異甜菊醇對鹽脅迫下小麥幼苗生長的影響

王 燕 李廷友 王 豆 李佳薇 彭雯璐 芮海云

（泰州學院，225300，江蘇泰州）

土壤鹽堿化減少了人類可耕作土地的面積，造成土地資源的浪費，農業生產方面受到嚴重損失，據不完全統計，全世界約有10億hm2鹽堿地[1]。目前，提高農作物的耐鹽堿性是開發利用鹽堿地的研究熱點[2-4]。有文獻[5-7]報道，通過施加外源精胺、赤霉素（GA3）和NO等可以提高農作物的耐鹽性。隨著轉基因技術的發展，科學家們通過轉基因技術培養耐鹽品種，但轉基因農作物的安全性尚待明確[8]。

小麥是重要的糧食作物之一，國內外學者對小麥在鹽堿脅迫下的生長作了大量研究工作。研究[9]表明，在鹽脅迫下，小麥細胞內Na+大量積累，破壞了超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等對自由基的清除作用，造成小麥體內自由基積累，破壞細胞膜結構，使植物新陳代謝受到抑制。

異甜菊醇是一種四環二萜類化合物，多個文獻[10]報道其具有廣泛的抗腫瘤、抑菌、降血壓、降血糖和抗氧化等生理活性。GA3作為一種植物激素，廣泛用于促進植物的生長發育，高添樂等[11]報道了不同濃度的GA3葉面噴施對甜玉米幼苗CAT及SOD活性有不同程度的提高，王楠等[12]報道了GA3浸泡種子可使鹽脅迫下黃芪種子發芽率明顯提升，朱秀紅等[13]報道了GA3浸種處理提高了鹽脅迫下泡桐種子發芽率，促進了根和芽的生長，增強了鹽脅迫下泡桐幼苗中氧化酶系活性。異甜菊醇作為赤霉素類似物，可由甜菊苷水解得到，國內早期文獻曾報道，甜菊苷及其衍生物對水稻種子發芽的促進作用相當或好于GA3，其中對水稻種子的胚根和胚芽的生長發育促進作用要好于GA3[14]，但對鹽脅迫下植物生長的促進作用缺乏研究。本文以小麥品種揚麥2號種子為試驗材料，用不同濃度的異甜菊醇對小麥種子進行預處理，研究不同濃度異甜菊醇對鹽脅迫條件下小麥幼苗生長指標、SOD、POD及CAT活性的影響，探討異甜菊醇在鹽脅迫下對小麥幼苗生長的促進作用及可能存在的機制，為小麥種子的抗鹽研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

小麥品種為揚麥2號，購買于江蘇省自泰州市農貿市場。異甜菊醇純度99.5%，購自南京金陵藥業，其余試劑均為國產分析純。

1.2 試驗方法

挑選外形飽滿、大小均一、成熟度一致的種子，用1%NaClO溶液消毒，清水沖洗干凈，用濾紙吸干種子表面水分待用。于室溫下分別用10-7、10-8、10-9和10-10mol/L的異甜菊醇水溶液浸泡種子24h。將吸脹后的小麥種子腹溝向下整齊擺放在已滅菌的、鋪有雙層濾紙的中號培養皿中，每個培養皿中放50粒種子。設11個處理組，分別考察100和150mmol/L NaCl鹽脅迫條件下不同濃度異甜菊醇對小麥幼苗生長的影響，具體處理如表1所示。在室溫條件下正常培養7d，每天補充蒸餾水至首日劑量。

表1 因素水平Table 1 Factor levels

1.3 樣品采集與分析

培養7d后進行各項指標測定。采用常規直尺測量苗長和根長，用電子天平稱苗鮮重和根鮮重。采用氮藍四唑（NBT）法[15]測定SOD活性，以抑制NBT光化還原的50%為1個酶活單位（U），酶活性以U/g表示；采用愈創木酚法[15]測定POD活性，以1min內OD470變化0.01為1個酶活單位（U），酶活性以U/(g·min)表示；采用紫外吸收法[11]測定CAT活性，以1min內OD240減少0.1為1個酶活單位（U），酶活性以U/(g·min)表示；采用硫代巴比妥酸法[15]測定丙二醛（MDA）含量。

1.4 數據處理

采用SPSS 7.0軟件進行數據統計分析，采用最小顯著極差法（LSD）進行差異顯著性分析（P＜0.05），并用Excel 2010軟件進行圖表的繪制。

2 結果與分析

2.1 異甜菊醇對鹽脅迫條件小麥幼苗生長的影響

由表2可知，模型組和CK組的苗長和根長存在顯著差異，在100mmol/L NaCl脅迫下，小麥早期生長受到明顯抑制，CK組的苗鮮重和根鮮重也高于模型組，但無顯著差異。與模型組相比，A1、A2、A3和A4組的苗長分別提高了13.3%、16.0%、12.1%和9.1%；根長分別提高123.9%、106.3%、144.0%和75.5%；根鮮重分別提高了41.4%、89.7%、20.7%和72.4%；苗鮮重與模型組相比，雖然均有提高，但無顯著差異。說明異甜菊醇能夠顯著緩解鹽脅迫對小麥幼苗的生長脅迫，尤其是提高了小麥幼苗的根系生長發育，其中以A2組促進作用最明顯。

表2 100mmol/L NaCl鹽脅迫下異甜菊醇對小麥幼苗生長的影響Table 2 Effects of isosteviol on growth of wheat seedlings under 100mmol/L NaCl salt stress

由表3可知，模型組和CK組的苗長、根長、苗鮮重及根鮮重均存在顯著差異，在150mmol/L NaCl濃度脅迫下，小麥早期生長受到明顯抑制，且模型組小麥各項指標均低于100mmol/L NaCl濃度脅迫下的模型組，說明鹽濃度越高，小麥生長受到的抑制作用越強。與模型組相比，B1、B2和B3組的根長分別提高了34.5%、31.7%和46.4%，B4組對根長的提高不明顯；根鮮重分別提高了19.2%、19.2%、80.8%和15.4%；苗長和苗鮮重方面，除B3組的苗鮮重顯著提高外，其他均無顯著差異。說明在高濃度鹽脅迫條件下，異甜菊醇對小麥幼苗的生長脅迫仍有緩解作用，和低濃度鹽脅迫相同，主要促進小麥幼苗的根系發育，其中以B3組促進作用最明顯。

表3 150mmol/L NaCl鹽脅迫下異甜菊醇對小麥幼苗生長的影響Table 3 Effects of isosteviol on growth of wheat seedlings under 150mmol/L NaCl salt stress

2.2 異甜菊醇對鹽脅迫條件小麥葉片抗氧化酶系統的影響

由圖1可知，在100mmol/L NaCl鹽脅迫下，模型組小麥葉片中的MDA含量相比CK組顯著增加，SOD、POD及CAT活性顯著下降，說明鹽脅迫降低了小麥葉片中抗氧化酶的活性，從而使MDA含量增加。與模型組相比，A1、A2、A3和A4組MDA含量分別下降了10.6%、15.0%、11.6%和13.4%；SOD活性分別提高了9.7%、53.3%、39.0%和45.9%；POD活性分別提高了8.7%、19.6%、22.7%和17.8%；A3和A4組CAT活性分別提高了44.0%和34.0%，A1和A2組CAT活性也高于模型組，但無顯著差異。A2、A3和A4組的3種抗氧化酶活性均高于CK組，說明異甜菊醇提高了鹽脅迫條件下小麥幼苗的抗氧化酶活性，尤其是SOD活性顯著提高，其中A2組SOD活性提高最明顯，這與A2組小麥各項生長指標均顯著提高的結果一致。

圖1 100mmol/L NaCl鹽脅迫下異甜菊醇對小麥葉片中MDA含量，SOD、POD及CAT活性的影響Fig.1 Effects of isosteviol on MDA content and SOD,POD,CAT activities of wheat leaves under 100mmol/L NaCl salt stress

由圖2可知，在150mmol/L NaCl高濃度鹽脅迫下，模型組小麥葉片中MDA含量與CK組相比極顯著增加，3種抗氧化酶活性顯著降低。與模型組相比，B1、B2、B3和B4組MDA含量均下降；SOD活性分別提高了20.1%、35.9%、203.9%和28.2%；POD活性分別提高了13.2%、23.6%、23.6%和27.9%；B1和B3組CAT活性分別提高了31.0%和23.8%，B2和B4組CAT活性也有所提高，但無顯著差異。說明在高濃度鹽脅迫條件下，異甜菊醇仍可以顯著提高小麥幼苗中抗氧化酶活性，尤其是SOD活性，其中B3組SOD活性提高最顯著，這與B3組小麥根系生長最發達的結果一致。同時，對比圖1和圖2中的模型組，高濃度鹽脅迫下的MDA高于低濃度鹽脅迫，各種酶活性低于低濃度鹽脅迫。說明鹽脅迫濃度越高，小麥葉片中抗氧化酶活性被破壞越強，有害物質MDA含量越高。

圖2 150mmol/L NaCl鹽脅迫下異甜菊醇對小麥葉片中MDA含量，SOD、POD及CAT活性的影響Fig.2 Effects of isosteviol on MDA content and SOD,POD,CAT activities of wheat leaves under 150mmol/L NaCl salt stress

3 討論

3.1 異甜菊醇對小麥生長指標的影響

鹽脅迫條件下，植物生長受到抑制，因此，生長量可以作為植物耐鹽性的直接指標[16]。朱秀紅等[13]研究表明，適宜濃度的GA3浸種可調節內源激素含量的變化及其比值平衡，可以緩解鹽脅迫對泡桐種子造成的傷害，且不同品種緩解所需最佳GA3濃度不同。本研究結果表明，作為赤霉素類似物，不同濃度的異甜菊醇也可顯著緩解鹽脅迫對小麥幼苗的生長抑制作用，尤其是根系生長的促進作用，但其促進作用與濃度不成比例關系，與前人[13]研究結果一致。本文研究結果表明，10-8和10-9mol/L的異甜菊醇分別對100和150mmol/LNaCl脅迫下小麥幼苗的生長促進作用最明顯。說明不同濃度的鹽脅迫條件下，異甜菊醇對小麥抗鹽性的提高有不同的最佳濃度，該結論提示當鹽脅迫程度不同時，植物生長促進劑的適宜濃度也不同。適當降低異甜菊醇的濃度，可以增加其對植物的生長促進作用，這與低濃度植物激素可以促進植物生長、高濃度激素抑制植物生長研究[17]結論一致。

3.2 異甜菊醇對小麥葉片抗氧化酶活性的影響

鹽脅迫下，植物體內活性氧的產生使平衡狀態遭到破壞，膜脂過氧化程度增加，嚴重時導致細胞死亡?？寡趸窼OD、POD和CAT是植物體內清除自由基的重要酶類，鹽脅迫條件下，植物通過提高抗氧酶活性，減輕逆境脅迫的傷害，維持正常生理功能[18]。SOD是細胞膜保護的第1道防線，其抗氧化機理是將毒性較強的O2-歧化為毒性較弱的H2O2，POD作為重要的H2O2清除酶，將H2O2還原為H2O，CAT也能將H2O2歧化為H2O和O2，但其清除效率較低[19]。朱金芳等[20]研究表明，在鹽脅迫濃度達150mmol/L時，中國檉柳中抗氧化酶SOD、POD、CAT活性顯著降低，MDA含量顯著升高。本研究結果顯示，在2種鹽濃度脅迫條件下（100和150mmol/L），模型組小麥幼苗中抗氧化酶體系活性均顯著降低，MDA含量顯著升高，這與前人[20]研究結果是一致的。同時，本文研究結果還揭示了鹽脅迫濃度越高，植物幼苗中的抗氧化酶活性被破壞越明顯，有害物質MDA含量越高。朱秀紅等[13]研究表明，適宜GA3浸種可以顯著提高泡桐幼苗中抗氧化酶活性，提高泡桐的耐鹽性。本研究結果表明，赤霉素類似物異甜菊醇也能提高小麥葉片中SOD、POD及CAT活性，降低MDA含量，尤其是顯著提高了SOD活性。在鹽脅迫濃度不同時，提高酶活性的最適宜異甜菊醇濃度也有變化，其結果與最適宜提高小麥生長指標的濃度是一致的。

4 結論

異甜菊醇作為GA3類似物，主要是通過提高小麥幼苗中抗氧酶活性，尤其是SOD活性來提高小麥幼苗的抗鹽性能，且鹽脅迫濃度不同時，最佳促進作用的異甜菊醇濃度也不同。最適宜異甜菊醇浸種濃度（10-8和10-9mol/L）低于GA3常用最佳濃度（10-4和10-5mol/L），提示異甜菊醇作為提高植物抗逆性生長促進劑用量更低，具有更好的應用前景。