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        外源亞精胺調(diào)控草地早熟禾幼苗耐鹽性的研究

        2014-11-07 02:01:06安勐潁孫珊珊濮陽雪華韓烈保
        草業(yè)學(xué)報 2014年6期
        關(guān)鍵詞:耐鹽性丙二醛脯氨酸

        安勐潁,孫珊珊,濮陽雪華,韓烈保

        (北京林業(yè)大學(xué)草坪研究所,北京 100083)

        鹽脅迫是危害植物正常生長的最具破壞性的非生物脅迫之一。當土壤中聚集大量的鹽分時,植物細胞外的滲透勢就會小于細胞內(nèi)的滲透勢,從而導(dǎo)致植物細胞失水而形成生理干旱現(xiàn)象[1]。如果土壤中長時間聚集大量的鹽分,則會引起植物體內(nèi)Na+、K+、Ca2+、Mg2+等離子過量滲入細胞內(nèi),致使細胞受到離子毒害作用而死亡,植物光合作用和呼吸作用也會因此減弱,致使植物的生長受到抑制[2-3]。在鹽脅迫下,植物會通過合成相容性的有機溶質(zhì)、細胞水平鹽分的排除和區(qū)隔化以及限制根部對離子的吸收和向莖葉的轉(zhuǎn)移等方式來緩解鹽分對植株的毒害[1]。而且,植物還可以通過改變光合作用的途徑、膜結(jié)構(gòu)的變化、激素的合成和抗氧化酶的激活等生物化學(xué)和分子機制來提高對鹽脅迫的耐受性[4-5]。

        多胺存在于幾乎所有植物細胞中,并參與植物的生長和發(fā)育的過程中,是抵抗生物和非生物脅迫的一類具有生物活性的低分子量脂肪族含氮堿[6-7]。在高等植物中,最常見的多胺有3種,分別是腐胺(Put)、亞精胺(Spd)和精胺(Spm),通常以游離態(tài)、結(jié)合態(tài)和束縛態(tài)3種形式存在于植物體內(nèi)[8]。多胺在植物體內(nèi)可以作為直接的抗逆保護物質(zhì),還可以作為信號分子在脅迫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起到作用,從而促進植物抗逆性機制的構(gòu)建[9]。目前,外源多胺的施用已經(jīng)成功地應(yīng)用于提高植物的抗逆性[10-16]。相關(guān)研究表明,外源多胺可以調(diào)控植物內(nèi)源多胺的水平,并且外源多胺可以提高抗氧化酶的活性,降低丙二醛的含量,促進離子的區(qū)域化分布,從而扭轉(zhuǎn)脅迫引起的生長抑制[17-19]。已有研究發(fā)現(xiàn),在鹽脅迫下,適量濃度的外源亞精胺可以在一定程度上提高玉米(Zeamays)[20]、濱藜(Atriplex)[21]、黃瓜(Cucumissativus)[13]、水稻(Oryzasativa)[11,14]、番茄(Solanumlycopersicum)[15]、苦橙(Citrusaurantium)[16]等植物的耐鹽性。然而,國內(nèi)外目前尚未有關(guān)于外源亞精胺對草坪草耐鹽性影響的研究報道。

        草地早熟禾(Poapratensis)是一種非常重要的冷季型草坪草,綠期長、坪質(zhì)優(yōu)美、適用性廣,因而在我國北方和世界各地都有大面積的應(yīng)用,是應(yīng)用最廣泛的草坪草之一[22]。但是,草地早熟禾的耐鹽堿性相對較差,因此,在土壤含鹽量較大的地區(qū)建植以草地早熟禾為主要草種的草坪時仍受到極大的限制[23-24]。所以,提高草地早熟禾的耐鹽性是改善其建植技術(shù)和應(yīng)用的關(guān)鍵,具有極其重要的意義。本研究以耐鹽性較強的草地早熟禾品種‘午夜’(Midnight)和對鹽敏感的品種‘蘭肯’(Kenblue)[25]為試驗材料,通過研究外源亞精胺對鹽脅迫下草地早熟禾細胞膜透性、丙二醛含量、脯氨酸含量、H2O2含量、O2-·含量、金屬離子含量以及抗氧化酶活性的變化,探討亞精胺對草地早熟禾耐鹽性影響的生理機制,為提高草坪草抗鹽性提供可靠的理論基礎(chǔ)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料

        試驗于2013年4-10月在北京林業(yè)大學(xué)草坪研究所人工氣候箱內(nèi)進行。選用北京克勞沃草業(yè)技術(shù)開發(fā)中心提供的耐鹽性較強的品種‘午夜’(Midnight)和鹽敏感品種‘蘭肯’(Kenblue)作為試驗材料。

        1.2 實驗方法和處理

        本實驗共設(shè)置3種處理,分別為對照處理、純鹽脅迫處理以及亞精胺和鹽脅迫混合處理。其中對照處理采用MS培養(yǎng)基,其配置參照Murashige和Skoog[26]的方法;純鹽脅迫處理采用MS+NaCl培養(yǎng)基,即在MS培養(yǎng)基中添加200 mmol/L NaCl溶液;亞精胺和鹽脅迫混合處理采用MS+NaCl+Spd培養(yǎng)基,即在MS+NaCl培養(yǎng)基中添加1 mmol/L的亞精胺。其中配制含外源亞精胺的培養(yǎng)基時,將MS培養(yǎng)基或者是MS+NaCl培養(yǎng)基高溫滅菌后,待溫度降到45℃左右時在超凈工作臺加入經(jīng)過抽濾滅菌的亞精胺溶液,搖勻后分裝。此外,實驗中還涉及0.25×MS培養(yǎng)基,用于幼苗的初期培養(yǎng),其配制參照Murashige和Skoog[26]的方法。

        1.3 幼苗培養(yǎng)及處理

        選擇整齊一致且飽滿的種子,用10%的次氯酸鈉溶液滅菌30 min后,用無菌水徹底清洗,并浸沒在無菌水中6~8 h后,在超凈工作臺將其接種在經(jīng)高溫滅菌鍋的0.25×MS培養(yǎng)基中,放置在37℃的人工氣候箱中暗培養(yǎng)3 d,然后在光強3000 lx、溫度32℃、相對濕度為50%、16 h光照和8 h黑暗的人工氣候箱中培養(yǎng)10 d,隨后在超凈工作臺中將其分別轉(zhuǎn)移到MS、MS+NaCl和MS+NaCl+Spd處理培養(yǎng)基中,繼續(xù)在上述條件的人工氣候箱中培養(yǎng),并分別在0,7和21 d后取樣,用于相關(guān)指標的測量。

        1.4 測定指標及方法

        在2個品種的3種處理中分別隨機選擇100株幼苗,測量其根長和苗長。細胞膜透性參照Blum和Ebercon[27]的方法測定,丙二醛含量的測定采用硫代巴比妥酸比色法[28],脯氨酸含量參照Bates等[29]的方法測定,H2O2含量參照Sergiev等[30]的方法測定,O2-·含量參照Wang等[31]的方法測定,APX、CAT、POD和SOD活性參照Zhang和Kirkham[32]的方法測定,金屬離子含量參照Greweling[33]和Jones等[34]的方法測定。

        1.5 數(shù)據(jù)分析

        試驗設(shè)置4個重復(fù),采用EXCEL 2010和SPSS 16.0 進行統(tǒng)計分析,并使用EXCEL 2010作圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 外源Spd對鹽脅迫下草地早熟禾根長和苗長的影響

        在鹽脅迫下,草地早熟禾的2個品種的根長(圖1A)和苗長(圖1B)與對照相比都顯著降低(P<0.05)。當鹽脅迫持續(xù)了7 d時,‘Kenblue’品種的根長和苗長與‘Midnight’品種的沒有明顯差異,‘Kenblue’品種的根長和苗長與對照相比分別降低了58.85%和43.08%,‘Midnight’品種分別降低了35.01%和36.03%。當鹽脅迫持續(xù)了21 d時,‘Midnight’品種的根長與‘Kenblue’品種的仍沒有明顯差異,但是‘Midnight’品種的苗長要顯著高于‘Kenblue’品種的苗長(P<0.05),‘Kenblue’品種的根長和苗長與對照相比分別降低了72.24%和54.19%,‘Midnight’品種則分別降低了65.90%和48.16%。在外源Spd的作用下,2個品種的根長和苗長較純鹽脅迫相比均有顯著提高(P<0.05),其中‘Kenblue’品種在第7天時分別提高了33.64%和18.11%,在第21天時分別提高了35.40%和16.71%?!甅idnight’品種在第7天時分別提高了26.86%和14.14%,在第21天時分別提高了30.08%和14.41%。這表明,外源Spd緩解了鹽脅迫對草地早熟禾幼苗生長和根系生長的抑制作用,而且外源Spd對鹽脅迫下‘Kenblue’品種根系和幼苗生長抑制的緩解作用要大于‘Midnight’品種。

        圖1 外源Spd對鹽脅迫下草地早熟禾2個品種幼苗根長(A)和苗長(B)的影響Fig.1 Effects of exogenous spermidine on root length (A) and shoot length (B) of the 2 cultivars of kentucky bluegrass seedlings under salinity stress K+0=Kenblue+0 mmol/L NaCl; K+salt=Kenblue+200 mmol/L NaCl; K+salt+Spd=Kenblue+200 mmol/L NaCl+1 mmol/L Spd; M+0=Midnight+0 mmol/L NaCl; M+salt=Midnight+200 mmol/L NaCl; M+salt+Spd=Midnight+200 mmol/L NaCl+Spd.不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下同。Different small letters indicate significant differences at 5% level, the same below.

        2.2 外源Spd對鹽脅迫下草地早熟禾細胞膜透性和丙二醛含量的影響

        草地早熟禾的2個品種的細胞膜透性(圖2A)在鹽脅迫的作用下,均顯著升高(P<0.05)。其中,無論是在第7天還是在第21天時,‘Kenblue’品種的升高幅度均顯著大于‘Midnight’品種(P<0.05)。‘Kenblue’品種的細胞膜透性與對照組相比在第7天和第21天分別增加了1.61和2.42倍,而‘Midnight’品種則分別增加了1.21和2.06倍。在外源Spd的作用下,2個品種的細胞膜透性與純鹽脅迫下相比均有顯著降低(P<0.05),并且‘Kenblue’品種的降低幅度要大于‘Midnight’品種,其中‘Kenblue’品種在第7天和第21天時分別降低了31.03%和26.90%,‘Midnight’品種則分別降低了16.40%和20.04%。這表明,外源Spd可以有效地降低草地早熟禾因鹽脅迫而升高的細胞膜透性。

        圖2 外源Spd對鹽脅迫下草地早熟禾2個品種幼苗葉片細胞膜透性(A)和丙二醛含量(B)的影響Fig.2 Effects of exogenous spermidine on membrane permeability (A) and malondialdehyde (MDA) content (B) in leaves of the 2 cultivars of kentucky bluegrass seedlings under salinity stress

        對照組中,草地早熟禾的丙二醛含量(圖2B)在整個處理期間基本保持不變,而在有鹽脅迫的處理組中,草地早熟禾2個品種的丙二醛含量均顯著升高(P<0.05),且‘Kenblue’品種的升高幅度要略大于‘Midnight’品種。其中,‘Kenblue’品種的丙二醛含量與對照組相比在第7天和第21天分別提高1.15和1.39倍,‘Midnight’品種則分別提高了0.83和1.08倍。在外源Spd的作用下,2個品種的丙二醛含量與純鹽脅迫相比均有顯著降低(P<0.05),而且‘Kenblue’品種的降低幅度要大于‘Midnight’品種。其中,‘Kenblue’品種在第7天和第21天時分別降低了32.10%和22.30%,‘Midnight’品種則分別降低了19.65%和13.83%。由此可以看出,外源Spd可以緩解草地早熟禾受鹽脅迫而升高的丙二醛含量。

        圖3 外源Spd對鹽脅迫下草地早熟禾2個品種幼苗葉片脯氨酸含量的影響Fig.3 Effects of exogenous spermidine on proline content in leaves of the 2 cultivars of kentucky bluegrass seedlings under salinity stress

        2.3 外源Spd對鹽脅迫下草地早熟禾脯氨酸含量的影響

        在鹽脅迫下,隨著脅迫時間的持續(xù),草地早熟禾2個品種的脯氨酸含量(圖3)總體呈先上升后下降的變化趨勢,而且‘Midnight’品種的升高幅度顯著大于‘Kenblue’品種(P<0.05)。其中,‘Midnight’品種的脯氨酸含量與對照組相比在第7天和第21天分別提高了7.94和3.48倍,而‘Kenblue’品種則分別提高了1.86和0.47倍。當在鹽脅迫下施用外源Spd時,2個品種的脯氨酸含量較純鹽脅迫下均顯著增加(P<0.05),并且‘Kenblue’品種的增加幅度要大于‘Midnight’品種,其中,‘Kenblue’品種在第7天和第21天時分別增加76.27%和41.68%,‘Midnight’品種則分別增加43.91%和18.85%。對照組草地早熟禾的脯氨酸含量在處理期間基本保持不變。由此表明,在鹽脅迫下,外源Spd可以增加草地早熟禾的脯氨酸含量,提高其耐鹽性。

        2.4 外源Spd對鹽脅迫下草地早熟禾H2O2和O2-·含量的影響

        在整個處理期間,對照組草地早熟禾的H2O2和O2-·含量基本保持不變。在鹽脅迫初期(7 d),草地早熟禾2個品種的H2O2和O2-·含量(圖4A和圖4B)均顯著升高,而隨著鹽脅迫的持續(xù)(21 d),2個品種的H2O2和O2-·含量開始逐漸下降,但是仍顯著高于對照,而且在整個脅迫期間,‘Kenblue’品種的升高幅度要顯著大于‘Midnight’品種(P<0.05)。當鹽脅迫7 d時,‘Kenblue’品種的H2O2和O2-·含量分別比對照提高了0.87和0.93倍,而‘Midnight’品種則分別提高了0.67和0.63倍。當鹽脅迫21 d時,‘Kenblue’品種的H2O2和O2-·含量分別比對照提高了0.72和0.62倍,而‘Midnight’品種分別提高了0.53和0.38倍。當施加了外源Spd時,2個品種的H2O2和O2-·含量與純鹽脅迫相比都顯著降低(P<0.05),而且‘Kenblue’品種的降幅要大于‘Midnight’品種。其中,當鹽脅迫7 d時,‘Kenblue’品種的H2O2和O2-·含量分別較純鹽脅迫降低了16.59%和18.69%,‘Midnight’品種則分別降低了9.45%和15.35%。當鹽脅迫21 d時,‘Kenblue’品種的H2O2和O2-·含量分別與純鹽脅迫相比降低了17.21%和26.17%,‘Midnight’品種則分別降低了11.10%和17.74%。由此可以看出,外源Spd可以有效降低草地早熟禾因鹽脅迫而積聚的H2O2和O2-·含量。

        圖4 外源Spd對鹽脅迫下草地早熟禾2個品種幼苗葉片H2O2含量(A)和O2-·含量(B)的影響Fig.4 Effects of exogenous spermidine on hydrogen peroxide(H2O2)content (A) and superoxide anion (O2-·)content (B) in leaves of the 2 cultivars of kentucky bluegrass seedlings under salinity stress

        2.5 外源Spd對鹽脅迫下草地早熟禾主要陽離子含量的影響

        草地早熟禾2個品種Na+的含量(圖5A)在鹽脅迫下均顯著增加(P<0.05),并且隨著鹽脅迫時間的持續(xù),Na+的含量持續(xù)升高,但是‘Kenblue’品種的增加量要顯著大于‘Midnight’品種(P<0.05)。其中在鹽脅迫持續(xù)7和21 d時,‘Kenblue’品種與對照相比分別增加了4.18和5.42倍,而‘Midnight’品種則分別增加了2.87和3.89倍。在鹽脅迫下,草地早熟禾2個品種的K+、Ca2+和Mg2+的含量(圖5B、圖5C和圖5D)均顯著降低(P<0.05),并且在整個鹽脅迫期間持續(xù)降低,但是‘Kenblue’品種的降低幅度要顯著大于‘Midnight’品種(P<0.05)。其中,‘Kenblue’品種在鹽脅迫7和21 d時與對照相比,K+的含量分別降低了44.36%和39.29%,Ca2+的含量分別降低了44.06%和57.22%,Mg2+的含量分別降低了52.64%和60.33%,而‘Midnight’品種的K+含量分別降低了31.02%和39.29%,Ca2+含量分別降低了31.35%和45.16%,Mg2+含量分別降低了26.36%和43.79%。

        圖5 外源Spd對鹽脅迫下草地早熟禾2個品種幼苗葉片Na+含量(A)、K+含量(B)、Ca2+含量(C)和Mg2+含量(D)的影響Fig.5 Effects of exogenous spermidine on Na+ content (A), K+ content (B), Ca2+ content (C) and Mg2+ content (D) in leaves of the 2 cultivars of kentucky bluegrass seedlings under salinity stress

        在外源Spd的作用下,草地早熟禾2個品種的Na+的含量與純鹽脅迫相比都顯著降低(P<0.05),而且‘Kenblue’品種的降低幅度要大于‘Midnight’品種。其中,‘Kenblue’品種在第7 d和第21 d分別降低了44.17%和36.99%,‘Midnight’品種則分別降低了27.12%和24.50%。草地早熟禾2個品種的K+、Ca2+和Mg2+的含量,在外源Spd的作用下與純鹽脅迫相比均顯著升高(P<0.05),而且‘Kenblue’品種的升高幅度要大于‘Midnight’品種。當外源Spd的作用持續(xù)7和21 d時,‘Kenblue’品種的K+含量分別提高了48.81%和64.29%,Ca2+含量分別提高了58.44%和81.12%,Mg2+含量分別提高了68.84%和51.57%,而‘Midnight’品種的K+含量分別提高了22.94%和23.38%,Ca2+含量分別提高了26.10%和45.99%,Mg2+含量分別提高了23.55%和22.93%。然而,對照組草地早熟禾的Na+、K+、Ca2+和Mg2+的含量在整個處理期間均基本保持不變。由此表明,外源Spd可以緩解因鹽脅迫引起的Na+聚集而產(chǎn)生的毒害作用,并促進K+的聚集以及Ca2+和Mg2+含量的增加。

        2.6 外源Spd對鹽脅迫下草地早熟禾抗氧化酶活性的影響

        隨著鹽脅迫時間的延長,草地早熟禾的APX、CAT、POD和SOD的活性(圖6A、圖6B、圖6C和圖6D)均呈先上升后下降的變化趨勢。第7天時,鹽脅迫下的草地早熟禾的2個品種的抗氧化酶活性較對照組顯著升高(P<0.05),而且‘Midnight’品種的APX、POD和SOD活性的升高幅度要顯著大于‘Kenblue’品種(P<0.05)。當鹽脅迫持續(xù)到21 d時,草地早熟禾的2個品種的抗氧化酶活性與第7天相比均呈下降的趨勢,但是較對照組相比仍然顯著升高(P<0.05),而且‘Midnight’品種的APX、CAT、POD和SOD活性與對照組相比的升高幅度仍然顯著大于‘Kenblue’品種(P<0.05)。當鹽脅迫持續(xù)到7 d時,‘Midnight’品種的APX、CAT、POD和SOD活性與對照組相比分別提高了0.55,0.62,0.45和4.39倍,而‘Kenblue’品種則分別提高0.26,0.39,0.18和0.43倍。當鹽脅迫持續(xù)到21 d時,‘Midnight’品種的APX、CAT、POD和SOD活性與對照組相比分別提高了0.38,0.40,0.29和3.33倍,而‘Kenblue’品種則分別提高了0.13,0.15,0.07和0.14倍。

        圖6 外源Spd對鹽脅迫下草地早熟禾2個品種幼苗葉片APX (A)、CAT (B)、POD (C)和SOD (D)的影響Fig.6 Effects of exogenous spermidine on APX (A), CAT (B), POD (C) and SOD (D) activities in leaves of the 2 cultivars of kentucky bluegrass seedlings under salinity stress

        噴施外源Spd之后,草地早熟禾的2個品種的APX、CAT、SOD和POD活性較純鹽脅迫都有顯著的增加(P<0.05),而且‘Kenblue’品種的增加量要大于‘Midnight’品種。在第7天時,‘Kenblue’品種的APX、CAT、POD和SOD活性與純鹽脅迫相比分別提高了32.60%,25.58%,26.92%和35.99%,而‘Midnight’品種則分別提高了23.44%,18.00%,19.18%和24.71%。在第21天時,‘Kenblue’品種的APX、CAT、POD和SOD活性與純鹽脅迫相比分別提高了39.24%,33.75%,22.29%和27.09%,而‘Midnight’品種則分別提高了22.77%,17.98%,15.92%和14.30%。由此表明,外源Spd可以提高鹽脅迫下草地早熟禾的APX、CAT、POD和SOD的活性。

        3 討論與結(jié)論

        植物的根系是鹽脅迫下最早感受到逆境脅迫的器官,其生長會因為鹽脅迫的作用而受到抑制,尤其是在植物的幼苗期表現(xiàn)最為明顯,而根長又是最直接表現(xiàn)根系生長的指標。本試驗中,在鹽脅迫下,草地早熟禾2個品種的根長與同期對照相比均顯著降低,而且‘Kenblue’品種降幅較大。這表明‘Kenblue’品種對鹽脅迫較敏感,表現(xiàn)出了更強烈的反應(yīng),這與段九菊等[18]在黃瓜中的研究結(jié)果、陳蘭和黃廣遠[35]在高羊茅(Festucaarundinacea)中的研究結(jié)果以及Xu等[36]在高羊茅和草地早熟禾中的研究結(jié)果相一致。苗長是草坪草在幼苗期地上部生長狀況好壞的重要指標。本實驗中,在NaCl處理下,草地早熟禾2個品種的苗長與同期對照組相比都有顯著的降低,而且‘Kenblue’品種的降幅較大,與根系的生長狀況相一致。宋采博[37]在研究中表明,NaCl脅迫會抑制草坪草的地上部生長,甚至大于對根系生長的影響。當草地早熟禾被噴施1 mmol/L的Spd后,2個品種的根長和苗長與純鹽脅迫相比均顯著的增加,而且‘Kenblue’品種增加的幅度較大,由此表明,適當濃度的外源Spd可以緩解鹽脅迫對草地早熟禾根系和幼苗生長的抑制,這與段九菊等[18]在黃瓜中的研究結(jié)果基本一致。

        鹽脅迫會破壞植物細胞內(nèi)活性氧(ROS)代謝系統(tǒng)的平衡,從而使得活性氧如H2O2、O2-·含量的增加。這些活性氧通過膜脂過氧化作用,使得膜內(nèi)的不飽和脂肪酸鏈被過氧化分解,或者通過脫脂作用,導(dǎo)致細胞膜受到損傷和破壞,進而引起細胞膜透性增大,導(dǎo)致丙二醛含量的升高[38-39]。SOD作為清除活性氧過程的關(guān)鍵酶,主要負責(zé)催化O2-·或者HO2-·歧化成O2和H2O2[40],而APX、CAT和POD這3種酶則負責(zé)清除細胞內(nèi)的H2O2。本實驗發(fā)現(xiàn),鹽脅迫下,草地早熟禾2個品種的H2O2和O2-·的含量也隨著脅迫時間的延長呈先增加后減少的趨勢,同時,2個品種的細胞膜透性都顯著增大,丙二醛含量顯著升高。此外,2個品種的APX、CAT、POD和SOD的活性隨著脅迫的持續(xù),也呈先升高后降低的趨勢,在鹽脅迫的初期和后期較對照組相比均有顯著的提高。由此可以推斷,草地早熟禾因鹽脅迫而積聚的H2O2和O2-·可能發(fā)生在脅迫的初期,而草地早熟禾2個品種在細胞內(nèi)H2O2和O2-·積聚,引起了其細胞膜的膜脂過氧化,損失和破壞了其細胞膜,使得其細胞膜透性增大,膜脂過氧化的終產(chǎn)物丙二醛含量增多。H2O2和O2-·的積聚與清除的平衡受到破壞,使得SOD、APX、CAT和POD活性顯著提高,將O2-·過氧化成H2O2,并且降解為H2O和O2,從而使得H2O2和O2-·的含量在鹽脅迫的后期有所下降,而草地早熟禾這4種抗氧化酶的活性也因為其含量的下降而隨之降低,但是H2O2和O2-·的水平在整個脅迫階段都較對照組顯著提高,因而其所導(dǎo)致的膜脂過氧化作用一直在持續(xù),草地早熟禾的細胞膜透性也就一直增大,MDA也就會持續(xù)累積。在外源Spd的作用下,草地早熟禾2個品種的H2O2和O2-·含量均顯著減少,細胞膜透性和丙二醛含量也顯著降低,4種抗氧化酶活性與純鹽脅迫相比都顯著提高。這表明,施用適當濃度的Spd可以提高草地早熟禾體內(nèi)4種抗氧化酶的活性,進而提高了活性氧的清除能力,快速清除了鹽脅迫下體內(nèi)積聚的H2O2、O2-·和丙二醛,降低了對其細胞膜的過氧化作用,從而緩解其受到的鹽害作用,提高草地早熟禾的耐鹽性,這與前人的研究相一致[11]。

        脯氨酸不僅是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),還是一種關(guān)鍵的抗氧化物質(zhì),它可以清除活性氧,降低細胞的滲透勢,維持細胞膜的正常功能,而且與草坪草組織中Na+的積聚有一定的關(guān)系[41-42]。本實驗發(fā)現(xiàn),草地早熟禾2個品種的脯氨酸含量在受到鹽脅迫時,呈先升高后降低的變化,脯氨酸含量較對照相比有顯著的增加,這與王潤賢等[43]的研究結(jié)果相一致。在鹽脅迫后期脯氨酸含量的降低,可能是由于草地早熟禾體內(nèi)的某些脅迫響應(yīng)機制使得脯氨酸氧化酶活性增加,因而脯氨酸的含量有所減少。當施用了外源Spd后,草地早熟禾2個品種的脯氨酸含量較純鹽脅迫顯著增加,而其Na+的含量較純鹽脅迫卻顯著減少,這不同于Masoud等[44]的研究結(jié)論,但與Roychoudhury等[14]的研究結(jié)果相一致。這可能是由于外源Spd使得脯氨酸含量增加,提高了草地早熟禾的耐鹽性,進而促使了Na+含量的減少。

        鹽脅迫下,植物的生長抑制一方面是源于活性氧積聚的過氧化傷害,而另一方面則是由于植物體內(nèi)的營養(yǎng)離子平衡受到破壞,進而影響了植物正常的生理代謝過程[45-46]。本實驗發(fā)現(xiàn),在鹽脅迫下,草地早熟禾2個品種的Na+含量均有顯著升高,但是這2個品種的K+、Ca2+和Mg2+含量均顯著下降,這與Roychoudhury等[14]和Masoud等[44]的研究結(jié)論相一致。Na+含量的升高可能是由于外界的Na+大量進入到植物的體內(nèi),而K+離子含量的降低可能是因為鹽脅迫降低了草地早熟禾的選擇吸收能力,高濃度的Na+抑制了其對K+的吸收,并且還促進了K+的外滲。細胞中的Ca2+和Mg2+被高濃度的Na+交換出來,進而引起了草地早熟禾Ca2+和Mg2+含量的降低,造成細胞內(nèi)離子不平衡,引起代謝失調(diào)。當施加了外源Spd之后,草地早熟禾2個品種的Na+含量較純鹽脅迫均顯著降低,K+、Ca2+和Mg2+含量都顯著提高,這與Roychoudhury等[14]的研究結(jié)果相一致。因此,外源Spd很可能是通過某些生理機制來提高草地早熟禾細胞內(nèi)K+、Ca2+和Mg2+含量,促進離子的區(qū)域化分布,進而提高了草地早熟禾的耐鹽性。

        綜上所述,外源Spd處理能夠緩解鹽脅迫下草地早熟禾根系和幼苗的生長抑制,一方面是通過提高APX、CAT、POD和SOD的活性以及脯氨酸的含量,從而清除其體內(nèi)活性氧H2O2和O2-·的積聚,進而減少MDA的含量和降低細胞膜透性,提高草地早熟禾的耐鹽性;另一方面是通過提高細胞內(nèi)K+、Ca2+和Mg2+含量,促進離子的區(qū)域化分布,穩(wěn)定細胞膜結(jié)構(gòu),加強離子營養(yǎng)平衡能力,減少Na+的毒害作用來提高草地早熟禾的耐鹽性??傊?,在200 mmol/L的NaCl脅迫下,外源1 mmol/L的Spd可以有效緩解草地早熟禾2個品種受到的鹽傷害,但是外源Spd與草地早熟禾內(nèi)源多胺含量變化的關(guān)系,以及對活性氧代謝、離子營養(yǎng)平衡的調(diào)節(jié)機理有待于進一步研究。

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