鄭翠兵，耿 貴，於麗華 ，邳 植

（1.黑龍江省普通高等學(xué)校甜菜遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150080；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所，哈爾濱150080）

黑龍江省的鹽堿土分布范圍廣，面積近188萬hm2，其中耕地鹽堿化面積約57萬hm2[1-3]。鹽堿土屬于中低產(chǎn)土壤，絕大多數(shù)農(nóng)作物的耐鹽性差，產(chǎn)量低。甜菜是糖料作物，又是能源作物，且耐鹽性比玉米、大豆、馬鈴薯等農(nóng)作物強(qiáng)，是適合于在鹽堿地上種植發(fā)展的作物。植物吸收過多鹽分（如Na＋）要降低植物對(duì)養(yǎng)分（如K＋）的吸收，影響植株的生長(zhǎng)發(fā)育。而甜菜在非嚴(yán)重氯化鈉脅迫下，大量吸收Na＋雖降低了植株對(duì)K＋的吸收，但通過鈉替代鉀功能，并未由于植物體內(nèi)鉀素含量降低而明顯阻礙植株的生長(zhǎng)發(fā)育。一般說來，鉀在植物中的作用分為生理功能（鉀的非專性作用如液泡中的滲透調(diào)節(jié)作用）和生化功能（細(xì)胞質(zhì)中的鉀專性和非專性作用）。依照目前的假說，在大多數(shù)作物中，K＋非專性功能可以由Na＋替代[4]，特別是甜菜，因而甜菜表現(xiàn)出更耐氯化鈉鹽脅迫。

植物在逆境脅迫條件下，會(huì)產(chǎn)生活性氧脅迫，活性氧的累積主要是由大量的超氧自由基所致。對(duì)于清除超氧自由基起關(guān)鍵作用的是超氧化物歧化酶[5]。超氧化物歧化酶可使超氧自由基歧化生成H2O2和O2。H2O2可被過氧化氫酶或過氧化物酶進(jìn)一步分解從而清除植物體內(nèi)多余的H2O2，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)[6-8]。脅迫條件下細(xì)胞膜透性增強(qiáng)，細(xì)胞膜中脂質(zhì)過氧化加強(qiáng)生成丙二醛，丙二醛含量的多少可以代表膜損傷程度的大小[9-10]。本試驗(yàn)研究了不同鈉鉀替代條件下不同耐鹽性甜菜葉片中丙二醛含量、超氧化物岐化酶和過氧化氫酶活性的差異，為甜菜耐鹽性機(jī)理研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)選取兩個(gè)耐鹽性不同的甜菜品種25、ST13092為研究對(duì)象。所用營(yíng)養(yǎng)液為Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，化學(xué)試劑均為分析純級(jí)。

1.2 試驗(yàn)方法及測(cè)定項(xiàng)目

將選取的兩份甜菜品種（25、13092；前者為耐鹽性弱品種，后者為耐鹽性強(qiáng)品種）分別在鉀鈉比為3∶0（CK）、1.5∶1.5、0.75∶2.25、0.15∶2.85、0.03∶2.97 的營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)，培養(yǎng)室內(nèi)條件為：光照強(qiáng)度為 240～250μmol，光照時(shí)間為14h。培養(yǎng)過程中每天測(cè)定營(yíng)養(yǎng)液中鉀鈉含量，根據(jù)不同鉀鈉比補(bǔ)加鉀鈉，以保證營(yíng)養(yǎng)液中鉀鈉含量相對(duì)穩(wěn)定。培養(yǎng)20d后收獲并按李合生等[11]的方法測(cè)定葉片中CAT和SOD活性及MDA含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鈉替代鉀條件下甜菜體內(nèi)丙二醛含量的差異

鈉替代鉀下耐鹽性強(qiáng)與弱品種丙二醛含量變化不同 （見表1）。經(jīng)測(cè)定鈉替代鉀下耐鹽性強(qiáng)品種葉片中的丙二醛含量未出現(xiàn)明顯變化。說明在低濃度鉀條件下耐鹽性強(qiáng)樣品細(xì)胞膜中脂質(zhì)未受到明顯過氧化損傷。原因可能是耐鹽性強(qiáng)品種鈉替代鉀效應(yīng)強(qiáng)，在鉀鈉比低的環(huán)境下可通過鈉替代鉀的部分功能，間接保證甜菜抗過氧化等生理調(diào)節(jié)所需的鉀離子。

表1 不同鉀鈉比條件下丙二醛含量/(μmol/g）

耐鹽性弱甜菜品種葉片中的丙二醛含量在鉀鈉比0.75∶2.25～0.03∶2.97中隨鉀鈉比降低呈逐漸上升趨勢(shì)，說明耐鹽性弱品種鈉替代鉀效應(yīng)弱，鉀鈉比低的條件下細(xì)胞膜出現(xiàn)過氧化損傷。

2.2 鈉替代鉀條件下，不同耐鹽性甜菜體內(nèi)超氧化物歧化酶活性的差異

2.2.1 不同耐鹽性甜菜品種間超氧化物歧化酶活性差異 在不同鉀鈉比例培養(yǎng)條件下耐鹽性強(qiáng)品種超氧化物歧化酶活性低于耐鹽性弱品種超氧化物岐化酶活性（圖1）。其中鉀鈉比（K+/Na+）3∶0組、1.5∶1.5組、0.03∶2.97組中差異比較明顯，耐鹽性強(qiáng)品種酶活性僅為耐鹽性弱品種酶活性的50.4%、53.8%、47.7%，0.15∶2.85組、0.75∶2.25組中差異較小，分別為82.2%、72.2%。其原因可能為耐鹽性弱品種鈉替代鉀效應(yīng)弱于耐鹽性強(qiáng)品種，生長(zhǎng)過程中易受脅迫導(dǎo)致體內(nèi)堆積更多超氧陰離子自由基，故為維持自身生長(zhǎng)產(chǎn)生更多超氧化物岐化酶。

2.2.2 不同鈉鉀替代條件下甜菜體內(nèi)超氧化物歧化酶活性的差異 發(fā)現(xiàn)耐鹽性強(qiáng)品種在鉀鈉比3∶0～0.75∶2.25中隨鉀鈉比的降低，超氧化物歧化酶活性提高，由269.8U/g mf上升至545.64U/g mf。其原因是隨著鉀的含量降低，生長(zhǎng)受脅迫導(dǎo)致體內(nèi)超氧陰離子自由基堆積。由于耐鹽性品種自身鈉替代鉀效應(yīng)強(qiáng)能間接保證自身體內(nèi)用于產(chǎn)生酶所需的鉀離子，為自身提供更多的超氧化物岐化酶以除去因脅迫堆積的超氧陰離子自由基。但在鉀鈉比0.75∶2.25～0.03∶2.97中超氧化物岐化酶活性隨鉀鈉比的提高而降低，由545.64U/g mf下降至321.5U/g mf。其原因可能是在高鈉低鉀的情況下雖然耐鹽性強(qiáng)品種能用鈉部分替代鉀但不能為自身提供足夠生產(chǎn)酶所必須的鉀離子，故超氧化物岐化酶活性降低。耐鹽性弱品種在鉀鈉比3∶0～0.75∶2.25中變化趨勢(shì)與耐鹽性強(qiáng)品種相似。在鉀鈉比0.75∶2.25～0.03∶2.97中超氧化物歧化酶活性變化趨于平穩(wěn)。

2.3 鈉替代鉀條件下，不同耐鹽性甜菜體內(nèi)過氧化氫酶活性的差異

2.3.1 不同耐鹽性甜菜品種間過氧化氫酶活性差異 經(jīng)測(cè)定在鉀鈉比3∶0、1.5∶1.5、0.15∶2.85條件下耐鹽性強(qiáng)品種與耐鹽性弱品種過氧化氫酶活性無明顯差異 （圖2），0.75∶2.25條件下耐鹽性弱品種過氧化氫酶活性比耐鹽性強(qiáng)品種酶活性略高，約10.9%。0.03∶2.97條件下耐鹽性弱品種過氧化氫酶活性比耐鹽性強(qiáng)品種酶活性略低，為耐鹽性強(qiáng)品種酶活性的70.2%。各鉀鈉比條件下耐鹽性強(qiáng)弱品種之間過氧化氫酶活性差異不大。

2.3.2 不同鈉鉀替代條件下甜菜體內(nèi)過氧化氫酶活性的差異 經(jīng)測(cè)定在鉀鈉比3∶0～0.03∶2.97的營(yíng)養(yǎng)液中，耐鹽性強(qiáng)品種過氧化氫酶活性無明顯變化，酶活性在70U/g mf小幅波動(dòng)。耐鹽性弱品種在鉀鈉比3∶0～1.5∶1.5營(yíng)養(yǎng)液中，耐鹽性弱品種過氧化氫酶活性無明顯變化，且與耐鹽性強(qiáng)品種活性相當(dāng)。在鉀鈉比1.5∶1.5～0.75∶2.25 營(yíng)養(yǎng)液中，過氧化氫酶活性呈上升趨勢(shì)，上升至 78.7U/g mf，在鉀鈉比 0.75∶2.25～0.03∶2.97 中呈下降趨勢(shì)，由78.7U/g mf下降至49.4U/g mf。

3 討論

鉀的生理功能分為專性生理功能和非專性生理功能，鉀參與各種酶的合成屬于專性生理功能，鈉不能替代鉀直接參與酶的合成[12-13]。但在低鉀環(huán)境中鈉可以通過其他途徑仍能為植物間接提供足量鉀離子保證自身酶合成。如鈉部分替代鉀行使鉀非專性生理功能能降低植物生長(zhǎng)所需鉀的總量、提高鉀在植物體內(nèi)的再利用效率[14]、提高植物對(duì)鉀選擇性吸收的能力等。

在鉀鈉比3∶0～0.03∶2.97范圍內(nèi)隨著鉀鈉比的降低，耐鹽性強(qiáng)品種丙二醛含量未出現(xiàn)明顯變化且丙二醛含量較低，說明耐鹽性強(qiáng)品種在鉀鈉比3∶0～0.03∶2.97范圍中膜損傷程度小。在鉀鈉比3∶0～0.03∶2.97范圍內(nèi)耐鹽性弱品種丙二醛含量呈上升趨勢(shì)，說明耐鹽性弱品種耐受低鉀脅迫能力較弱。耐鹽性強(qiáng)與耐鹽性弱品種間丙二醛變化趨勢(shì)不同，原因可能是耐鹽性強(qiáng)品種鉀鈉替代效果強(qiáng)所致。由超氧化物歧化酶活性和過氧化氫酶活性的測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在鉀鈉比3∶0～0.75∶2.25范圍中樣品抗氧化酶活性隨鉀鈉比下降而上升，在鉀鈉比0.75∶2.25～0.03∶2.97范圍中樣品抗氧化酶活性隨鉀鈉比下降而下降。說明甜菜在鉀鈉比3∶0～0.75∶2.25范圍中能通過鈉部分替代鉀保證抗氧化酶合成，在鉀鈉比0.75∶2.25～0.03∶2.97范圍中鉀鈉替代效應(yīng)無力繼續(xù)保證抗氧化酶合成所需的全部鉀離子故酶活性部分受到抑制。耐鹽性強(qiáng)品種在低鉀條件超氧化物歧化酶活性受影響明顯，耐鹽性弱品種在低鉀條件受影響不明顯。耐鹽性強(qiáng)品種過氧化氫酶活性受影響不明顯，而耐鹽性弱品種受影響明顯?？赡苡捎谀望}性不同、鈉替代鉀能力不同、自身對(duì)鉀離子分配優(yōu)先順序不同導(dǎo)致。

在鉀鈉比0.75∶2.25～0.03∶2.97范圍中耐鹽性強(qiáng)品種抗氧化酶活性部分受抑制而膜中脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛含量未出現(xiàn)明顯上升，可能耐鹽性強(qiáng)品種有其他機(jī)制保護(hù)細(xì)胞膜不受損傷。將在今后試驗(yàn)中做進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

在鉀鈉濃度比由3∶0降至0.03∶2.97，耐鹽性強(qiáng)品種葉片丙二醛含量未有明顯變化，說明細(xì)胞膜未受過氧化損傷；而耐鹽性弱品種葉片丙二醛含量逐漸提高，說明細(xì)胞膜受過氧化損傷程度增加。

在鉀鈉濃度比由3∶0降至0.03∶2.97，耐鹽性強(qiáng)品種葉片超氧化物歧化酶活性先升高（鉀鈉濃度比0.75∶2.25時(shí)最高），然后降低；耐鹽性弱品種葉片超氧化物歧化酶活性逐漸略微升高。耐鹽性強(qiáng)品種葉片超氧化物歧化酶活性明顯低于耐鹽性弱品種。在鉀鈉濃度比由3∶0降至0.03∶2.97時(shí)，耐鹽性強(qiáng)品種葉片過氧化氫酶活性趨于穩(wěn)定；耐鹽性弱品種葉片過氧化氫酶活性先升高（鉀鈉濃度比0.75∶2.25時(shí)最高），然后降低。耐鹽性強(qiáng)品種葉片超氧化物歧化酶活性只有在鉀鈉濃度比0.03∶2.97時(shí)明顯高于耐鹽性弱品種。由此可以看出，不同耐鹽性品種受抑制的抗氧化酶種類不同。

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