昝亞玲， 尉淑珍

(運(yùn)城學(xué)院生命科學(xué)系，山西運(yùn)城 044000)

NaCl脅迫對向日葵幼苗生長發(fā)育的影響

昝亞玲， 尉淑珍

(運(yùn)城學(xué)院生命科學(xué)系，山西運(yùn)城 044000)

摘要[目的]探討不同濃度NaCl對向日葵幼苗生長和生理活性的影響，為鹽堿地向日葵栽培提供理論依據(jù)。[方法]以向日葵矮大頭567DW為材料，采用水培的方法，研究不同NaCl濃度(0、0.06、0.12、0.18、0.24 mol/L)對向日葵幼苗生長狀況及生理活性的影響。[結(jié)果]隨著NaCl濃度的升高，向日葵幼苗的形態(tài)指標(biāo)均呈下降趨勢，葉片丙二醛(MDA)含量呈上升趨勢，脯氨酸(Pro)含量和過氧化物酶(POD)活性呈先上升后下降趨勢。在NaCl濃度為0.12 mol/L時植株P(guān)ro和POD活性最高。[結(jié)論]矮大頭567DW型向日葵臨界耐鹽濃度為0.12 mol/L左右。

關(guān)鍵詞向日葵；NaCl脅迫；丙二醛；脯氨酸；過氧化物酶

向日葵(HelianthusannusL．)屬菊科一年生草本植物，是世界上主要油料經(jīng)濟(jì)作物。其營養(yǎng)價值高，籽仁中油酸含量約20%，亞油酸的含量高達(dá)65%～73%，而且含有大量蛋白質(zhì)及維生素E等物質(zhì)[1]。隨著人們生活水平的提高，將會不斷增大對葵花油的需求。向日葵在栽培中對土壤的要求并不嚴(yán)格，在瘠薄鹽堿地上也能生長，它的耐鹽的能力比一般植物強(qiáng)[2]。而且在鹽地上種植向日葵以后，有利于減輕土壤中的鹽分，說明向日葵是開發(fā)鹽地和生物治理鹽地的首選作物。全世界鹽堿土地占地球面積的25%左右。在我國約有10%的耕地屬于鹽漬化土壤，占我國土地面積相當(dāng)大的比重[3]。山西運(yùn)城地區(qū)土壤鹽漬化程度相當(dāng)嚴(yán)重，全市鹽堿地總面積為2.132萬hm2，其中鹽堿耕地面積有1.517萬hm2，鹽堿荒地面積有0.615萬hm2。因此，研究該地區(qū)的向日葵耐鹽機(jī)理對改良鹽堿地和提高鹽堿地生產(chǎn)潛力有重要作用。

不同濃度鹽分對向日葵生長影響不同。幼苗階段是向日葵的關(guān)鍵生育期，該時期對向日葵因外界逆境直接作用引起的死亡更加敏感，并決定其后期的生長及最終產(chǎn)量。鑒于此，筆者研究了NaCl脅迫對矮大頭567DW型向日葵苗高、根長、苗鮮重、根鮮重、苗干重、根干重、葉面積形態(tài)指標(biāo)和MDA、POD和Pro等生化指標(biāo)的影響，旨在為鹽堿地向日葵栽培提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料試驗(yàn)采用山西運(yùn)城地區(qū)矮大頭567DW型向日葵，該品種由美國勝利公司和中國種子集團(tuán)有限公司以500A×317R選育成的雜交矮化油葵品種。

1.2方法

1.2.1水培試驗(yàn)。試驗(yàn)于2013年4月1～20日在山西運(yùn)城學(xué)院生命科學(xué)系植物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。挑選大小一致、飽滿的矮大頭567DW型向日葵種子，先用蒸餾水浸種24 h，然后在培養(yǎng)盤中撒一層基質(zhì)，放入人工氣候培養(yǎng)箱進(jìn)行暗培養(yǎng)。人工氣候培養(yǎng)箱的條件為溫度25 ℃，濕度65%。每天根據(jù)需要澆適量蒸餾水，開始培養(yǎng)。培養(yǎng)7 d后，取出培養(yǎng)杯所有植株，用自來水洗凈根部沙子，再用去離子水沖洗全株3次。將向日葵幼苗移入250 ml塑料杯中，每杯4株苗。共15杯，60株苗。燒杯中先放蒸餾水，杯口用剪開小口的紗布蓋上并用皮套套在杯口。

1.2.2NaCl脅迫處理。向日葵植株在塑料杯中培養(yǎng)3 d后進(jìn)行NaCl脅迫處理，鹽濃度為0、0.06、0.12、0.18、0.24 mol/L。以蒸餾水為對照，每杯溶液為250 ml，每個處理3次重復(fù)。第1天向燒杯加1/4鹽溶液，第3天加1/2鹽溶液。第5天加全鹽溶液，培養(yǎng)5 d后開始采集樣品進(jìn)行測定其形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)。其中0.24 mol/L的處理組全部死亡，未進(jìn)行記錄。

1.2.3測定項(xiàng)目及方法。用吸水紙吸去植株表面附著的水分。苗長、根長度采用直尺測量，將地上部分與地下部分剪開，采用分析天平稱取苗鮮重、根鮮重，然后再于烘箱105 ℃殺青30 min，再在70 ℃下烘至恒重，稱其苗干重、根干重。葉面積的測定采用方格紙法，即把葉片按形狀畫在方格紙上，大于半格的算1格，不足半格的舍去，數(shù)得方格數(shù)，計(jì)算面積。MDA含量的測定參照生硫代巴比妥酸顯色法[4]；Pro含量的測定參照茚三酮顯色法[5]；POD活性的測定參照張憲政編的《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)》，采用愈創(chuàng)木酚比色法[6]。

1.2.4數(shù)據(jù)處理。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對向日葵植株形態(tài)指標(biāo)的影響與對照比較，隨著NaCl濃度的升高，向日葵苗高、根長、苗鮮重、根鮮重、苗干重、根干重、葉面積的形態(tài)指標(biāo)顯著下降(表1)。NaCl濃度為0.06 mol/L時，向日葵根長和苗干重沒有顯著變化，其他指標(biāo)均顯著降低。在NaCl濃度為0.12 mol/L時，根長、苗高、葉面積、苗干重、苗鮮重和根干重下降幅度最大，與對照相比分別下降27%、26%、45%、7%、45%、25%。而根鮮重在NaCl濃度為0.18 mol/L時才達(dá)到最低值，比對照下降了80%?？梢姡蜐舛塞}脅迫對向日葵根長和苗干重沒有明顯影響，而向日葵苗高、葉面積、根干重、苗鮮重、根鮮重?zé)o論在低濃度鹽還是高濃度鹽脅迫下均顯著降低。

表1　NaCl脅迫對向日葵植株形態(tài)指標(biāo)的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示不同處理間在0.05水平差異顯著。

2.2 NaCl脅迫對向日葵植株MDA含量的影響鹽脅迫對植物造成傷害的關(guān)鍵部位是生物膜系統(tǒng)，生物膜的透性對逆境的反應(yīng)是比較敏感的，當(dāng)鹽脅迫發(fā)生時，脂膜透性加大，內(nèi)膜系統(tǒng)出現(xiàn)膨脹、收縮或破損。MDA是植物脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物，是檢驗(yàn)植物生物膜傷害的一個重要指標(biāo)。由圖1可知，與對照比較，隨著NaCl濃度增加，植株MDA含量顯著增加。NaCl濃度為0.06 mol/L 時，MDA含量比對照增加了20%；NaCl濃度為0.12 mol/L時，MDA含量比對照增加了60%；當(dāng)NaCl濃度為0.18 mol/L時，MDA含量比對照增加了104%?？梢?，NaCl濃度越高，植株生物膜受傷害越嚴(yán)重。

2.3NaCl脅迫對向日葵植株P(guān)ro含量的影響Pro是最重要最有效的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可作為細(xì)胞膜穩(wěn)定劑，防止蛋白質(zhì)在滲透脅迫條件下脫水變性，對植物滲透調(diào)節(jié)起著重要作用。由圖2可知，與對照比較，隨著NaCl濃度的增加，植株P(guān)ro含量顯著增加。NaCl濃度為0.12 mol/L時，Pro含量達(dá)顯著水平，較對照增加309%；NaCl濃度為0.18 mol/L時，Pro含量有降低趨勢，但差異不顯著?？梢?，鹽濃度(0.06 mol/L)較低時，Pro對植物滲透調(diào)節(jié)作用不明顯，而鹽濃度較高時，Pro對植物滲透調(diào)節(jié)作用明顯增加。

2.4NaCl脅迫對向日葵植株P(guān)OD活性的影響植物細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的活性氧經(jīng)超氧化物歧化酶催化反應(yīng)形成過氧化氫，過氧化氫可使卡爾文循環(huán)中的酶失活，若過氧化氫不及時清除，則葉綠體的光合能力很快喪失。高等植物葉綠體內(nèi)沒有過氧化氫酶，過氧化氫的清除是由具有較高活性的抗壞血酸過氧化物酶(Asb-POD)經(jīng)抗壞血酸循環(huán)分解來完成的。一般認(rèn)為，POD的活性越高，植物的抗逆能力越強(qiáng)。由圖3可知，與對照比較，隨著NaCl的增加，植株P(guān)OD活性顯著增加。NaCl濃度為0.06 mol/L時，植株P(guān)OD比對照增加43%；NaCl為0.12 mol/L時，POD活性達(dá)到最高值，比對照組增加了77%；繼續(xù)增加NaCl濃度，植株中POD活性沒有顯著變化?？梢?，低濃度的鹽(小于0.12 mol/L)對植株P(guān)OD活性有增加作用，但高濃度鹽(大于0.12 mol/L)對其有抑制作用。

3結(jié)論與討論

該研究表明，低濃度鹽脅迫對向日葵根長和苗干重沒有明顯影響，而向日葵苗高、葉面積、根干重、苗鮮重、根鮮重?zé)o論在低濃度鹽還是高濃度鹽均顯著降低；隨著NaCl濃度增加，植株MDA、Pro、POD含量顯著增加，MDA在0.12 mol/L處理達(dá)最高值(0.038 4 mol/g)；Pro在0.12 mol/L達(dá)最大值(37.6 μg/ml)；POD在 0.12 mol/L處理達(dá)最高值[9.45 μ/g(FW·min)]?？梢姡箢^567DW型向日葵臨界耐鹽濃度為0.12 mol/L左右。

3.1NaCl脅迫對向日葵植株形態(tài)指標(biāo)的影響植物遭受鹽逆境常常出現(xiàn)生長緩慢、葉色變淡、脫落甚至死亡等可見表現(xiàn)和形態(tài)指標(biāo)的改變，如苗高、根長、苗鮮重、根鮮重等形態(tài)指標(biāo)普遍下降等[7-8]。由于植物生理和組織結(jié)構(gòu)的不同，植物種類不同，其耐鹽逆境能力也不同[9]。向日葵是較耐鹽的植物之一。Bernstein等[10]觀測到鹽脅迫縮短了植株葉片的生長區(qū)，同時降低了該區(qū)細(xì)胞的最大生長速率。王偉新等[11]發(fā)現(xiàn)鹽脅迫致使植株生長受阻。丁順華等[12]認(rèn)為鹽脅迫降低了植株的鮮重。Munns等[13]發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下植株葉片面積縮小。該研究發(fā)現(xiàn)在低鹽濃度(0.06 mol/L)時，向日葵苗干重與對照差異不大(P>0.05)。這是因?yàn)橄蛉湛潜容^耐鹽的植物，所以細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)在低鹽脅迫下較穩(wěn)定且不宜發(fā)生損傷[14]。而鹽濃度為0.12 mol/L時，大部分形態(tài)指標(biāo)顯著降低，如苗長、苗干重、根干重、葉面積。繼續(xù)增加鹽濃度，大部分形態(tài)指標(biāo)降低，但差異不顯著。這主要是因?yàn)辂}濃度的升高降低了植株的吸水速度和吸水量，致使細(xì)胞自由水含量較低，導(dǎo)致代謝緩慢，向日葵的各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)均下降。另外，在鹽脅迫下，向日葵植株細(xì)胞脫水，膜系統(tǒng)破壞，位于膜上的酶功能紊亂，各種代謝無序進(jìn)行，所以就造成了水鹽雙重脅迫。隨著鹽濃度的增加和脅迫時間的延長，鹽脅迫的危害性就表現(xiàn)得越明顯，最終影響到幼苗的存活[15]。

該試驗(yàn)所選的向日葵品種的臨界耐鹽點(diǎn)在0.12 mol/L左右，并且得出的向日葵耐鹽臨界點(diǎn)較其他資料低，原因可能是沒有用鹽水浸種，有研究表明經(jīng)過鹽水浸種的向日葵在種子萌發(fā)出苗階段表現(xiàn)較強(qiáng)的耐鹽性[15]，因?yàn)榈望}浸種可以誘導(dǎo)種子萌發(fā)開始階段的一些生理生化進(jìn)程(如打破休眠、抑制劑的降解、吸脹作用、酶的激活等)，提高種子的活力。一旦條件適合，種子便可以迅速吸水，恢復(fù)種子的代謝過程，促進(jìn)種子萌動發(fā)芽，使幼苗生長良好。

3.2NaCl脅迫下向日葵植株丙二醛含量的影響龔明等[16]發(fā)現(xiàn)高鹽分濃度能增加細(xì)胞膜透性，加快脂質(zhì)過氧化作用，最終導(dǎo)致膜系統(tǒng)的破碎。該研究表明，隨著鹽脅迫濃度的增加，植株丙二醛含量顯著增加，鹽濃度越高，丙二醛含量增加幅度越大。這是因?yàn)辂}脅迫下細(xì)胞膜一直受到損傷，不能及時修復(fù)，直到質(zhì)膜傷害嚴(yán)重。在鹽脅迫條件下，細(xì)胞質(zhì)膜首先受到鹽離子脅迫影響而產(chǎn)生脅變，導(dǎo)致質(zhì)膜受傷[16]。而丙二醛則是生物膜的氧化產(chǎn)物，其含量高低與脅迫傷害存在直接相關(guān)。丙二醛從膜上產(chǎn)生的位置釋放出來后，可與蛋白質(zhì)、核酸反應(yīng)，從而喪失功能，還可使纖維素分子間的橋鍵松弛，或抑制蛋白質(zhì)的合成。不同植物體內(nèi)各個反應(yīng)進(jìn)行的程度不同，因而最終的丙二醛含量會有所不同；這與植物的耐受程度也是有關(guān)系的。

3.3NaCl脅迫下向日葵植株脯氨酸含量的影響脯氨酸是植物逆境下重要滲透調(diào)節(jié)有機(jī)小分子，可以被鹽誘導(dǎo)大量合成，以維持細(xì)胞滲透勢，保護(hù)細(xì)胞酶活性[17]。NaCl中性鹽脅迫會造成脯氨酸含量的積累。該研究中，隨著NaCl濃度的增加，脯氨酸含量增加，但在NaCl濃度超過0.12 mol/L時，脯氨酸含量反而下降。低濃度(小于0.12 mol/L)鹽脅迫提高植物脯氨酸含量，可能是因?yàn)橹参餅榱诉m應(yīng)這種逆境刺激，通過鹽應(yīng)答基因的表達(dá)產(chǎn)生了維持細(xì)胞膨壓、穩(wěn)定細(xì)胞質(zhì)酶活性的有機(jī)小分子，保護(hù)植株不受鹽離子的直接傷害。而高濃度(大于0.12 mol/L)鹽脅迫使植物脯氨酸含量反而下降，這是因?yàn)辂}脅迫超過耐受極限后，造成脯氨酸合成受到影響，植株受到嚴(yán)重傷害，細(xì)胞和代謝功能被破壞，生理代謝出現(xiàn)反常[18]。由此可見，鹽脅迫下脯氨酸值的高低反映了植株受傷害程度的高低，也說明該研究中向日葵的耐鹽臨界點(diǎn)在0.12 mol/L左右。

3.4NaCl脅迫下向日葵植株過氧化物酶活性的影響POD是活性氧清除重要的酶之一， 正常情況下，細(xì)胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生與清除處于動態(tài)平衡之中，而當(dāng)植物一旦處于鹽逆境時，該平衡就遭到破壞，由于鹽脅迫，向日葵體內(nèi)受到一定傷害，引起膜的過氧化，從而對細(xì)胞構(gòu)成氧化脅迫。過氧化物酶清除系統(tǒng)也會發(fā)生變化，所以向日葵體內(nèi)POD活性增強(qiáng)，使自由基的氧化能力減弱，以清除鹽脅迫產(chǎn)生的氧化傷害。POD作為植物體內(nèi)的一種保護(hù)酶，能控制細(xì)胞中的活性氧濃度來保護(hù)細(xì)胞。該研究表明，隨著鹽濃度的增加，POD活性顯著升高，在鹽濃度為0.12 mol/L時達(dá)到最高，原因是為了適應(yīng)逆境，提高自身拒鹽脅迫的能力，清除由于鹽脅迫而在植株體內(nèi)積累的活性氧，降低其傷害，保證其在鹽脅迫下的生長，所以植株體內(nèi)產(chǎn)生大量POD。但在鹽濃度為0.18 mol/L時，POD活性下降也說明生物體的抗性是有限度的。如果超過了該限度，細(xì)胞將受到嚴(yán)重傷害。

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中圖分類號S565.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2015)30-026-03

基金項(xiàng)目國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31301851)。

作者簡介昝亞玲(1976- )，女，陜西扶風(fēng)人，講師，從事植物營養(yǎng)調(diào)控研究。

收稿日期2015-09-23

Effect of Salt Stress on Seedling Growth of Sunflower

ZAN Ya-ling, WEI Shu-zhen (Department of Life Science, Yuncheng University, Yuncheng, Shanxi 044000)

Abstract[Objective] Sunflower was stressed by different salt treatments to study the effect of salt stress on growth and physiological activity of it. [Method] With sunflower 567DW as material, effects of different concentration of salt (0, 0.06, 0.12, 0.18, 0.24 mol/L) on sunflower growth and physiological activity were studied. [Result] With the concentration of NaCl increasing the morphological indexes of sunflower significantly decreased, MDA content also increased, PrO and POD content first increased and then decreased. Under the treatment of 0.12 mol/L, Pro and POD content had the highest value. [Conclusion] The critical concentration of salt tolerance in sunflower was about 0.12 mol/L.

Key wordsSunflower; NaCl stress; Malondialdehyde; Proline; Peroxidase