Ca2+對鹽脅迫下金雞菊生理效應(yīng)的影響

梁海英

(江蘇開放大學(xué)，南京210036)

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Ca2+對鹽脅迫下金雞菊生理效應(yīng)的影響

梁海英

(江蘇開放大學(xué)，南京210036)

以金雞菊為試驗(yàn)材料，測定金雞菊幼苗的部分生理指標(biāo)，研究在鹽脅迫下不同濃度的氯化鈣對金雞菊幼苗生長的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：鹽脅迫下適宜濃度的氯化鈣溶液可以有效緩解鹽脅迫對金雞菊幼苗生長的不良影響，以濃度為10mmol/L的氯化鈣溶液對鹽脅迫下金雞菊幼苗生長的緩解效果最好。

金雞菊；鹽脅迫；氯化鈣；幼苗

鹽脅迫對植物有諸多方面的影響，鹽脅迫下植物生長在含鹽較高的土壤中, 首先面臨的問題是原有的水分平衡被打破。在鹽脅迫下,植物新葉的生長速率減慢，減慢的程度與介質(zhì)的滲透勢成正比[1]。

鈣作為一種礦質(zhì)元素,參與偶聯(lián)胞外信號及一些代謝。在植物適應(yīng)環(huán)境的變化中鈣起重要作用,當(dāng)植物受到鹽漬、低溫、高溫、厭氧、氧化脅迫等時(shí),細(xì)胞質(zhì)內(nèi)游離鈣濃度明顯上升,啟動(dòng)基因表達(dá)引起一系列的生理變化,進(jìn)而提高植物對逆境的適應(yīng)性[1]。鈣對植物在鹽脅迫下能起到保護(hù)作用[2]。近年來的研究表明，鈣能提高植物組織或細(xì)胞的多種抗性，如抗冷性、抗熱性、抗鹽性以及抗多種礦質(zhì)元素毒害脅迫等[3]。但有關(guān)鈣如何影響鹽脅迫條件下金雞菊幼苗多種生物酶的活性及其相互之間協(xié)調(diào)作用以緩解鹽害方面的報(bào)道還不甚多見。本文研究了鈣在鹽脅迫下對金雞菊生理效應(yīng)的影響，以期為進(jìn)一步探討對植物逆境傷害的緩解機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1年生大花金雞菊(CoreopsisgrandifloraHogg.)幼苗,由南京蘭卉中心提供。

1.2 試驗(yàn)藥劑

甲苯、乙醇、磷酸、低亞硫酸鈉、磺基水楊酸、冰乙酸、酸性茚三酮、三氯乙酸、L-脯氨酸、硫代巴比酸、氯化鈉、碳酸鈣、石英砂、80%丙酮、高錳酸鉀、3%克百威、80%多菌靈、

1.3 主要儀器

電子天平，F(xiàn)A1004、YP1200，上海精科天平儀器廠；可見分光光度計(jì)，VIS-7220G，北京瑞利分析儀器公司；數(shù)顯電熱恒溫干燥箱，202-3A，上海陽光實(shí)儀有限公司。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)設(shè)置了5個(gè)NaCl溶液濃度：a：0 mmol/L b:25 mmol/L ,c：50 mmol/L ，d：75 mmol/L, e：100mmol/L；4個(gè)氯化鈣溶液濃度：A:5 mmol/L，B:5 mmol/L，C：10 mmol/L，D：15 mmol/L；用以檢測鈣對鹽脅迫下金雞菊生長的影響。

1.4.2 試驗(yàn)方法。以潔凈的河沙作為栽培基質(zhì)進(jìn)行沙培。采用統(tǒng)一規(guī)格的營養(yǎng)缽，每盆栽植1株金雞菊。用1/4Hoagland營養(yǎng)液促進(jìn)幼苗的健壯生長，待苗長后，將苗進(jìn)行分組處理，共20組，隨機(jī)區(qū)組，5次重復(fù)。每3天處理1次，3次處理后分別對各處理組的金雞菊葉片的POD活性、相對電導(dǎo)率和根系活力等生理指標(biāo)進(jìn)行測定。

1.5 測定方法[4]

1.5.1 POD的測定。采用愈創(chuàng)木酚法，分別稱取各處理的金雞菊片葉片0.5g，重復(fù)3次。用水清洗2～3次，用蒸餾水清洗2～3次后用紗布擦拭干凈。加1mL磷酸緩沖液(0.05mol/L，pH=7.8)，冰浴研磨，研磨后再加1mL緩沖液，倒入離心管中，平衡，低溫(0～4℃)離心20min(80000rpm)，離心后冷藏保存。取上清液20μL加入比色杯中(對照加20μL磷酸緩沖液)，再加3mL的反應(yīng)液，馬上讀470n下的OD值并計(jì)時(shí)，每隔1min讀1次(讀0﹑1﹑2﹑3min的OD值)。

反應(yīng)液：0.1mol/L,pH=6.0磷緩50mL，加入愈創(chuàng)木酚20μL加入30% H2O219μL存于冰箱中。

計(jì)算公式：CAT活性(U×min-1×g-1FW)=(△OD240×V)/(a×W×t×0.01)

(V=4mL；a=0.02mL；W=0.5g)

1.5.2 MDA(丙二醛)的測定。采用硫代巴比妥酸顯色法。取0.5g鮮重樣品，加1mL 磷酸緩沖液(0.05mol/L,pH=7.8),放入冰浴研缽中研磨，研磨后再加1mL緩沖液，倒入離心管中，再加2mL緩沖液清洗研缽，3000r/min下低溫離心30min，離心后冷藏保存，取上清液1mL(對照加水1mL)，加入2mL含0.67%的TBA，封口沸水浴30min，到時(shí)間后立即將試管取出并放入冷水浴中，待試管冷卻后，4000r/min再離心20min，取上清液在450nm、532nm、600nm波長下測定吸光度值。

0.67%的TBA：稱0.65gTBA，加少量1mol NaOH溶解，再用10%三氯乙酸定容至100mL。

計(jì)算公式：CMDA(μmol/L)=6.45 (A532-A600)-0.56 A450(消除糖類物質(zhì)的干擾作用)

MDA(μmol/Gfw)=C×V/W=0.1548(A530-A600)-0.01344A450(V=0.012L；W=0.5g)

計(jì)算出樣品的MDA濃度，再計(jì)算出單位鮮量組織中的MDA含量(μmol/g)。

1.5.3 電導(dǎo)率的測定。鮮樣先用自來水沖洗，再用蒸餾水沖洗2遍，用打孔器打取圓片，取0.5g，裝入大試管中，加入20mL蒸餾水，抽氣3次，每次20min，第1次抽氣后取出搖動(dòng)，室溫保持3～4h，多次搖動(dòng)，測電導(dǎo)率S1，封口沸水浴10min，冷卻，平衡10min后測S2，同時(shí)測定蒸餾水So。

計(jì)算公式：相對電導(dǎo)率(%)=100×(S1-S0)/(S2-So)

1.5.4 根系活力的測定。采用TTC法。選取大豆根尖樣品0.2g放入50mL燒杯中，加入0.4%TTC溶液和磷酸緩沖液的等量混合液10mL，把根充分浸沒在溶液中，在37℃下暗保溫3h，然后加入1mol/L硫酸2mL，以停止反應(yīng)，同時(shí)作1個(gè)空白實(shí)驗(yàn)，根尖取出后吸干水分，加乙酸乙酯3～4mL和少量石英砂一起研磨，然后過濾并用乙酸乙酯定溶至10mL，采用分光光度計(jì)在485nm下比色，計(jì)算TTC還原強(qiáng)度。單位根鮮重的四氮唑還原強(qiáng)度[mg/(g×h)]=四氮唑還原量/(根重×?xí)r間)。

1.5.5 脯氨酸含量測定。采用茚三酮顯色法。準(zhǔn)確稱取不同處理的待測植物葉片各0.5g，分別置入大試管中，然后向各管分別加入3%的磺基水楊酸溶液，在沸水浴中提取10min，冷卻后過濾于干凈的試管中，濾液即為脯氨酸的提取液。取上清液2mL于另一干凈試管中，加入2mL冰醋酸及2mL酸性茚三酮試劑，在沸水浴中加熱30min，溶液會變?yōu)榧t色。待試管冷卻后加入8mL甲苯，搖蕩30s，靜止片刻，取上層液至10mL離心管中，在3000r/min下離心5min，再用吸管吸取上層脯氨酸紅色甲苯溶液于比色杯中，以甲苯為空白對照，在分光光度計(jì)上520nm波長下測定吸光度值，并計(jì)算樣品中脯氨酸含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對金雞菊POD的影響

鹽脅迫下葉面噴施不同濃度的氯化鈣對金雞菊POD的影響見圖1，可知：隨著鹽濃度增加，幼苗的POD活性先降低后增加，在同一種鹽濃度下，而隨著外源鈣離子濃度的提高，POD的活性有所上升，當(dāng)鹽濃度為75mmol/L，鈣濃度為15mmol/L時(shí)，POD活性最高。在鹽脅迫作用下，金雞菊的POD活性受到抑制，施加一定濃度的Ca2+可以適當(dāng)?shù)奶岣逷OD活性。當(dāng)鹽濃度高達(dá)100mmol/L時(shí)，金雞菊出現(xiàn)生長不良的癥狀，POD活性的變化失去規(guī)律性，外源鈣對其的緩解作用也無明顯規(guī)律。

圖1 不同處理對過氧化物酶含量的影響

2.2 不同處理對金雞菊幼苗的丙二醛含量的影響

MDA是膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一,其含量的高低和細(xì)胞質(zhì)膜透性的變化是反映細(xì)胞膜脂過氧化作用強(qiáng)弱和質(zhì)膜破壞程度的重要指標(biāo)[5]。如圖所示，隨鹽濃度增加MDA的含量略有上升，當(dāng)鹽濃度為100mmol/L時(shí)，MDA含量到達(dá)最大值。在同一種鹽濃度下，隨著外源鈣離子濃度的升高，MDA的含量先降低后升高，當(dāng)濃度為10mmol/L時(shí)MDA的含量均較低，即鈣離子具有緩解膜脂過氧化的作用，減輕膜脂過氧化對植物細(xì)胞的傷害，并以10mmol/L處理的效果要好。

圖2 不同處理下丙二醛含量變化情況

2.3 鹽脅迫下不同濃度氯化鈣濃度對金雞菊幼苗中根活力的影響

植物根系是活躍的吸收器官和合成器官，根的生長情況和活力水平直接影響地上部分的生長，營養(yǎng)狀況及產(chǎn)量水平。根系活力泛指根系的吸收、合成、氧化和還原能力等,是一種客觀地反映根系生命活動(dòng)的生理指標(biāo)。鹽脅迫下不同濃度氯化鈣處理對金雞菊幼苗中根系活力的影響見下圖3。從圖3根系活力變化趨勢可以看出，在鹽處理下，根系活力變化不明顯，總體呈現(xiàn)先降后升的趨勢，當(dāng)鹽濃度較低時(shí)，隨著鈣離子濃度增加，根系活力出現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)鹽濃度較高時(shí)，鈣離子的緩解作用不明顯。

圖3 不同處理對根系活力的影響

2.4 鹽脅迫下不同氯化鈣濃度處理對金雞菊幼苗脯氨酸含量的影響

鹽脅迫下細(xì)胞內(nèi)正常氮代謝受到干擾，使之趨向積累滲透溶質(zhì)的方向轉(zhuǎn)變[6]。脯氨酸是一類重要的滲透調(diào)節(jié)劑，其含量的增加對提高逆境條件下植物細(xì)胞汁液濃度、降低細(xì)胞水勢、增強(qiáng)吸水功能等起著重要的促進(jìn)作用。如圖4所示，鹽脅迫下，隨著鹽濃度增加，金雞菊葉片中脯氨酸的積累量大幅度增加，在同一種鹽濃度下，隨著外源鈣離子濃度的升高，脯氨酸的含量先升高后降低，當(dāng)濃度為10mmol/L時(shí)，脯氨酸的含量均較高，即10mmol/L鈣離子處理對促進(jìn)脯氨酸積累的作用明顯。

圖4 不同處理對脯氨酸含量的影響

2.5 鹽脅迫下不同氯化鈣濃度對金雞菊幼苗電導(dǎo)率的影響

由圖5可知，隨著鹽濃度增加，相對電導(dǎo)率出現(xiàn)增長趨勢，其中當(dāng)NaCl濃度為100mmol/L時(shí)電導(dǎo)率的值均最大，對金雞菊幼苗危害也最大，當(dāng)鹽濃度較低時(shí)，隨著鈣離子濃度增加，同一鹽濃度相對電導(dǎo)率出現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)鹽濃度較高時(shí)，鈣離子的緩解作用不明顯。由圖5可知，外源鈣的噴施并沒有對其有所緩解，而且對其危害有增加的趨勢。

圖5 不同處理對葉片質(zhì)膜相對透性的影響

3 小結(jié)與討論

3.1 小結(jié)

本試驗(yàn)在了解氯化鈣在生產(chǎn)中的緩解作用的基礎(chǔ)上，在鹽脅迫下選擇性的選了3種不同濃度的氯化鈣溶液和一組對照噴灑處理，對金雞菊苗期生長進(jìn)行研究，本試驗(yàn)結(jié)果表明：鹽脅迫下適當(dāng)濃度的氯化鈣溶液可以緩解金雞菊幼苗的生長，增加干物質(zhì)積累、促進(jìn)根系生長、提高根系活力。從幾種不同濃度的氯化鈣溶液對鹽脅迫下金雞菊幼苗處理的結(jié)果可知：用濃度為10mmol/L的氯化鈣溶液對金雞菊幼苗在鹽脅迫下的緩解作用影響效果最好。

3.2 討論

植物在NaCl脅迫下，會造成滲透脅迫、離子毒害、營養(yǎng)失衡等多方面?zhèn)?，過量的Na+可以取代細(xì)胞質(zhì)膜上的Ca2+，并且引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+、K+的外流，影響細(xì)胞中Ca2+、K+含量，而細(xì)胞壁和質(zhì)膜上的結(jié)合鈣，對于維持質(zhì)膜穩(wěn)定性，保證細(xì)胞對水分、礦質(zhì)元素的吸收具有重要的作用[7-8]。

鈣不僅是植物必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素之一，而且對于維持細(xì)胞壁、細(xì)胞膜及膜結(jié)合蛋白的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)無機(jī)離子運(yùn)輸，作為細(xì)胞內(nèi)生理生化反應(yīng)的第二信使偶聯(lián)胞外信號起重要作用[9-10]。當(dāng)受到逆境脅迫時(shí)，植物能通過提高細(xì)胞質(zhì)的游離鈣離子的濃度，并通過Ca2+與CaM 結(jié)合啟動(dòng)一系列生理生化過程，從而在作物對逆境脅迫的感受、傳遞、響應(yīng)和適應(yīng)過程中發(fā)揮重要作用[11]。

本試驗(yàn)結(jié)合了前人對氯化鈣研究的成果，通過在鹽脅迫下，采用不同濃度的氯化鈣溶液對金雞菊幼苗進(jìn)行葉面噴施處理，依據(jù)其對金雞菊幼苗營養(yǎng)生長指標(biāo)及某些生理指標(biāo)的影響，獲得了鹽脅迫下其對金雞菊幼苗生長的影響，但試驗(yàn)僅對金雞菊幼苗生長階段進(jìn)行了研究，試驗(yàn)所得的結(jié)果是否能夠最終增加金雞菊的質(zhì)量以及能否適用于其它作物還有待進(jìn)一步的探討。

[1]朱曉軍,梁永超,楊勁松,等.鈣對鹽脅迫下水稻幼苗抗氧化酶活性和膜脂過氧化作用的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2005,42(3):453-459.

[2]毛桂蓮,鄭國琦,章英才,等.不同鈣鹽對NaCl 脅迫下枸杞愈傷組織耐鹽性的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2007,25(1):131-134.

[3]陳全戰(zhàn),張邊江,周峰,等. 鈣對鹽脅迫下油用向日葵幼苗光合生理特性的影響[J] .華北農(nóng)學(xué)報(bào),2009,24(2):149-152.

[4]王學(xué)奎. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]毛桂蓮,鄭國琦,鄭紅艷.外源鈣對鹽脅迫下枸杞愈傷組織抗氧化酶活性的影響[J].農(nóng)業(yè)科學(xué)研究,2007,28(2):11-14.

[6]曾長立,董元火.外源鈣對鹽脅迫下蕓薹屬植物幼苗的生理效應(yīng)[J].中國油料作物學(xué)報(bào),2008,30(4):433-437.

[7]李青云,葛會波,胡淑明,等.鹽脅迫下鈣對草莓葉片脂肪酸含量及組成的影響[J].北京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,27(6):56-59.

[8]朱曉軍,楊勁松,梁永超,等.鹽脅迫下鈣對水稻幼苗光合作用及相關(guān)生理特性的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2004,37(10):1497-1503.

[9]朱義,何池全,杜瑋,等. 鹽脅迫下外源鈣對高羊茅種子萌發(fā)和幼苗離子分布的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2007,23(11):133-137.

[10]楊鳳軍,李天來,臧忠婧,等. 外源鈣施用時(shí)期對緩解鹽脅迫番茄幼苗傷害的作用[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,43(6):1181-1188.

[11]黃廣遠(yuǎn),祁芳梅,陳隱君.鈣對鹽脅迫下高羊茅部分生理指標(biāo)影響的初步研究[J]. 長江大學(xué)學(xué)報(bào),2008,5(3):21-23.

The Effect on the Physiological Effects ofCoreopsisSeedling Under Ca2+Forced by Salt

Liang Haiying

(Jiangsu Open University ,Nanjing ,210036)

This experiment withCoreopsisas test materials, determination ofCoreopsisseedlings part of physiological indexes, studies in different concentrations of calcium chloride toCoreopsisseedling growth impact. Test results show that under salt stress concentration of calcium chloride solution for can effectively relieve the salt stress onCoreopsisseedling growth in the adverse impact, 10mmol/L for the concentration of calcium chloride solution under salt stressCoreopsisseedling growth relief the best effect.

Coreopsisgrandiflora; Salt stress; Calcium chloride;Seedling

2016-07-19

梁海英(1975-)，女，碩士，副教授，從事園林植物教學(xué)和研究工作，E-mail：497892389@qq.com。

S682.1+1

A

DOI.:10.13268/j.cnki.fbsic.2016.06.003