丁楚楚+黃鑫+金彗莉+李雪華+胡玉龍+趙蘋(píng)藝+孫存華

摘要：探討不同濃度Na2CO3脅迫對(duì)藜葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶活性的影響，用0.15%、0.30%、0.45% Na2CO3溶液對(duì)藜幼苗進(jìn)行脅迫處理，測(cè)定相關(guān)生理參數(shù)的變化。結(jié)果表明：隨著脅迫程度的增加和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，藜幼苗生理特性發(fā)生明顯變化：滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白）與丙二醛含量在一定范圍內(nèi)顯著提高;保護(hù)酶（超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶）活性隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先升高后降低的趨勢(shì)。綜合比較可知，高濃度、長(zhǎng)時(shí)間的堿性鹽脅迫會(huì)對(duì)藜造成一定的損傷。

關(guān)鍵詞：藜;Na2CO3堿性鹽脅迫;滲透調(diào)節(jié)物質(zhì);保護(hù)酶

中圖分類號(hào)： Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2015）04-0338-03

收稿日期：2014-05-29

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)（編號(hào)：2014ZX08012-002、2011ZX08012-002）;江蘇省優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程;江蘇省徐州市自然科學(xué)基金（編號(hào)：XF13C056）。

作者簡(jiǎn)介：丁楚楚（ 1993—），女，江蘇徐州人，本科生，從事植物生理及分子生物學(xué)研究。E-mail：dingchuchu9393@163.com。

通信作者：孫存華，教授，碩士生導(dǎo)師，從事植物生理生態(tài)及分子生物學(xué)研究。E-mail：chsun@jsnu.edu.cn。

隨著全球環(huán)境的不斷惡化，土壤鹽堿化日益加重，威脅著人類賴以生存的土壤資源，是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要環(huán)境問(wèn)題。近年來(lái)，有關(guān)植物抗鹽堿機(jī)制方面的研究不斷深入，但多以NaCl脅迫為主要研究對(duì)象[1-2]。實(shí)際上，在我國(guó)大面積的鹽堿地中，有不少為復(fù)合型鹽堿地，即存在著鹽化和堿化相伴發(fā)生的情況[3]。顏宏等曾報(bào)道，中性鹽脅迫、堿性鹽脅迫是2種不同性質(zhì)的脅迫，既有相關(guān)性又有明顯的區(qū)別[4]。有研究發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽的累積使土壤的pH值升高，所造成的土壤堿化問(wèn)題比NaCl等中性鹽更加嚴(yán)重[5]。因此，堿脅迫也是生產(chǎn)實(shí)踐中存在的主要問(wèn)題，而目前關(guān)于堿性鹽脅迫對(duì)植物生理特性影響的研究相對(duì)較少[4-5]。

藜（Chenopodium album L.）為藜科藜屬的1年生草本植物，其葉和嫩莖可食用，種子可榨油，能止瀉痢、止癢、止疼，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值。藜耐旱性較強(qiáng)，適應(yīng)于干旱地區(qū)，在鹽堿地中也能正常生長(zhǎng)[6]。目前有關(guān)藜的抗鹽堿研究報(bào)道不多[7-8]，有關(guān)藜在堿性鹽脅迫下的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和保護(hù)酶活性的研究未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究以藜為材料，通過(guò)人工控制Na2CO3濃度來(lái)研究藜對(duì)堿性鹽脅迫的生理生化反應(yīng)，以探討其耐堿性鹽的能力，從而為鹽堿地區(qū)藜的人工栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為藜，選飽滿大小一致的種子，用0.1% HgCl2消毒后播種在裝有石英砂的塑料盒中，用Hoagland溶液在陽(yáng)光充足的條件下培養(yǎng)。待藜苗長(zhǎng)到6葉期時(shí)，用含0.15%、0.30%、0.45% Na2CO3的Hoagland溶液進(jìn)行根部脅迫處理，同時(shí)以不含 Na2CO3的溶液作為對(duì)照。分別在處理后0、1、3、5、7 d，對(duì)植株上部第3～5對(duì)功能葉片進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定，每項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定設(shè)3個(gè)重復(fù)。

1.2 測(cè)定方法

可溶性糖的鮮質(zhì)量含量的測(cè)定采用蒽酮比色法[9];脯氨酸的鮮質(zhì)量含量的測(cè)定用采用酸性茚三酮顯色法[9];丙二醛（MDA）的鮮質(zhì)量含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸顯色法[9];可溶性蛋白的鮮質(zhì)量含量的測(cè)定用采用紫外吸收法[10];超氧化物歧化酶（SOD）活性的測(cè)定采用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的SOD試劑盒;過(guò)氧化物酶（POD）活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[10];過(guò)氧化氫酶（CAT）活性的測(cè)定參照J(rèn)ablonski等的方法[11]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excel作圖并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 Na2CO3堿性鹽脅迫對(duì)藜幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

2.1.1 Na2CO3堿性鹽脅迫對(duì)藜幼苗可溶性糖含量的影響 從圖1可以看出，各處理濃度植物體內(nèi)的可溶性糖含量隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)和處理溶液濃度的增加大體呈不斷升高的趨勢(shì)。在前3 d，各處理濃度植物體內(nèi)可溶性糖的含量與對(duì)照差異不明顯;5 d后，各處理濃度可溶性糖的含量急劇升高，部分處理間差異顯著（P<0.05）;在處理7 d后，0.15%、0.30%、0.45% Na2CO3濃度處理下藜幼苗可溶性糖的含量分別是對(duì)照的3.09、507、7.18倍。結(jié)果表明，可溶性糖是藜在堿脅迫下的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。

2.1.2 Na2CO3堿性鹽脅迫對(duì)藜幼苗脯氨酸含量的影響 滲透脅迫能誘導(dǎo)植物體內(nèi)脯氨酸大量積累，它是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對(duì)于提高植物鹽堿脅迫耐受性具有重要作用[12]。從圖2可以看出，在Na2CO3脅迫下，藜幼苗葉片內(nèi)脯氨酸含量大量積累，處理后1 d，各濃度Na2CO3堿脅迫下的藜幼苗葉片內(nèi)脯氨酸含量與對(duì)照差異不明顯;隨著Na2CO3脅迫濃度的增加和處理時(shí)間的延長(zhǎng)， 藜幼苗葉片內(nèi)脯氨酸的

積累量急劇增加，尤其是0.45% Na2CO3脅迫處理3 d，藜幼苗葉片內(nèi)脯氨酸含量與對(duì)照相比顯著增加（P<0.05），在處理5 d達(dá)到最大值，是對(duì)照的6.97倍。這些結(jié)果表明，藜幼苗葉片內(nèi)的游離脯氨酸是藜的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。

2.1.3 Na2CO3堿性鹽脅迫對(duì)藜幼苗可溶性蛋白含量的影響 余叔文等的研究表明，可溶性蛋白與調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的滲透勢(shì)有關(guān)，高含量的可溶性蛋白可幫助維持植物細(xì)胞較低的滲透勢(shì)，抵抗逆境產(chǎn)生的脅迫[13]。從圖3可以看出，處理開(kāi)始時(shí)，各濃度Na2CO3堿性鹽脅迫下藜幼苗葉片內(nèi)可溶性蛋白含量與對(duì)照差異不大;處理1 d后，各處理組藜幼苗葉片內(nèi)可溶性蛋白含量呈上升趨勢(shì);處理5 d和7 d，可溶性蛋白的含量明顯增加，0.45%Na2CO3處理濃度下，可溶性蛋白含量從處理后3 d起急劇增加，到處理7 d，各處理組可溶性蛋白含量高于對(duì)照，0.15%、0.30%、0.45% Na2CO3處理濃度下可溶性蛋白含量分別是對(duì)照的1.63、2.96、3.37倍。結(jié)果表明，可溶性蛋白是參與藜在堿脅迫下抗逆反應(yīng)的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。endprint

2.2 Na2CO3堿性鹽脅迫對(duì)藜幼苗膜脂過(guò)氧化作用和保護(hù)酶的影響

2.2.1 Na2CO3堿性鹽脅迫對(duì)藜幼苗丙二醛含量的影響 丙二醛是膜脂過(guò)氧化作用的產(chǎn)物，也是反映膜脂過(guò)氧化導(dǎo)致膜損傷的主要標(biāo)志[14]。從圖4可以看出，在處理1 d后，各處理組丙二醛含量增幅不明顯;從處理3 d開(kāi)始，丙二醛含量增幅明顯，特別是0.45%Na2CO3脅迫下，丙二醛含量急劇上升;處理7 d后，各處理濃度的植物體內(nèi)的丙二醛含量分別是對(duì)照的1.94、2.47、3.57倍，部分處理間差異顯著（P<005）?？傮w看出，各處理濃度下藜幼苗的丙二醛含量均有所增加且比對(duì)照高，這說(shuō)明高濃度及長(zhǎng)時(shí)間的Na2CO3脅迫會(huì)使藜幼苗的細(xì)胞膜受到嚴(yán)重傷害。

2.2.2 Na2CO3堿性鹽脅迫對(duì)藜幼苗SOD活性的影響 SOD活性的高低是植物抗逆性強(qiáng)弱的重要標(biāo)志之一，SOD可以將超氧陰離子自由基歧化成H2O2，是抗氧化傷害的關(guān)鍵酶之一。從圖5可以看出，在處理1 d后，0.45%Na2CO3脅迫下藜幼苗SOD活性達(dá)到最大值，是對(duì)照的1.33倍，隨著處理時(shí)間的延續(xù)，活性下降;0.15%、0.30% Na2CO3脅迫下藜幼苗的SOD活性與對(duì)照相比差異不大。

2.2.3 Na2CO3堿性鹽脅迫對(duì)藜幼苗POD活性的影響 從圖6可以看出，各濃度Na2CO3脅迫下，藜幼苗POD活性是先上升后下降，但都比對(duì)照高。在處理3 d后，0.30%、0.45% Na2CO3脅迫下，藜幼苗POD活性達(dá)到最大值，分別是對(duì)照的4.37、4.59倍（P<0.05）;0.15% Na2CO3脅迫下，藜幼苗POD活性在處理5 d達(dá)到最大值，是對(duì)照的2.15倍，且差異顯著（P<005）。

2.2.4 Na2CO3堿性鹽脅迫對(duì)藜幼苗CAT活性的影響 CAT是抗氧化酶系統(tǒng)的重要組成成分，與SOD、POD協(xié)同作用防御活性氧及其他過(guò)氧化物自由基對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)所造成的傷害，從而提高植物的抗逆性[15]。從圖7可以看出，隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，不同濃度Na2CO3脅迫下的CAT活性變化很大。處理

1 d后，CAT的活性和對(duì)照相比增加不顯著;處理3 d后，各處理組的藜幼苗CAT的活性急劇增長(zhǎng);處理5 d后，各處理濃度達(dá)到最大值，0.15%、0.30%、0.45% Na2CO3脅迫下藜幼苗CAT的活性分別是對(duì)照的2.89、3.51、4.19倍（P<0.05）;處理7 d后，各處理濃度下CAT的活性又急劇下降，但總體比對(duì)照高。

3 結(jié)論與討論

滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)鹽堿脅迫的一種重要的生理機(jī)制，在滲透脅迫下，植物會(huì)通過(guò)主動(dòng)積累有機(jī)溶質(zhì)，如可溶性糖、游離氨基酸（特別是脯氨酸）、可溶性蛋白等來(lái)降低滲透勢(shì)和水勢(shì)，適應(yīng)環(huán)境帶來(lái)的變化，維持正常的代謝活動(dòng)[16]。本研究中，藜幼苗中可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白的含量都隨堿性鹽濃度增加而增加，這與前人以芨芨草[17]、青山楊[18]等植物為試驗(yàn)材料，在Na2CO3脅迫下的研究結(jié)果相一致。說(shuō)明可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，而且藜具有一定的滲透調(diào)節(jié)能力，對(duì)鹽堿環(huán)境具有一定的適應(yīng)性。

SOD、POD、CAT 都是細(xì)胞膜系統(tǒng)的保護(hù)酶，當(dāng)植物處于逆境時(shí)，SOD能將超氧陰離子自由基歧化成H2O2，而POD、CAT可將H2O2變?yōu)镠2O，3種酶協(xié)調(diào)作用可使活性氧維持于一個(gè)較低水平，減弱膜脂過(guò)氧化作用對(duì)細(xì)胞膜的傷害，對(duì)于保持植株體內(nèi)的代謝平衡起著重要作用[5]。在本研究中，SOD、POD、CAT這3種酶的活性基本上呈先上升后下降的趨勢(shì)，說(shuō)明在堿脅迫下，保護(hù)酶可以緩解膜脂過(guò)氧化傷害;但隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，這3種保護(hù)酶的活性有所下降，表明脅迫時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)超過(guò)藜自身的耐受程度，使膜脂過(guò)氧化嚴(yán)重，植株受到損害，導(dǎo)致酶活性下降。

處理結(jié)束時(shí)，0.45%濃度堿脅迫下的藜幼苗因脅迫強(qiáng)度過(guò)高導(dǎo)致全部死亡;幾天后，0.30%濃度堿脅迫下的藜幼苗葉片變紅也逐漸死亡;0.15%濃度的堿脅迫苗雖然能存活一段時(shí)間，但是生長(zhǎng)緩慢不旺盛，說(shuō)明高濃度、長(zhǎng)時(shí)間的堿性鹽脅迫會(huì)對(duì)藜造成嚴(yán)重?fù)p傷。

綜上所述，在Na2CO3堿性鹽脅迫下，藜幼苗葉片通過(guò)增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量來(lái)降低滲透勢(shì)和水勢(shì)，通過(guò)增強(qiáng)保護(hù)酶的活性來(lái)減弱膜脂過(guò)氧化作用。說(shuō)明藜在滲透調(diào)節(jié)能力以及膜保護(hù)體系方面對(duì)堿脅迫具有一定的適應(yīng)性，但是高濃度、長(zhǎng)時(shí)間的堿脅迫會(huì)對(duì)藜造成一定的損傷。

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