鹽脅迫對蒼術幼苗生理指標的影響

曹佳諾,王佳佳,項競儀,陳桂平

(1.唐山師范學院 生命科學系,河北 唐山 063000;2.河北師范大學 生命科學學院,河北 石家莊 050024;3.北京林業大學 生物科學與技術學院,北京 100091)

植物在鹽脅迫下會受到滲透脅迫、離子毒害、膜透性改變及生理代謝紊亂等影響,植物的形態結構會發生變化,原本的體內穩態被打破,植物的生長和生物量被抑制[1]。鹽脅迫會使相關保護酶的活性降低,光合速率下降。此外,鹽脅迫會產生大量的活性氧(ROS)損害細胞膜系統,影響離子運輸,阻礙植物細胞的生理生化活動,損害植物體內蛋白質等大分子物質[2]。為維持植物內穩態平衡,植物通過多種方式緩解鹽脅迫對植物帶來的損害,如提高脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等含量來穩定細胞結構,維持植物正常生理代謝,以及通過保護酶系統發揮作用。

蒼術(Atractylodeslancea)作為一味中醫常用藥,主要指菊科植物茅蒼術或北蒼術干燥的根莖[3]。蒼術為運脾藥,主治濕阻中焦、脘腹脹痛、祛風除濕、夜盲等癥[4]。前人對北蒼術的研究多集中在與其活性成分及其藥理活性方面,有關蒼術鹽脅迫方面的研究主要是關于蒼術鹽脅迫后的葉片、種子的變化規律[5,6],關于蒼術耐鹽機制的研究報道較少。本試驗通過測定鹽脅迫下蒼術的生理生化指標的變化來了解蒼術的耐鹽機制,為提高蒼術耐鹽能力,選育耐鹽品種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

兩年生健康良好的蒼術幼苗根作為試驗材料。

1.2 試驗方法

1.2.1 蒼術幼苗的培養及鹽脅迫處理

將蒼術幼苗移至營養缽(營養土∶蛭石=3∶1)中。挑選生長狀況良好的蒼術幼苗進行水培2 d,然后進行鹽脅迫處理。

1.2.2 鹽脅迫處理

結合Amel的方法[7]選用0.6%、0.9%的NaCl鹽溶液處理0、12、24、48 h后,取根部進行生理指標測定。

1.2.3 測定指標方法

丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定[8];脯氨酸含量的測定采用磺基水楊酸法測定[9];可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法,計算公式為:

可溶性糖含量(μg/g)=C·V/W,

V-植物樣品稀釋后的體積(ml),C-提取液的含糖量(μg/ml),W-植物組織鮮重(g);相對電導率用DDS-11A型電導儀測定,計算公式為:

L=S1/S2·100%,

L-相對電導率(%),S1-初始電導率,S2-終電導率;可溶性蛋白含量采用試劑盒(南京建成生物工程公司,貨號:A045-2)測定;超氧化物歧化酶活性采用試劑盒(南京建成生物工程公司,貨號A001-1)測定;過氧化氫酶活性采用試劑盒(南京建成生物工程公司,貨號:A007-1)測定;過氧化物酶活性采用試劑盒(南京建成生物工程公司,貨號:A084-3)測定。

1.2.4 數據分析

應用SPSS19軟件對數據進行方差分析。

2 試驗結果

蒼術幼苗在受到0.6%、0.9%鹽脅迫后,在0～48 h內根部丙二醛含量測定結果,如圖1-A所示。脅迫組的丙二醛含量先上升后下降,CK組丙二醛含量則先下降而后上升。兩個脅迫組12 h和24 h時的丙二醛含量均高于CK組,但差異不顯著(P>0.05)。

蒼術根部在鹽脅迫時脯氨酸的含量變化呈上升趨勢,CK組脯氨酸含量變化不明顯,如圖1-B所示。在12h時,0.9% NaCl處理脯氨酸含量比CK組增加37.36 μg/g,差異極顯著(P<0.01);在48h時,0.6% NaCl處理與0.9% NaCl處理脯氨酸含量比CK組分別增加52.98 μg/g和68.82 μg/g,差異顯著(P<0.05)。其它脅迫處理與CK組相比,差異不顯著(P>0.05)。

蒼術根部在鹽脅迫時相對電導率的變化整體呈上升的趨勢,脅迫組相對電導率高于CK組,如圖1-C所示。在12 h時,0.6%NaCl處理與0.9%NaCl處理的相對電導率分別比CK組增加了14.21%和13.53%,差異極顯著(P<0.01);在24 h時,0.6% NaCl處理和0.9% NaCl處理與CK組差異顯著(P<0.05),分別提高了37.63%和26.69%;在48 h時,0.6% NaCl處理和0.9% NaCl處理比CK組分別增加21.87%和25.36%,差異顯著(P<0.05)。

鹽脅迫下蒼術根部可溶性糖含量整體上升,脅迫組含量高于CK組,如圖1-D所示。在12 h時,0.6% NaCl處理與0.9% NaCl處理比CK組分別增加194.45 μg/g和456.48 μg/g;在24 h時,0.6% NaCl處理與0.9% NaCl處理比CK組分別增加171.30 μg/g和769.44 μg/g。在48 h時,鹽脅迫組與CK組的可溶性糖含量差異顯著(P<0.05),0.6% NaCl處理比CK組增加了711.11 μg/g,0.9% NaCl處理增加了1 217.59 μg/g。

圖1 在0.6%、0.9% NaCl脅迫下蒼術幼根丙二醛(A)、脯氨酸(B)、相對電導率(C)和可溶性糖(D)變化

鹽脅迫后蒼術幼苗根部可溶性蛋白含量檢測結果,如圖2-A所示。隨處理時間的延長,CK組可溶性蛋白含量表現出先上升后下降的趨勢,在24 h表現出最大值;鹽脅迫組整體呈先上升后下降再上升的趨勢,在48 h表現出最大值。脅迫組與CK組相比,各個時間點差異均不顯著。

鹽脅迫組和CK組蒼術根部SOD酶活性12 h后均大幅下降,然后隨脅迫時間延長呈現先降低后緩慢升高再降低的情況,如圖2-B所示。0.6% NaCl處理在脅迫12 h、24 h和48 h三個時間點的SOD酶活性均低于CK組,在48 h處最接近,兩者相差只有1.65 U/mgprot,在12 h時差距最大,相差10.56 U/mgprot。0.9% NaCl處理在脅迫12 h、24 h、48 h 3個時間點的SOD酶活性均略高于CK組但差異不顯著。在12 h、24 h和48 h時,0.9% NaCl處理的SOD活性全部高于0.6% NaCl處理,分別是0.6% NaCl處理的6.03倍、2.15倍和2.28倍。

隨著處理時間的延長,0.9% NaCl處理和CK組蒼術根部的CAT酶活性,均表現為先下降后上升再下降的波動情況,并在24 h表現出最大值,48 h表現出最小值;而0.6% NaCl處理表現出先下降后上升的趨勢,且差異不顯著,如圖2-C所示。在12 h和24 h時,0.9% NaCl處理的CAT活性全部高于0.6% NaCl處理,分別是0.6% NaCl處理的4.25倍和8.92倍。說明高鹽濃度會增加CAT活性,但鹽濃度越高CAT的活性波動越大,說明不同濃度的鹽脅迫對蒼術CAT活性產生了不同的影響。

隨著處理時間的延長,CK組蒼術根部POD活性呈持續下降的趨勢,在48 h表現出最小值;鹽脅迫組呈先下降后上升再下降的趨勢,均在24 h達到最高值,如圖2-D所示。除24 h外,其它處理時間時,0.6% NaCl處理的POD活性均低于CK組;在24 h和48 h時,0.9% NaCl處理的POD活性都高于CK組,分別是CK組的2.39倍和1.71倍。在12 h、24 h和48 h時,0.9% NaCl處理的POD活性全部高于0.6% NaCl處理,分別是0.6% NaCl處理的2.56倍、1.25倍和1.94倍。0.6% NaCl處理在脅迫12 h時顯著低于CK組(P<0.05),其它處理時間脅迫組與CK組差異不顯著。

ABCD

3 討論和結論

丙二醛含量是植物細胞膜質過氧化程度的體現,鹽脅迫下丙二醛含量隨著鹽質量分數的增大而增多[10],但本試驗中蒼術幼苗受到鹽脅迫時根部丙二醛的含量升高,脅迫組鹽濃度0.6%時丙二醛含量大于0.9%時的丙二醛含量,可能是植物在鹽濃度為0.9%時受到的壓力更大,從而導致丙二醛的生成和清除過程發生了紊亂致其含量下降。脅迫48 h丙二醛的含量下降,可能是因為長時間的脅迫導致植物細胞的代謝和生理活動紊亂,從而影響丙二醛的含量,具體原因有待進一步分析。

試驗中鹽脅迫使蒼術脯氨酸含量上升,且隨鹽濃度和脅迫時間的增加而升高,可能是蒼術通過提高脯氨酸含量抵御鹽脅迫帶來的傷害[11,12]。

試驗結果顯示,在鹽脅迫的情況下,蒼術的相對電導率整體呈現上升趨勢,且顯著高于CK組,這與任智新[13]、霍彩蘭[14]等的研究結果一致。其機制是脅迫條件下細胞膜的完整性被破壞,損傷了植物細胞膜,增加了膜通透性致使電解質外滲,進而導致細胞死亡[15]。

試驗結果可以看出,隨著鹽脅迫濃度增加以及時間的延長,可溶性糖的含量呈現上升的趨勢,在處理48 h時顯著高于CK組,因此,蒼術幼苗可能通過提高可溶性糖含量來緩解高鹽濃度的脅迫壓力。

試驗中,隨著處理時間的延長,脅迫組蒼術幼苗根部可溶性蛋白含量出現了先升高后小幅度降低再升高的趨勢,說明蒼術幼苗根部細胞正在通過滲透調節來保護生物膜,以此來抵抗鹽脅迫[16]。而隨著鹽濃度的增加,發現0.6%鹽脅迫的可溶性蛋白的含量整體都高于0.9%鹽脅迫,可能是因為高鹽脅迫不僅抑制蛋白質合成,而且加速蛋白質的降解[17]。

試驗結果表明,脅迫組SOD活性隨著時間的延長都有先降低后升高的趨勢,與夏蘊[18]和劉文東[19]等研究白術種子SOD活性在鹽脅迫下呈先降低后升高的結果一致,說明SOD酶活性的提高需要一定的適應時間。

試驗結果表明,脅迫組CAT活性隨時間的延長呈現不同的趨勢,低鹽脅迫使蒼術CAT活性先降低后升高,且整體低于對照組,高鹽脅迫使CAT降低后升高再降低,有很強的波動性,這與相關研究[19,20]略有差別,其中原因有待進一步研究。

試驗中脅迫組POD活性隨時間的延長呈現先降低后升高再降低的趨勢,且0.6% NaCl處理在12 h時顯著低于對照組,在24 h時均高于對照組,說明蒼術在受到鹽脅迫時主要是通過提高POD酶活性來緩解鹽脅迫壓力[21-22]。

綜上所述,蒼術受到鹽脅迫以后通過啟動一系列生理指標來應對脅迫響應,在0.6% NaCl脅迫下蒼術脯氨酸含量、可溶性糖對鹽脅迫表現出了明顯的耐受效果,相對電導率、POD活性對鹽脅迫表現出了明顯的不耐受效果,因此蒼術耐鹽性最適的鹽脅迫濃度為0.6% NaCl。