外源Ca2＋對鹽脅黃芩種子的萌發(fā)及生理特性影響

李小玲，華智銳

（商洛學院生物醫(yī)藥與食品工程學院，陜西商洛726000）

外源Ca2＋對鹽脅黃芩種子的萌發(fā)及生理特性影響

李小玲，華智銳

（商洛學院生物醫(yī)藥與食品工程學院，陜西商洛726000）

為探明外源Ca2＋對黃芩鹽脅迫傷害的緩解作用，提高鹽漬條件下黃芩的栽培品質，以商洛道地藥材黃芩為試材，進行不同濃度的NaCl脅迫和外源CaCl2處理黃芩種子試驗。結果表明：施加一定濃度的CaCl2能有效緩解鹽脅迫對黃芩種子的萌發(fā)和黃芩幼苗生長發(fā)育的抑制作用，增強黃芩抗鹽害的能力。其中，20mmol／L的CaCl2可顯著提高黃芩種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，提高葉片SOD、POD、CAT活性及葉綠素含量，降低MDA含量。

外源Ca2＋；鹽脅迫；商洛黃芩；生理特性

黃芩（Scutellaria baicalensis）別名為山茶根，土金茶根，為唇形科黃芩屬多年生草本植物，屬我國大宗中藥材，藥用歷史悠久［1］。主產于河北、遼寧、陜西、山東、內蒙古及黑龍江等地。與丹參、連翹、桔梗、五味子并稱為中國秦嶺五大商藥。近年來，隨著市場對黃芩需求量的增加，過度采挖使野生資源越來越少，已不能滿足市場需求，人工栽培品種成為黃芩的主要來源。然而，由于不合理的施肥和耕作措施，土壤鹽漬化問題日益突出，嚴重影響黃芩的生長發(fā)育，制約了黃芩產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

高鹽環(huán)境主要影響植物的萌發(fā)生長、光合作用、對水分吸收和細胞膜透性［2－3］。另外，鹽脅迫下植物細胞內NaCl過量積累，活性氧產生與清除之間的動態(tài)平衡被破壞，造成膜脂的過氧化作用，使膜蛋白和膜脂損失，從而破壞膜結構，嚴重影響黃芩產量。

研究表明，Ca2＋不僅是植物正常生理代謝的必需的元素之一，作為胞外信號與胞內生理生化反應的第二信使與鈣調素（CaM）結合，調節(jié)植物體內的許多生理生化過程，對植物的生長具有重要作用［4］。適量的鈣離子也能降低質膜的通透性，阻止胞內鉀離子的外滲和鈉離子的進入，從而提高植物的耐鹽性，促進植物的生長。鹽脅迫下加入外源鈣：一方面可以緩解因鈣不足造成的礦質營養(yǎng)脅迫，另一方面可以增加細胞質膜的穩(wěn)定性和鈣信號系統(tǒng)的正常發(fā)生和傳遞，從而維持細胞內離子平衡［5］。目前有關Ca2＋對鹽脅迫下植物生理特性影響的研究報道較多，但主要集中在西瓜、黃瓜、玉米、甜瓜等［6－10］作物方面，而在藥用植物方面利用抗逆誘導物質緩解鹽分障礙的報道較少，因此尋求一種高效、低成本提高黃芩耐鹽性的途徑，對擴大黃芩栽培面積和提高黃芩產量具有重要意義。因此，以商洛道地藥材黃芩種子為材料，從緩解鹽害逆境因子出發(fā)，研究外源鈣對鹽脅迫下黃芩的生理特性的影響和對黃芩幼苗鹽害的緩解效果，為解決生產中黃芩鹽脅迫問題及耐鹽品種的選育提供理論參考。

1材料與方法

1．1試驗材料

試驗所用黃芩種子購于陜西天士力植物藥業(yè)商洛有限責任公司，選擇籽粒飽滿，粒色光澤明亮、籽粒大小一致、整齊度好的種子，以確保后續(xù)各項生理指標的測定。CaCl2和NaCl購自西安晶博試劑公司，含量≥99．5%，分析純試劑AR級。

1．2鹽脅迫濃度的篩選

用純NaCl配置鹽濃度分別為0．2%、0．3%、0．4%、0．5%、0．6%、0．7%和0．8%的溶液，以蒸餾水為對照。取商洛黃芩種子若干，用0．1%的HgCl2消毒10min，蒸餾水充分沖洗，然后用40～50℃溫水浸種8h，取出后用吸水紙吸干種子表面的水分，在相同大小（直徑9cm）的培養(yǎng)皿中進行NaCl脅迫培養(yǎng)。每個NaCl濃度為一個處理，3次重復，每個處理100粒種子，每處理每天用NaCl澆1次，每次2mL，觀察其發(fā)芽狀況，篩選最佳的鹽濃度作為鹽脅迫試驗的處理濃度。

1．3外源Ca2＋處理鹽脅迫黃芩種子

試驗共設5個處理，即將1．2鹽脅迫試驗所得的最佳NaCl濃度作為脅迫處理濃度，用此濃度的NaCl溶液澆灌種子，每次2mL，每天澆1次。處理1，噴施NaCl溶液＋5mmol／L的CaCl2；處理2，噴施NaCl溶液＋10mmol／L的CaCl2；處理3，噴施NaCl溶液＋20mmol／L的CaCl2；處理4，噴施NaCl溶液＋30mmol／L的CaCl2；處理5，噴施NaCl溶液＋40mmol／L的CaCl2；共設蒸餾水對照（CK1）和鹽對照（CK2），每個處理3次重復，于16h光照／8h黑暗、25℃恒溫條件下培養(yǎng)，種子萌發(fā)5d測定發(fā)芽勢，7d測定發(fā)芽率。種子發(fā)芽處理同1．2。

發(fā)芽勢（GE）＝（5d內發(fā)芽的種子數(shù)／供試的所有種子數(shù)）×100%

發(fā)芽率（GR）＝（7d內發(fā)芽的種子／供試的所有種子數(shù)）×100%

1．4相關生理指標的測定

待種子萌發(fā)15d后測定商洛黃芩的超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、葉綠素含量、丙二醛（MDA）含量等生理指標。SOD活性的測定采用氮藍四唑法，以能抑制反應50%的酶量為1個SOD酶單位，用U表示；POD活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法，以每分鐘吸光度（A）的變化表示酶活性的大小，即以每分鐘A值減小0．01定義為1個酶活力單位（U）；葉綠素含量的測定采用丙酮－碳酸鈣法；MDA含量測定參考硫代巴比妥酸（TBA）檢測法［11－12］。各項指標重復測定3次，取平均值，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析用Microsoft Excel 2003進行。

2結果與分析

2．1鹽脅迫濃度

從圖1看出，與對照相比，隨著鹽濃度的升高，黃芩種子的發(fā)芽率逐漸降低，說明高濃度的NaCl破壞了黃芩種子細胞膜，從而導致保護酶系統(tǒng)及滲透調節(jié)物質含量降低，最終影響黃芩種子的發(fā)芽率。當NaCl濃度為0．8%時，黃芩種子的發(fā)芽率為零，說明此濃度嚴重抑制了黃芩種子的萌發(fā)，當NaCl濃度為0．6%和0．7%時，種子發(fā)芽率較低，不適宜黃芩生長及后續(xù)實驗研究，因此，選擇0．5%作為本試驗的黃芩脅迫鹽濃度。

圖1 不同濃度NaCl處理黃芩種子的發(fā)芽率Fig．1 Germination rate of S．baicalensis seeds treated with NaCl in varying concentrations

2．2外源Ca2＋處理鹽脅迫商洛黃芩種子的萌發(fā)率和發(fā)芽勢

從圖2看出，不同處理對黃芩種子萌發(fā)的影響程度不同。與CK1相比，CK2的黃芩種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢都明顯降低，說明鹽脅迫對黃芩種子的萌發(fā)有強烈的抑制作用。當施加不同濃度的CaCl2后，發(fā)芽率和發(fā)芽勢呈先升后降的趨勢。處理1～3黃芩種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率與CK2相比均有明顯提高，且隨CaCl2濃度的升高呈逐漸上升趨勢，處理3的發(fā)芽率、發(fā)芽勢最高，較CK2分別提高75%和80%，雖在處理3后發(fā)芽率、發(fā)芽勢有所降低，但結果仍高于CK2。

圖2 外源Ca2＋處理鹽脅迫黃芩種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢Fig．2 Germination rate and vigor of S．baicalensis under salt stress treated with exogenous Ca2＋

2．2外源Ca2＋處理鹽脅迫黃芩幼苗的生理特性

2．2．1MDA含量 由圖3可知，CK2與CK1相比，CK2黃芩葉片中MDA含量明顯升高，但經不同濃度的CaCl2處理后鹽脅迫下黃芩葉片中的MDA含量整體呈先降后升的趨勢。處理1至處理3黃芩MDA含量與CK2組相比都有所下降，且MDA含量隨著CaCl2濃度的升高逐漸下降，處理3的MDA含量較CK2降低20．93%，降低最為顯著，雖然處理3之后MDA含量又有所上升，但是都低于CK2組。說明黃芩受到鹽脅迫傷害后通過添加不同濃度外源Ca2＋對鹽脅迫造成的MDA過度積累產生顯著的抑制作用。而且在濃度為20mmol／L的外源Ca2＋處理下對鹽脅迫的緩解作用最佳。

圖3 外源Ca2＋處理鹽脅迫黃芩幼苗的MDA含量Fig．3 MDA content in S．baicalensis under salt stress treated with exogenous Ca2＋

2．2．2葉綠素含量 由圖4可知，CK2與CK1相比，葉綠素的含量明顯下降，說明鹽脅迫對黃芩葉片中的葉綠素含量有顯著影響，加入不同濃度的CaCl2后，葉綠素含量整體呈先升后降的趨勢，其中處理1至處理2的葉綠素含量與CK2相比都有所升高，并且隨著CaCl2濃度的升高葉綠素含量逐漸上升，處理3的葉綠素含量最高，比CK2高46．25%，升高最為顯著。之后隨著CaCl2濃度的升高，葉綠素的含量降低，但仍高于CK2?？梢?，施加不同濃度的外源Ca2＋可緩解鹽脅迫對葉綠素含量的影響，外源Ca2＋以濃度為20mmol／L的緩解效果最佳。

2．2．3SOD、POD和CAT活性 從圖5看出，與CK1相比，CK2黃芩葉片中SOD、POD和CAT活性明顯下降，經不同濃度的CaCl2處理后，SOD、POD 和CAT活性有不同程度的提高，總體上呈先升后降趨勢。處理1至處理3的SOD、POD和CAT活性與CK2相比都有所升高，且隨著CaCl2濃度的升高SOD、POD和CAT活性逐漸上升，分別增加了61．75%、73．03%和74．29%，以處理3的效果最佳；之后隨著CaCl2濃度的升高SOD、POD和CAT活性有所降低，但仍高于CK2。說明，鹽脅迫能降低商洛黃芩體內的SOD、POD和CAT活性，外源Ca2＋顯著地提高3種抗氧化酶的活性，可減輕細胞的氧化程度，維持細胞正常生理活動，對植物具有一定的保護作用。

圖4 外源Ca2＋處理鹽脅迫黃芩葉綠素的含量Fig．4 Chlorophyll content in S．baicalensis under salt stress treated with exogenous Ca2＋

圖5 不同濃度外源Ca2＋處理黃芩幼苗的抗氧化酶活性Fig．5 Autioxidant enzyme activities of S．baicalensis seedlings treated with exogenous Ca2＋in varying degrees

3結論與討論

1）在鹽脅迫條件下，黃芩種子的生長發(fā)育受到強烈抑制，當施加一定濃度的CaCl2后，黃芩種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢有一定程度的提高，葉綠素含量增加，黃芩葉片的POD活性和CAT活性升高，而MDA的含量降低。即一定濃度的CaCl2溶液可提高黃芩幼苗對鹽害的抗逆性，可有效緩解鹽脅迫對黃芩種子生長發(fā)育的傷害。在本試驗的濃度范圍內，CaCl2的最佳施加濃度為20mmol／L。

2）關于CaCl2對鹽脅迫的緩解作用，許多學者從不同的方面進行了研究討論。種子萌發(fā)是指種子從吸脹作用開始的一系列有序的生理過程和形態(tài)變化過程，是植物生活史中的重要階段，直接影響植物的生長、產量。發(fā)芽率（GR）反映了種子發(fā)芽的多少，發(fā)芽勢（GE）則反映了種子發(fā)芽的快慢和整齊度。張春平等［13］的研究表明，CaCl2處理可緩解鹽脅迫對紫蘇種子萌發(fā)的抑制作用，提高紫蘇種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。朱偉等［14］研究表明，一定濃度的CaCl2浸種可提高鹽脅迫下棉花種子的發(fā)芽率，增加幼苗苗高和干質量。本研究結果也表明，20mmol／L的CaCl2處理黃芩種子可提高黃芩種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢，與以上研究結果相一致。

3）MDA含量是判斷膜酯過氧化程度的一個重要指標，反映植物受到逆境壓力的大?。?5］。鹽脅迫下黃芩幼苗體內MDA含量顯著提高，幼苗受到脅迫傷害。當施加外源Ca2＋后可抑制膜酯過氧化作用，減少MDA的積累，從而減輕膜酯過氧化對細胞的傷害。在鹽脅迫條件下，細胞膜結構被破壞，葉綠素含量降低而鈣離子能保證葉綠體膜結構的穩(wěn)定性，進而提高葉綠素含量。SOD、POD和CAT是植物重要的保護酶，在逆境脅迫中清除過量的活性氧，維持活性氧代謝平衡，保護膜結構，從而使植物在一定程度上忍耐、減緩或抵御逆境脅迫［16］。鹽脅迫下，SOD、POD和CAT的活性明顯降低，施加不同濃度的外源鈣后，黃芩幼苗葉片保護酶SOD、POD 和CAT的活性升高，增強了植株清除活性氧的能力，提升其抗逆性，促進黃芩幼苗的生長發(fā)育。秦舒浩等［17］研究表明，當Ca2＋濃度增加到10mmol／L時，能顯著改善NaCl脅迫下西葫蘆植株的生長狀況，使植株增高，葉面積增大，葉片中丙二醛（MDA）和脯氨酸含量降低，過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）活性升高。謝英贊等［18］研究表明，通過施加外源鈣可以有效減緩葉片氧自由基和丙二醛（MDA）的升高，提高光合色素的積累和SOD、POD、CAT及APX4種抗氧化酶的活性，對鹽脅迫下的決明幼苗具有一定的保護作用。這與本試驗的結果一致，當施加一定濃度的CaCl2后鹽脅迫下的黃芩幼苗MDA含量降低，葉綠素含量提高，SOD、POD和CAT活性增加。

4）施加一定濃度的CaCl2能有效緩解鹽脅迫對黃芩種子的萌發(fā)和黃芩幼苗生長發(fā)育的抑制作用，增強黃芩抗鹽害的能力。這為利用外源鈣作為化控措施以緩解黃芩鹽害提供了理論依據(jù)，對擴大黃芩栽培面積和提高黃芩產量具有重要意義。但是外源Ca2＋的緩解作用也有一定的限制，即適宜的Ca2＋濃度對植物的生長具有促進作用，能有效地緩解鹽害作用，當外源Ca2＋的濃度超過一定的限度其促進的作用明顯減弱，所以有關外源Ca2＋對鹽脅迫下黃芩植株體內相關代謝調控機制還有待進一步深入研究。

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（責任編輯：聶克艷）

加工貯藏·農產品質量

Processing and Storage·Agricultural Product Quality

Effects of Exogenous Ca2＋on Seed Germination and Physiological Characteristics of Scutellaria baicalensis Under Salt Stress

LI Xiaoling，HUA Zhirui
（College of Biology Pharmacy and Food Engineering，Shangluo University，Shangluo，Shaanxi 726000，China）

To explore the effects of exogenous Ca2＋on alleviating salt stress of S．baicalensis，and enhance the cultivation quality under saline conditions，a seed test was conducted on S．baicalensis under salt stress in varying concentrations treated with exogenous Ca2＋．Results：Certain concentrations of CaCl2could effectively alleviate the inhibition of salt stress on seed germination and seedling growth and development of S．baicalensis，and increase the salt resistance ability．20mmol／L CaCl2could significantly improve the seed germination vigor，germination rate，germination index，SOD，POD，CAT activities and chlorophyll content in leaves，and decrease MDA content

exogenous Ca2＋；salt stress；Shangluo Scutellaria baicalensis；physiological characteristic

S567．23

A

1001－3601（2016）11－0483－0145－04

2016－04－13；2016－11－08修回

陜西省科技廳項目“商洛山區(qū)野生蘭花資源開發(fā)利用研究”（2009K01－11）；陜西省教育廳項目“商洛黃芩ISSR－PCR體系建立與優(yōu)化”（09JK418）

李小玲（1980－），女，副教授，碩士，從事植物生理生態(tài)研究。E－mail：lxlflower＠163．com