不同維生素浸種對玉米幼苗受鈉鹽脅迫后根冠比和多胺代謝的影響

沈彥合,胡尚連

(1.西南科技大學(xué)植物細胞工程實驗室, 四川 綿陽 621000; 2.四川省生物質(zhì)資源利用與改良工程技術(shù)中心, 四川 綿陽 621000)

【研究意義】維生素參與調(diào)控植物生長發(fā)育的多個生長代謝過程，能促進植物的種子萌發(fā)和生長發(fā)育[1-2]、提高植物的抗逆性[3-4]、調(diào)節(jié)多種酶的合成[5]。近年來發(fā)現(xiàn)，B族維生素在植物抗逆和代謝循環(huán)方面發(fā)揮著重要作用，其中維生素B1(VB1)影響著植物生長和非生物脅迫響應(yīng)[6]。【前人研究進展】在滲透壓、鹽以及氧化性應(yīng)激脅迫下, 植物體內(nèi)3種形式的VB1含量均有所升高[7]。維生素B6(VB6)在植物體內(nèi)作為轉(zhuǎn)氨作用的輔酶，參與多種生化反應(yīng)，提高植物的抗逆能力[8]。玉米是主要農(nóng)業(yè)作物之一，而鹽脅迫嚴重影響我國玉米產(chǎn)量。鹽濃度過高對玉米組織和器官生長和分化有抑制作用，破壞玉米生物膜結(jié)構(gòu)[9]；Na2SO4和NaCl均會對植物產(chǎn)生高毒性，但是不同植物對Na2SO4和NaCl毒害的敏感程度不同[10-13]，其中多胺代謝途徑是調(diào)節(jié)植物適應(yīng)鹽脅迫的一個途徑[14-16]，多胺代謝過程中由二胺氧化酶(DAO)和多胺氧化酶(PAO)催化反應(yīng)產(chǎn)生的H2O2，可以作為植物鹽脅迫響應(yīng)中乙烯和多胺代謝間的一個紐帶，乙烯的產(chǎn)生是玉米耐鹽/敏感的一個信號[14-16]。研究表明，VB1和VB6均可提高鹽脅迫玉米種子的萌發(fā)和發(fā)揮抗逆作用[2,17]，但玉米用VB1和VB6浸種后，不同基因型玉米幼苗在不同類型鈉鹽脅迫下的多胺代謝系統(tǒng)響應(yīng)的相關(guān)研究鮮見報道。【本研究切入點】本研究以耐鹽程度不同的雜交玉米品種金玉819(耐鹽類型)和金單999(鹽敏感型)為材料，探究不同維生素浸種后，鹽脅迫對玉米幼苗根冠比和多胺代謝途徑相關(guān)酶活變化的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究不同維生素浸種后，2種耐鹽程度不同的雜交玉米品種通過多胺代謝途徑對鹽脅迫的響應(yīng)。本研究可為不同鹽脅迫下維生素種類的選擇提供參考，為Na2SO4和NaCl脅迫對玉米多胺代謝影響的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

以雜交玉米品種金玉819(耐鹽類型)和金單999(鹽敏感型)為供試材料。

1.2 材料處理

1.2.1 種子萌發(fā) 選取2種基因型玉米種子，分別用100 mmol/L VB1和VB6溶液浸種24 h，然后移入1/2霍格蘭營養(yǎng)液中發(fā)芽，每盆加入200 mL 1/2霍格蘭營養(yǎng)液并在底部鋪上濾紙，覆蓋保鮮膜(扎孔)保持通氣防止水分過分蒸發(fā)，置于光照培養(yǎng)室中，每隔1 d更換1次營養(yǎng)液，培養(yǎng)7 d。

1.2.2 幼苗處理 待7 d后，把幼苗移植到塑料盆中，每盆16株。每種處理3盆，然后加入含100 mmol/L Na2SO4/NaCl的1/2 霍格蘭營養(yǎng)液。每隔 1 d換1次營養(yǎng)液。

待玉米移植入含鹽的霍格蘭營養(yǎng)液 10 d后進行取樣，每個處理取6株玉米幼苗，獨立保存，測干濕重。把剩下植株取樣移至-80 ℃冰箱長期保存，用于測定指標(biāo)。

1.3 測定方法

1.3.1 根冠比測定 每個處理分別取6株具有代表性的幼苗，將其地上部分和地下部分剪開，分別稱重。

1.3.2 多胺代謝途徑中相關(guān)酶活性測定 利用齊一生物試劑盒進行乙烯、ADC、DAO、PAO和H2O2含量測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Micral Excel 2017作圖，使用SPSS 24.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同維生素浸種對鹽脅迫玉米幼苗根冠比的影響

根冠比大小在一定程度上反映植物地下部分與地上部分的相關(guān)性。植株根冠比越大說明植株根系機能活性越大，反之說明植株根系機能活性小。從圖1可以看出，金玉819無論是Na2SO4還是NaCl脅迫，VB1和VB6處理后的根冠比均無顯著差異，但是當(dāng)用同一種VB處理時，Na2SO4脅迫后玉米的根冠比顯著高于NaCl脅迫處理(P<0.01)。對于金單999而言，Na2SO4脅迫下VB1處理后的根冠比顯著高于VB6處理(P<0.01)，而在NaCl脅迫下，VB1處理后的根冠比顯著低于VB6處理(P<0.01)；在VB1處理下，Na2SO4脅迫后玉米的根冠比顯著高于NaCl脅迫(P<0.01)，而在VB6處理下，Na2SO4脅迫后的根冠比顯著高于NaCl脅迫(P<0.01)。說明，對于金玉819，VB1和VB6浸種后對根冠比的影響并無明顯差異，但NaCl較Na2SO4對金玉819的根系傷害更大。對于金單999，在Na2SO4脅迫下，VB1較VB6能更顯著提高玉米根冠比。在NaCl脅迫下，VB6較VB1能更顯著提高玉米根冠比。

圖1 不同維生素浸種對鹽脅迫玉米幼苗根冠比的影響Fig.1 Effects of different vitamins soak seeds on root-crown ratio of maize seedlingsin salt stress

圖2 不同維生素浸種對鹽脅迫玉米幼苗乙烯含量的影響Fig.2 Effects of different vitamins soak seeds on ethylene content of maize seedlings in salt stress

2.2 不同維生素浸種對鹽脅迫玉米幼苗多胺代謝途徑的影響

2.2.1 不同維生素浸種對鹽脅迫玉米幼苗乙烯含量的影響 乙烯是植物中的一種激素，在植物抗逆過程中發(fā)揮著重要作用，是植物衰老和死亡的標(biāo)志。對于金玉819而言，在Na2SO4脅迫下，VB6處理的玉米葉片中乙烯含量顯著低于VB1處理(P<0.01)，而在NaCl脅迫下2種VB處理后的葉片乙烯含量無顯著差異；無論是VB1處理還是VB6處理，2種鈉鹽處理間的金玉819的葉片乙烯含量均無顯著差異(圖2)。對于金單999而言，VB1和VB6處理之間、不同鹽脅迫處理間的葉片中乙烯含量均無顯著差異(圖2)。說明，在Na2SO4脅迫下，VB6較VB1更能顯著減少金玉819體內(nèi)乙烯的積累。

2.2.2 不同維生素浸種對鹽脅迫玉米幼苗精氨酸脫羧酶(ADC)酶活性的影響 精氨酸脫羧酶(ADC)能夠把相應(yīng)的氨基酸脫去羧基形成多胺。金玉819和金單999在2種鹽脅迫下，VB1處理的玉米幼苗ADC活性均顯著高于VB6處理(P<0.01)；2種鹽脅迫間，VB1處理的金玉819和VB6處理的金單999的玉米幼苗葉片ADC活性則無顯著差異(圖3)。VB1處理金單999時，NaCl脅迫的玉米幼苗ADC活性顯著高于Na2SO4脅迫處理(P<0.01)。VB6處理金玉819時，Na2SO4脅迫的玉米幼苗ADC活性顯著高于NaCl脅迫處理(P<0.01)。說明，VB1較VB6更能提高鹽脅迫下玉米ADC活性。

2.2.3 不同維生素浸種對鹽脅迫玉米幼苗二胺氧化酶(DAO)活性的影響 二胺氧化酶(DAO)是腐胺(Put)分解代謝的關(guān)鍵酶，在組胺和多種多胺代謝中起作用，能夠反映植物的受損傷程度。在Na2SO4脅迫下，VB1處理的2種基因型玉米的DAO活性均顯著高于VB6處理(P<0.01)；在NaCl脅迫下，VB6處理的2種基因型玉米的DAO活性均高于VB1處理(P<0.01，圖4)。NaCl脅迫的玉米DAO活性均顯著高于Na2SO4脅迫(P<0.01)，但金玉819的VB1處理除外。說明，VB1處理更能提高Na2SO4脅迫下玉米DAO活性，VB6處理更能提高NaCl脅迫下玉米DAO活性。NaCl脅迫較Na2SO4脅迫更能促進玉米DAO活性增加。

圖3 不同維生素浸種對鹽脅迫玉米幼苗ADC酶活性的影響Fig.3 Effects of different vitamins soak seeds on ADC activity of maize seedlings in salt stress

圖4 不同維生素浸種對鹽脅迫玉米幼苗DAO的影響Fig.4 Effects of different vitamins soak seeds on DAO activity of maize seedlings in salt stress

2.2.4 不同維生素浸種對鹽脅迫玉米幼苗多胺氧化酶(PAO)活性的影響 多胺氧化酶(PAO)是亞精胺(Spd)和精胺(Spm)分解代謝的關(guān)鍵酶。同一種鹽處理下，VB6處理的玉米PAO活性均顯著高于VB1處理(P<0.01)，除Na2SO4脅迫下金單999的VB1種VB6處理的玉米PAO活性無顯著差異外(圖5)。VB1和VB6處理2種基因型玉米時，NaCl脅迫的玉米PAO活性均顯著高于Na2SO4脅迫(P<0.01，圖5)。說明，VB6較VB1更能顯著提高鹽脅迫下玉米PAO活性，NaCl脅迫較Na2SO4脅迫更能促進玉米PAO的增加。

2.2.5 不同維生素浸種對鹽脅迫玉米幼苗過氧化氫含量的影響 過氧化氫(H2O2)在植物受脅迫時含量增加，影響植物的生長發(fā)育和氣孔導(dǎo)度。無論在哪種鹽脅迫下，VB1處理的2種基因型玉米中的H2O2含量均顯著高于VB6處理(P<0.01，圖6)。VB1和VB6處理下，Na2SO4脅迫處理下金玉819的H2O2含量均顯著高于NaCl脅迫處理(P<0.01)；而僅VB1和NaCl處理的金單999的H2O2含量顯著高于Na2SO4處理(P<0.01)。說明，VB6較VB1更能降低鹽脅迫下玉米幼苗H2O2含量。Na2SO4脅迫較NaCl脅迫會迫使金玉819產(chǎn)生更多H2O2。NaCl脅迫較Na2SO4脅迫使金單999產(chǎn)生更多H2O2，VB6處理除外。

3 討 論

研究表明，不同種類維生素對玉米根冠比影響不同，VB1、VB2和VB12可顯著提高玉米根冠比，而VB6對玉米根冠比具有抑制作用[17]。本研究表明，對鹽脅迫敏感性不同的玉米雜交品種，用VB1和VB6浸種后，其幼苗的根冠比對NaCl和Na2SO4脅迫的響應(yīng)各異。將耐鹽的金玉819用VB1和VB6浸種后，NaCl和Na2SO4脅迫對其幼苗根冠比的影響不明顯，但NaCl較Na2SO4對金玉819的根系傷害大；對鹽脅迫比較敏感的金單999在Na2SO4脅迫下，VB1比VB6的玉米根冠比高，而在NaCl脅迫下，VB6處理比VB1處理的玉米根冠比高。

圖5 不同維生素浸種對鹽脅迫玉米幼苗PAO的影響Fig.5 Effects of different vitamins soak seeds on PAO activity of maize seedlings in salt stress

圖6 不同維生素浸種對鹽脅迫玉米幼苗H2O2的影響Fig.6 Effects of different vitamins soak seeds on H2O2 content of maize seedlings in salt stress

多胺含量的增加可以緩解植物根系的受毒害程度[22-23]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，多胺對鹽脅迫植物根系的影響取決于Put、Spd和Spm三者之間的平衡[24]，(Spd+Spm)/Put比值的升高會提升植物的耐脅迫能力。本研究中，與NaCl脅迫相比，金玉819在Na2SO4脅迫下的ADC活性更高，PAO活性較低，(Spd+Spm)/Put升高，根系耐鹽能力增強，根冠比也較NaCl脅迫更高；在VB1和VB6處理時，VB6處理下的ADC活性和PAO活性均顯著高于VB1處理，可能是VB1和VB6處理后的(Spd+Spm)/Put的值達到了相對動態(tài)平衡，從而使2種處理后的根冠比無顯著差異，金單999也得到類似的結(jié)果，還需要進一步研究。

4 結(jié) 論

用VB1和VB6浸種后，鹽脅迫敏感性不同的玉米雜交品種幼苗的根冠比以及多胺代謝途徑中相關(guān)酶活性對NaCl和Na2SO4脅迫的響應(yīng)不同。