭延平. 豬青飼料作物的種植技術[J]. 豬業觀察, 2007(4):46.

[7] HUANG Z, ZHAO L, CHEN D, et al. Salt stress encourages proline accumulation by regulating proline biosynthesis and degradation in Jerusalem artichoke plantlets[J]. PloS One, 2013, 8(4): e62085.

[8] FRANCO J A, ESTEBAN C, RODRIGUEZ C. Effects of salinity on various growth stages of muskmelon cv. Revigal[J]. Journal of Horticultural Science, 1993, 68(6):899-904.

[9] 明糠谷, 正夫増井, 明石田, 等. Salt tolerance of muskmelons as affected by diluted sea water applied at different growth stages in nutrient solution culture[J]. Journal of the Japanese Society for Horticulturalence, 2007, 53(2):168-175.

[10] 秦娟, 王勇軍, 張云奉,等. 鹽脅迫對宇航四號朝天椒種子萌發和幼苗生長的影響[J]. 貴州農業科學, 2016, 44(9):41-45.

[11] 胡學儉, 孫明高, 夏陽,等. NaCl脅迫對無花果與海棠膜脂過氧化作用及保護酶活性的影響[J]. 西北植物學報, 2005, 25(5):937-943.

[12] 張亞冰, 劉崇懷, 潘興,等. 鹽脅迫下不同耐鹽性葡萄砧木丙二醛和脯氨酸含量的變化[J]. 河南農業科學, 2006, 35(4):84-86.

[13] 李瓊, 劉國道, 郇樹乾. 鹽脅迫下六種禾本科牧草幼苗葉片膜脂過氧化作用及其與耐鹽性的關系[J]. 家畜生態學報, 2005, 26(5): 63-67.

[14] 張義凱, 崔秀敏, 楊守祥,等. 外源NO對鎘脅迫下番茄活性氧代謝及光合特性的影響[J]. 應用生態學報, 2010, 21(6):1432-1438.

[15] 趙雅靜, 翁伯琦, 王義祥,等. 植物對干旱脅迫的生理生態響應及其研究進展[J]. 福建稻麥科技, 2009, 27(2):45-50.

[16] 王文, 蔣文蘭, 謝忠奎,等. NaCl脅迫對唐古特白刺幼苗生理指標的影響[J]. 草地學報, 2012, 20(5):907-913.

[17] 王太亮, 韓兆勝, 龐妙甜,等. NaCl脅迫對狗牙根生理生化特性的影響[J]. 草原與草坪, 2015(1):63-67.

[18] 王寶山. 生物自由基與植物膜傷害[J]. 植物生理學報, 1988(2):14-18.

2017-07-19

國家民委科研項目(14XBZ013)；蘭州市科技局項目(2015-3-112)；西北民族大學“一優三特”學科中央高校基本科研項目(31920170173)

李曉梅(1993—)，女，回族，寧夏中衛人，學士，研究方向為生物技術，E-mail：1065880098@qq.com。

馮玉蘭(1979—)，女，甘肅秦安人，副教授，碩士，研究方向為生物技術，E-mail：fyl@xbmu.edu.cn。

文獻著錄格式：李曉梅，李愛卿，趙曉東，等. 氯化鈉脅迫對菊芋幼苗生長和葉片抗氧化酶活性的影響[J].浙江農業科學，2017，58(12)：2206-2209.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171239

Q945.78

A

0528-9017(2017)12-2206-04

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