韓廣泉,李俊,宋曼曼,劉慧英

(石河子大學農學院園藝系,石河子832000)

硒對鹽脅迫下加工番茄種子萌發(fā)及抗氧化酶系統(tǒng)的影響

韓廣泉1,李俊2,宋曼曼2,劉慧英1

(石河子大學農學院園藝系,石河子832000)

以“雙豐87-5”和“佳禾2號”2個番茄品種為實驗材料,探討了在100 mmol/L NaCl鹽脅迫下不同濃度硒(Se)對番茄種子萌發(fā)的影響。結果表明:在低濃度范圍內,隨著外源Se濃度的升高,番茄種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數、活力指數和抗氧化酶系統(tǒng)的活性逐漸升高,丙二醛含量逐漸降低;而高濃度的外源Se浸種處理,則抑制種子的萌發(fā)。可見適宜濃度的Se對鹽脅迫下番茄種子發(fā)芽均有不同的促進作用,以Se濃度為0.004 mmol/L時作用效果最佳。

硒;鹽脅迫;番茄種子;抗氧化酶系統(tǒng)

Abstract:A tomato was the experiment material in this study.The purpose was to explore the effects of putrescine on the tomato seed germination under NaC1 stress.The tomato cultivar shuangfeng87-5 and jiahe-2 were chosen as experiment material,which were soaked with different concentrations of selenium to determine the effects on tomato seeds under 100 mmol/L NaC1 stress.The results showed that,in the range of low concentrations,the germination rate,germination index,vigor index and Enzyme System increased,and MDA concentration decreased gradually with the rise of selenium concentration in seed soaking.Seeds soaked with appropriate concentration of selenium(0.004 mmo1/L)could promote the germination of tomato seeds under NaCl stress.The optimal effect could be obtained when the concentration of selenium reached 0.004 mmol/L.

Key words:selenium;NaC1 stress;tomato seed;protective system against active oxygen

新疆是我國加工番茄主產區(qū),總產量占全國加工番茄制品產量的90%以上。但新疆豐富的含鹽母質、特殊的氣候條件和地理格局導致新疆加工番茄現有耕地土壤的鹽堿含量過高,土壤鹽漬化日益嚴重,已成為新疆當前發(fā)展綠色產業(yè)的主要障礙。

種子萌發(fā)期是植物個體發(fā)育的重要階段,直接影響植物后期的生長發(fā)育和產量成。宗會等[1]指出,植物在萌發(fā)及幼苗期耐鹽性最差,其它發(fā)育階段對鹽脅迫相對不敏感。土壤鹽漬化現象日益嚴重,番茄種子經常受到鹽脅迫逆境而影響其正常萌發(fā)及后期的生長發(fā)育[2]。

Se是環(huán)境中一種重要的生命元素,為動植物必需的營養(yǎng)元素,是動植物和人體谷胱苷肽過氧化物酶(GSH-Px)的組成成分[3]。適量的硒不僅可以促進植物生長發(fā)育,提高作物產量及其硒含量,而且可有效改善作物品質,增強作物的抗逆性,抵抗某些重金屬毒害及鹽分的脅迫,提高農產品的保健價值[4]。羅盛國等[5]研究指出,施硒可以顯著提高大豆中谷胱苷肽過氧化物酶的活性,并能提高大豆產量。付愛飛等[6]研究指出,施硒可以顯著降低和緩解鹽脅迫對番茄植株的傷害。近年來,許多研究報道Se浸種可以促進玉米、稻谷和白菜種子的萌發(fā)[7-9],但目前尚未見Se對鹽脅迫下番茄種子萌發(fā)的影響方面的報道。

本試驗研究了外源Se對2個加工番茄品種在NaCl脅迫下的發(fā)芽特性及抗氧化酶系統(tǒng)的影響,探討外源Se對番茄種子鹽傷害的保護效應及其可能機制,以期為Se在加工番茄上的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試加工番茄品種為2個耐鹽性不同的品種:“佳禾2號”(耐鹽性強)和“雙豐87-5”(耐鹽性弱)。

1.2 試驗設計與方法

試驗在石河子大學園藝系實驗室進行。試驗設置6個處理,具體為:

(1)CK(不用Na2SeO3浸種不加氯化鈉);

(2)NaCl(不用Na2SeO3浸種加氯化鈉);

(3)Se0.0002+ NaCl(0.0002 mmol/L Na2SeO3浸種加氯化鈉);

(4)Se0.002+NaCl(0.002 mmol/L Na2SeO3浸種加氯化鈉);

(5)Se0.004+NaCl(0.004 mmol/L Na2SeO3浸種加氯化鈉);

(6)Se0.008+NaCl(0.008 mmol/L Na2SeO3浸種加氯化鈉)。

每個處理重復3次。浸種時間均為12 h,供試化學試劑硒酸鈉(Na2SeO3)用去離子水配制。

每個處理選取健壯飽滿的種子50粒經處理消毒后直接放在鋪有單層濾紙的培養(yǎng)皿中,不加鹽處理加入10 mL蒸餾水,加鹽處理的每個培養(yǎng)皿中注入10 mL 100 mmol/L NaCl溶液[10]使濾紙濕潤,種子上部再鋪1層濾紙。將培養(yǎng)皿放在(28±1)℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),每日使種子保持濕潤狀態(tài)。發(fā)芽試驗2 d后,開始觀察出芽情況,以后每隔24 h觀察1次發(fā)芽率,4 d后計算發(fā)芽率,同時記錄幼芽生長的狀況,計算活力指數、發(fā)芽指數。7 d后停止發(fā)芽,測定胚根內丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CA T)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)、脫氫抗壞血酸還原酶(DHAR)的活性。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 種子發(fā)芽統(tǒng)計及計算方法

發(fā)芽率=(全部發(fā)芽種子粒數/供試種子粒數)×100%;

發(fā)芽指數(Gi)=∑Gt/Dt,其中,Gt為t時間內的發(fā)芽數,Dt為相應的發(fā)芽時間(d);

活力指數:(Vi)=Gi×S,其中,Gi為發(fā)芽指數,S為第6天測定的幼苗鮮重。

1.3.2 酶活性測定方法

POD活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法[11],以每分鐘吸光度變化值表示酶活性大小。CAT活性的測定采用紫外吸收法[12],以1 min內A240減少0.1的酶量為1個酶活力單位。

SOD活性的測定采用氮藍四唑(NBT)光化還原法[12]測定,以抑制NBT光化還原反應50%為1個酶活力單位。

APX活性的測定采用 ASA-H2O2法,根據單位時間內ASA減少量計算酶活性。

DHAR的測定方法為:反應混合液中含有1700 μL 50 mmol PBS(K)(p H 7.0),0.1 mmol EDTA,100μL 10 mmol GSH,100μL 10 mmol DHA(現配),100μL酶液啟動反應,測定OD265,根據單位時間內吸光度變化值計算酶活性。

1.3.3 MDA含量的測定

MDA含量采用硫代巴比妥酸法[11]測定。

2 結果與分析

2.1 Se對鹽脅迫下加工番茄種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數的影響

由表1可知,在100 mmol/L NaCl鹽脅迫條件下,2個加工番茄品種種子萌發(fā)明顯比對照(CK)推遲,且各品種的發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數均比對照明顯降低,差異顯著,說明鹽脅迫抑制了番茄種子的萌發(fā)。2個加工番茄品種中以耐鹽性較強的“佳禾2號”的發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數高于耐鹽性弱的“雙豐87-5”品種。

將加工番茄經不同濃度的Na2SeO3溶液浸種處理后置于100 mmol/L NaCl鹽脅迫條件下的結果(表1)顯示,在不同濃度Na2SeO3浸種的4個處理中,表現出隨著Na2SeO3濃度的升高,2個品種番茄種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數逐漸增加的趨勢,當Na2SeO3浸種濃度為0.004 mmol/L時,2個番茄品種發(fā)芽率均達到最大,分別提高了16.5%和12.5%,但差異不顯著。然后隨著Na2SeO3浸種濃度升高至0.008 mmol/L時,2個品種的發(fā)芽率比Na2SeO3濃度為0時還要低,可見此時Na2SeO3濃度過高,不但失去了促進番茄種子發(fā)芽的作用,反而嚴重抑制了番茄種子的萌發(fā)。這說明適宜濃度的Na2SeO3浸種可以提高鹽脅迫下番茄種子的萌發(fā)率,且對耐鹽性差的“雙豐87-5”萌發(fā)的促進作用較明顯。

表1 Se對鹽脅迫下兩種加工番茄種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數的影響Tab.1 Efects of Se on thegermination rate,germination index and vigor index of the two tomato seeds under NaCl stress

2.2 Se對鹽脅迫下加工番茄種子MDA含量的影響

由圖1可知,與對照相比,NaCl處理下2個加工番茄品種種子中MDA含量顯著升高,分別提高了54%和52%,差異顯著(P<0.05)?？梢婝}處理使加工番茄種子發(fā)生膜質過氧化,抑制了加工番茄種子的萌發(fā)。耐鹽性較好的“佳禾2號”的MDA含量高于耐鹽性弱的“雙豐87-5”品種,這可能與“佳禾2號”本身抗性高有關。但鹽脅迫后,“佳禾2號”的MDA含量增加幅度與“雙豐87-5”的無顯著差異。

圖1 硒對鹽脅迫下番茄種子內MDA含量的影響Fig.1 Effects of Se on MDA content in tomato seeds under NaCl stress

2個加工番茄品種在鹽脅迫條件下,4個經不同濃度Na2SeO3浸種處理的加工番茄種子內的MDA含量均低于不用Na2SeO3浸種處理的,其中Se0.002+NaCl和Se0.004+NaCl 2個處理的MDA含量最低。說明0.002和0.004 mmol/L的Na2SeO3浸種對番茄的膜質過氧化有明顯的抑制作用,能緩解鹽脅迫對番茄種子萌發(fā)的抑制作用。

2.3 Se對鹽脅迫下加工番茄種子胚芽SOD、POD、CAT活性的影響

圖2a顯示:與對照相比,鹽脅迫條件下2個加工番茄種子胚芽內SOD酶活性均有所降低,分別降低了12.6%和12.1%,但與對照相比差異不顯著;而在鹽脅迫條件下,經過不同濃度的Na2SeO3浸種后,在各處理加工番茄種子胚芽的 SOD活性較NaCl處理的略有升高,但與NaCl處理和對照相比差異性不顯著,這可能是由于Na2SeO3浸種促進番茄種子萌發(fā)的機理與SOD活性的關系不大。2個品種相比,“雙豐87-5”品種的SOD酶活性略高于“佳禾2號”。

由圖2b可以看出:Se對POD活性促進作用比較明顯。與對照相比,NaCl鹽脅迫條件下2個加工番茄種子胚芽內 POD酶活性顯著降低且“佳禾2號”的 POD酶活性略高于“雙豐87-5”品種的,分別降低了58%和39%,差異極顯著(P<0.1)。在鹽脅迫下,隨著Na2SeO3浸種濃度的升高,POD活性逐漸升高呈現先升高后降低的趨勢,且“佳禾2號”POD活性增加明顯高于“雙豐87-5”,可見“佳禾2號”對Na2SeO3浸種的作用更敏感些;在Na2SeO3浸種濃度濃度為0.004 mmol/L時2番茄品種的POD活性達到最大,“雙豐87-5”比不用Na2SeO3浸種提高了55%,差異顯著(P<0.05),“佳禾2號”提高了67%,差異極顯著(P<0.1)。

由圖2c可知:二品種在正常情況下CAT活性無顯著差異,但在NaCl處理后,二品種的 CA T活性分別下降了75.5%和57%,差異極顯著(P<0.1),但耐鹽性強的“佳禾2號”品種 CAT活性下降幅度小,且CAT活性顯著高于“雙豐87-5”品種的。在鹽脅迫條件下,2個加工番茄品種均以Se0.004

+NaCl和Se0.008+NaCl 2個處理的CAT活性顯著高于 NaCl處理,其中又以 Se0.004+NaCl處理的CAT活性最大,分別提高了111%和80%,差異顯著(P<0.05),耐鹽性強的“佳禾2號”品種CAT活性高于高于“雙豐87-5”,但增加幅度不如“雙豐87-5”,其余 2個經 Na2SeO3浸種的處理(Se0.0002+NaCl和Se0.002+NaCl)的 CAT活性與 NaCl處理無顯著差異。說明用0.004和0.008 mmol/L的Na2SeO3浸泡種子對番茄胚芽的CAT活性有明顯的促進作用,可降低活性氧的危害,緩解鹽脅迫對番茄種子萌發(fā)的抑制作用。

圖2 硒對鹽脅迫下番茄種子SOD和POD活性的影響Fig.2 Effects of Se on SOD and POD activity in tomato seeds under NaCl stress

2.4 Se對鹽脅迫下加工番茄種子胚芽APX和DHAR活性的影響

圖3a和圖3b顯示:與對照相比,鹽脅迫下加工番茄種子的APX和DHAR活性明顯降低,而通過外源Se浸種能明顯提高其活性,其中 Se0.002+NaCl、Se0.004+NaCl和 Se0.008+NaCl 3 個處理顯著高于未用Na2SeO3浸種的NaCl處理。當Na2SeO3浸種濃度為0.004 mmol/L時,APX和DHAR活性達到最大,二品種APX活性分別提高了255%和64%,DHAR活性分別提高了100%和64%。這表明適宜的低濃度Se(0.004 mmol/L Na2SeO3)浸種可以有效提高鹽脅迫下加工番茄胚芽APX和DHAR的活性,加快抗壞血酸的產生速率,從而降低鹽脅迫的傷害。

圖3 硒對鹽脅迫下番茄種子CAT、APX和DHAR活性的影響Fig.3 Effects of Se on CAT、APX and DHAR activity in tomato seeds under NaCl stress

3 討論

硒是對植物生命有益的基本微量元素,硒在植物體內最主要的生物學功能就是作為 GSH-Px的組成成分,參與體內氧化還原反應消除自由基,減少對生物膜等造成的機體過氧化損傷。在逆境脅迫下,硒可以穩(wěn)定膜結構,調節(jié)生物大分子合成,提高抗氧化酶活性,清除活性氧,對提高植物逆境下的抗性起重要作用。

逆境條件下,植物細胞產生的OH-、O2-、H2O2等自由基增多,自由基啟動膜脂過氧化作用,導致膜的損傷和破壞,造成植物體內重要的活性氧清除酶活性降低。MDA是植物在逆境條件下膜系統(tǒng)發(fā)生膜質過氧化的產物,MDA的積累能對膜和細胞造成進一步的傷害,通常用MDA作為膜質過氧化的指標,表示細胞膜脂過氧化的程度和植物對逆境條件反應的強弱。SOD催化O2-歧化反應生成O2和H2O2,其活性被認為是抗逆境的重要指標。POD和CAT可以分解 H2O2。SOD、POD和CAT的協(xié)同作用可降低氧自由基的積累,因此是植物體內的保護酶,在防御膜脂過氧化、清除氧自由基的過程中起著重要的作用[13]。APX是植物體內清除 H2O2的重要酶類,APX和DHAR是植物AsA-GSH循環(huán)的重要組成部分。而AsA(抗壞血酸)是植物體內緩解逆境傷害的非酶保護體系中的一種重要保護物質,既可以直接同活性氧反應將其還原,又可作為酶的底物在活性氧清除中發(fā)揮重要作用[14]。因此,提高逆境下植物體內的 SOD、POD、CA T、APX、DHAR等酶活性能減緩膜脂過氧化過程。

本研究結果表明:鹽脅迫處理下,番茄種子的各項指標均受到嚴重影響,種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數均比對照明顯下降;種子的抗氧化酶SOD、POD、CA T、APX、DHAR 活性降低及膜脂過氧化程度加劇,番茄種子胚芽細胞中清除活性氧的系統(tǒng)受到影響,發(fā)生氧化脅迫,嚴重抑制了加工番茄種子的萌發(fā)。2個耐鹽性不同的番茄品種在受到鹽脅迫時,耐鹽性差的“雙豐87-5”受到的傷害要大。

當番茄種子經過不同濃度外源Se浸種處理后,種子對鹽脅迫的承受能力受到了影響,低濃度的Se均不同程度上提高了番茄種子的耐鹽能力,使種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數有一定的提高。相對于耐鹽性不同的2個番茄品種來說,Se對耐鹽性低的“雙豐87-5”各項生理指標的促進作用較大。Se濃度不同,對抗氧化酶活性和MDA的含量影響不同。本試驗結果表明,適宜的硒濃度對鹽脅迫下種子內 SOD、POD、CAT、APX、DHAR 的活性具有明顯的促進作用,這與前人的研究結果一致,特別是當硒濃度達到0.004 mmol/L時促進作用最大,但濃度過大則抑制種子的萌發(fā)。MDA含量表現先降低后升高,這表明用Se浸種可通過提高逆境脅迫下加工番茄體內抗氧化酶的活性來增強對活性氧的清除能力,提高抗逆性,從而緩解受到的氧化損傷,維持細胞膜結構和功能的穩(wěn)定。

耐鹽性不同的番茄品種在鹽脅迫下表現不同,耐鹽性強的“佳禾2號”表現出在鹽脅迫下使用和未使用Se浸種均較耐鹽性弱的“雙豐87-5”品種有較高的發(fā)芽率和較高的抗氧化酶的活性,但在使用Se浸種的時候,耐鹽性弱的“雙豐87-5”品種的發(fā)芽率和抗氧化酶活性的提高幅度卻明顯增大,說明適宜濃度的Se更能促進鹽脅迫下耐鹽性弱的番茄品種種子的萌發(fā)。

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Effects of Selenium on the Germination of Tomato Seeds and Protective System against Active Oxygen under Salt Stress

HAN Guangquan1,LI Jun2,SONG Manman2,LIU Huiying1
(Department of Horticulture,College of Agriculture,Shihezi University,Shihezi 832000,China)

S681

A

1007-7383(2010)04-0422-05

2009-12-28

韓廣泉(1983-),男,碩士生,專業(yè)方向為設施園藝;e-mail:wangyc006@163.com。

劉慧英(1970-),女,教授,從事蔬菜生理與設施園藝研究;e-mail:hyliuok@yahoo.com.cn。