NaCl脅迫對(duì)喜鹽鳶尾和馬藺部分生理代謝的影響

原海燕+張永俠+馬晶晶

摘要：采用溶液培養(yǎng)，研究1.5% 高濃度NaCl脅迫對(duì)喜鹽鳶尾和馬藺部分生理代謝的影響，結(jié)果表明，隨高濃度鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，喜鹽鳶尾和馬藺葉片內(nèi)的MDA含量呈先升高后降低趨勢(shì)，而脯氨酸含量、SOD酶活性及可溶性蛋白含量呈逐漸增加趨勢(shì)；喜鹽鳶尾葉片內(nèi)的可溶性蛋白含量顯著高于對(duì)照，鳶尾對(duì)逆境脅迫具有較強(qiáng)的抗氧化和滲透調(diào)節(jié)能力；鳶尾葉片和根系內(nèi)的Na+含量顯著高于對(duì)照，且根系內(nèi)Na+含量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，并顯著高于葉片中的Na+含量。將大部分鹽分離子封存于根系中，可能是喜鹽鳶尾和馬藺鹽脅迫誘導(dǎo)抗性機(jī)制之一。

關(guān)鍵詞：喜鹽鳶尾；馬藺；NaCl脅迫；生理代謝

中圖分類號(hào)： S682.1+90.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）11-0212-04

植物對(duì)鹽漬環(huán)境的適應(yīng)有的是通過改變自身結(jié)構(gòu)，有的是靠改變外部形態(tài)而調(diào)節(jié)生理機(jī)能[1]，植物的抗鹽能力往往是植物通過形態(tài)結(jié)構(gòu)及生理等改變而適應(yīng)環(huán)境的綜合表現(xiàn)結(jié)果；因此，探討植物鹽抗性響應(yīng)的相應(yīng)生理指標(biāo)變化，是研究植物抗鹽機(jī)理和抗鹽能力評(píng)價(jià)的方法之一。

不同植物有不同的耐鹽方式和抗性機(jī)制，其體內(nèi)通過生理生化代謝物質(zhì)變化的調(diào)節(jié)機(jī)制也不盡相同[2]。研究表明，在鹽堿脅迫環(huán)境中，無論是農(nóng)作物、草本或是木本觀賞植物，其植物體內(nèi)的生理代謝包括代謝物質(zhì)含量、酶活性等均可能受到不同程度的影響而發(fā)生變化[3-7]。植物在鹽堿脅迫下發(fā)生的滲透脅迫、離子毒害等傷害作用，也可以通過各種生理生化物質(zhì)含量的變化來反映，植物體內(nèi)誘導(dǎo)響應(yīng)的生理生化代謝調(diào)節(jié)使植物最大限度地維持植物自身的正常生長(zhǎng)，而植物體內(nèi)各種生理生化物質(zhì)的含量和代謝的變化，最終也可以通過植物自身的生長(zhǎng)狀況來反映。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為喜鹽鳶尾（Iris halophila）和馬藺（I. lactea var. chinensis）無性繁殖群體自然結(jié)實(shí)種子的實(shí)生苗。

1.2 材料培養(yǎng)與處理

試驗(yàn)在江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所培養(yǎng)溫室中進(jìn)行，挑選籽粒飽滿的馬藺和喜鹽鳶尾種子，用0.5% NaClO消毒20 min；用自來水沖洗浸泡數(shù)次，在適宜溫、濕度條件下催芽；選擇萌發(fā)一致的種子，播于干凈的石英砂中保濕培養(yǎng)；待幼苗長(zhǎng)到約15 cm，挑選長(zhǎng)勢(shì)基本一致且生長(zhǎng)健壯的幼苗，置于 1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)；將幼苗用泡沫板和海綿固定，采用容積約為2 L的塑料容器培養(yǎng)1周，待幼苗緩苗生長(zhǎng)；分別選用濃度為0（CK）、1.5%的NaCl溶液進(jìn)行鹽脅迫處理，每處理5株苗，重復(fù)6次；分別在NaCl處理7、14、21、28 d后測(cè)定植物地上部的含水量，葉片MDA、脯氨酸、SOD活性、可溶性蛋白含量，以及葉片、根系中Na+、K+含量。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 地上部分含水量的測(cè)定 將植物材料從營(yíng)養(yǎng)液中取出，用自來水沖洗干凈；用吸水紙反復(fù)擦拭，直至將葉片表面水分擦干；去除根系，保留地上部分，在分析天平上稱其鮮質(zhì)量；將材料置于烘箱中105 ℃殺青30 min；烘箱中60 ℃烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定干質(zhì)量。葉片組織含水量計(jì)算公式為：葉片組織含水量=（地上部鮮質(zhì)量-地上部干質(zhì)量）/地上部鮮質(zhì)量×100%。

1.3.2 生理指標(biāo)測(cè)定 MDA含量、脯氨酸含量、SOD活性、可溶性蛋白分別采用硫代巴比妥酸法、酸性茚三酮法、NBT光還原法、考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定。

1.3.3 Na+和K+含量測(cè)定 將植物葉片和根系充分洗凈，105 ℃殺青；60 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱取0.2 g干樣，磨碎；用HNO3-HClO4消煮法提取離子，用Hitachi 180-80火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對(duì)喜鹽鳶尾和馬藺地上部含水量的影響

由表1可見，隨鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，喜鹽鳶尾地上部組織內(nèi)含水量不斷降低，處理28 d時(shí)其含水量為處理7 d時(shí)的92.93%，約為對(duì)照的95.52%，含水量變化明顯；馬藺地上部的含水量在脅迫處理21～28 d時(shí)趨于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)；鹽脅迫處理28 d，馬藺地上部組織內(nèi)含水量為對(duì)照的98.15%，為處理7 d時(shí)的94.84%，含水量變化不明顯，這表明與喜鹽鳶尾相比，馬藺在鹽脅迫下地上部分的吸水、保水能力相對(duì)更強(qiáng)。

2.2 NaCl脅迫對(duì)喜鹽鳶尾和馬藺脯氨酸含量的影響

脯氨酸是水溶性很強(qiáng)的一種氨基酸，水合能力很強(qiáng)，在細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)保護(hù)、自由基清除、參與氮代謝和能量代謝等方面具有重要的作用[8]。在不良環(huán)境脅迫下，植物體內(nèi)的脯氨酸可以和蛋白質(zhì)作用形成疏水骨架，以此來維持植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保護(hù)生物大分子結(jié)構(gòu)免遭破壞[9]。有研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫條件下，脯氨酸可以保護(hù)植物根部線粒體的電子傳遞鏈復(fù)合體Ⅱ免受傷害[10]，進(jìn)而通過維持光合活性的方式以保護(hù)植物體。鹽堿脅迫下，植物葉片在一定程度上通過積累大量脯氨酸以減緩鹽分對(duì)植物地上部的傷害。由圖1、圖2可見，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，喜鹽鳶尾和馬藺體內(nèi)的脯氨酸含量均呈增加趨勢(shì)；鹽脅迫28 d時(shí)，喜鹽鳶尾葉片內(nèi)脯氨酸含量為對(duì)照的3.62倍；馬藺在1.5% NaCl處理14 d時(shí)體內(nèi)的脯氨酸含量達(dá)到較高水平，在鹽脅迫28 d達(dá)到最高，脯氨酸含量約為對(duì)照的1.16倍。這表明喜鹽鳶尾和馬藺均具有較強(qiáng)脅迫誘導(dǎo)脯氨酸積累的能力，與許玉鳳等的研究結(jié)果[11]相一致。

2.3 NaCl脅迫對(duì)喜鹽鳶尾和馬藺MDA含量的影響

MDA是膜質(zhì)過氧化的產(chǎn)物之一[12]，具有細(xì)胞毒性，能與膜結(jié)構(gòu)上的蛋白質(zhì)和酶相結(jié)合，交聯(lián)后使之失去活性，進(jìn)而破壞各種膜結(jié)構(gòu)，其含量高低與植物膜質(zhì)受損害程度有關(guān)，一定程度上反映植物抗逆境脅迫能力的大小[13]。由圖3、圖4可見，1.5% NaCl脅迫處理28 d內(nèi)，喜鹽鳶尾和馬藺葉片內(nèi)的MDA含量均呈先升高后降低的趨勢(shì)，鹽脅迫處理21 d時(shí)達(dá)到最大值。這說明NaCl脅迫處理前期，喜鹽鳶尾和馬藺膜質(zhì)受到一定傷害，導(dǎo)致MDA積累增加，之后，喜鹽鳶尾和馬藺通過一定的自身抗性調(diào)節(jié)，體內(nèi)MDA含量降低，同時(shí)對(duì)膜質(zhì)的氧化傷害減弱。

2.4 NaCl脅迫對(duì)喜鹽鳶尾和馬藺SOD含量的影響

植物在逆境中產(chǎn)生過多的活性氧，會(huì)對(duì)膜系統(tǒng)造成不同程度的傷害，同時(shí)對(duì)植物體正常的生理代謝也會(huì)產(chǎn)生影響。植物體為適應(yīng)不良環(huán)境的影響，自身形成一系列清除活性氧的保護(hù)酶系統(tǒng)，抗氧化物歧化酶（SOD）是其中重要的抗氧化酶之一。有試驗(yàn)表明，鹽脅迫條件下，植物體內(nèi)SOD活性與植物的抗氧化脅迫能力呈正相關(guān)[14]。由圖5、圖6可見，隨NaCl脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，喜鹽鳶尾SOD含量呈逐漸增加的趨勢(shì)，處理28 d時(shí)SOD含量是對(duì)照的97.84%，為處理7 d時(shí)的2.31倍，喜鹽鳶尾在高鹽脅迫下有較強(qiáng)清除活性氧的能力；隨鹽脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，馬藺的SOD含量呈先降低后激增趨勢(shì)，鹽脅迫處理28 d時(shí)，馬藺SOD含量明顯高于對(duì)照，為處理7 d時(shí)的2.44倍，這表明隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，馬藺的抗氧化保護(hù)能力增強(qiáng)。

2.5 NaCl脅迫對(duì)喜鹽鳶尾和馬藺可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白是植物體內(nèi)重要的營(yíng)養(yǎng)組成成分之一，在植物生理代謝過程中發(fā)揮著重要的作用。在逆境中，植物體內(nèi)部分蛋白合成受阻，而部分蛋白質(zhì)的含量卻顯著增加，最終使植物體內(nèi)總蛋白質(zhì)的含量發(fā)生變化[15]。植物在逆境脅迫中會(huì)積累部分可溶性蛋白參與滲透調(diào)節(jié)作用，降低鹽分對(duì)植物的傷害作用。由圖7、圖8可見，1.5% NaCl處理28 d內(nèi)，喜鹽鳶尾和馬藺葉片內(nèi)的可溶性蛋白含量均呈逐漸增加的趨勢(shì)，這表明2種植物均具有較強(qiáng)脅迫誘導(dǎo)可溶性蛋白合成及積累的能力；喜鹽鳶尾的可溶性蛋白含量均高于對(duì)照，喜鹽鳶尾對(duì)可溶性蛋白的積累能力相對(duì)較強(qiáng)，而馬藺的可溶性蛋白含量均低于對(duì)照，其積累能力弱于喜鹽鳶尾。

2.6 NaCl脅迫對(duì)喜鹽鳶尾和馬藺Na+含量、K+/Na+的影響

由表2、表3可見，隨鹽脅迫處理的延長(zhǎng)，喜鹽鳶尾根系中Na+含量呈逐漸增加的趨勢(shì)，而葉片中的Na+含量則呈倒 “S”形增減趨勢(shì)；鹽脅迫處理28 d時(shí)，喜鹽鳶尾根系中 Na+含量為對(duì)照的32.65倍，是葉片中含量的1.52倍；隨鹽脅迫處理的延長(zhǎng)，馬藺葉片和根系中的Na+含量均呈逐漸增加趨勢(shì)，鹽脅迫處理28 d時(shí)，馬藺根系中Na+含量是葉片中的1.92倍，為處理7 d時(shí)的2.69倍。盡管高鹽脅迫下喜鹽鳶尾和馬藺的葉片和根系中積累了大量的Na+離子，但2種植物仍能夠維持一定的生長(zhǎng)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗鹽能力。另外，二者根系中的Na+含量均遠(yuǎn)高于葉片中的Na+含量，這可能是因?yàn)橄阐}鳶尾和馬藺將吸收到體內(nèi)的大部分Na+貯藏于植物根系內(nèi)，減少了植物根系中Na+向地上部葉片的運(yùn)輸，降低了高鹽分離子對(duì)植物地上部的傷害，從而最大限度地維持地上部的代謝和生長(zhǎng)，這也是耐鹽植物誘導(dǎo)抗性調(diào)節(jié)的機(jī)理之一。

植物在高鹽脅迫下，地上部葉片K+/Na+含量比高，則其抗鹽性較強(qiáng)[16]。由圖9、圖10可見，鹽脅迫處理28 d內(nèi)，喜鹽鳶尾葉片中K+/Na+的含量比均高于根系；喜鹽鳶尾葉片中K+/Na+的含量比呈先驟升后明顯下降趨勢(shì)，鹽脅迫14 d時(shí)達(dá)到最大值，為根系的14.4倍，鹽脅迫處理21 d時(shí)，喜鹽鳶尾葉片中K+/Na+的含量比仍為根系的7.3倍，根系中的K+/Na+含量比變化幅度不大；馬藺葉片和根系中的K+/Na+離子含量比均隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，但與喜鹽鳶尾相同的是，葉片中K+/Na+含量比始終高于根系。因此，通過提高葉片K+/Na+含量比可能是喜鹽鳶尾和馬藺高鹽誘導(dǎo)抗性的調(diào)節(jié)途徑之一。

3 討論

植物抗鹽堿脅迫的生理機(jī)制較為復(fù)雜，參與滲透調(diào)節(jié)的物質(zhì)種類多樣，參與滲透調(diào)節(jié)的物質(zhì)無論是無機(jī)離子還是有機(jī)物質(zhì)，其調(diào)節(jié)機(jī)制均有可能不同。有些植物可能在某種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)上有較強(qiáng)的積累能力，而對(duì)另一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累量卻很少，則該種植物就以某一主要積累的滲透調(diào)節(jié)物為主導(dǎo)進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)；有些植物可能通過多種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)參與滲透調(diào)節(jié)以抵御鹽堿脅迫帶來的傷害。喜鹽鳶尾和馬藺對(duì)脯氨酸表現(xiàn)出較強(qiáng)的積累能力，這說明脯氨酸在這2種耐鹽植物的抗鹽脅迫誘導(dǎo)參與滲透調(diào)節(jié)方面可能具有相對(duì)更為重要的作用。隨高鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，馬藺的可溶性蛋白含量雖呈增加趨勢(shì)，但可溶性蛋白含量卻始終低于對(duì)照，這說明馬藺體內(nèi)的可溶性蛋白可能有一部分發(fā)生分解，形成了脯氨酸等小分子物質(zhì)參與到滲透調(diào)節(jié)；而隨高鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，喜鹽鳶尾和馬藺膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA含量呈先升高后降低趨勢(shì)，這是否與2種植物的SOD含量持續(xù)增加有一定相關(guān)性還有待進(jìn)一步研究。

Na+含量和Na+與K+的平衡是評(píng)估植物受鹽害程度和植物耐鹽性強(qiáng)弱的一個(gè)重要指標(biāo)。1.5% NaCl脅迫下，隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，喜鹽鳶尾和馬藺根系和葉片內(nèi)均積累了較高含量的Na+離子，但從植株的生長(zhǎng)狀況看，喜鹽鳶尾和馬藺并沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的受害狀況，這說明喜鹽鳶尾和馬藺對(duì)進(jìn)入體內(nèi)的鹽分離子均具有一定的忍耐能力，可能是由于二者體內(nèi)有多種滲透物質(zhì)參與了滲透調(diào)節(jié)，也可能有其他的無機(jī)離子如Ca2+等共同參與滲透調(diào)節(jié)，以抵抗鹽分離子的毒害作用，其耐鹽相關(guān)的分子調(diào)控機(jī)制等也有待進(jìn)一步研究。喜鹽鳶尾和馬藺地上部葉片中的Na+含量一直低于根系，這說明喜鹽鳶尾和馬藺的根系抗鹽能力更強(qiáng)，將鹽分離子封存在根系中可能是鹽脅迫誘導(dǎo)抗性機(jī)制之一。而白文波研究認(rèn)為，馬藺的耐鹽機(jī)制為拒鹽[17]，高鹽脅迫下馬藺莖葉會(huì)分泌出一定的鹽分[1]。因此，對(duì)喜鹽鳶尾和馬藺的耐鹽機(jī)制同樣有待深入研究。另外，Walker等認(rèn)為，植株地上部分Na+含量低、K+/Na+ 高，則植物的耐鹽性較強(qiáng)[16，18]。喜鹽鳶尾和馬藺葉片中的K+/Na+比值始終高于根系，這表明喜鹽鳶尾和馬藺均具有較強(qiáng)的抗鹽能力；隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，喜鹽鳶尾和馬藺葉片及根系內(nèi)的K+/Na+會(huì)降低，可能是由于在高Na+脅迫下，植物對(duì)K+的吸收和積累出現(xiàn)顯著減少[1]。

參考文獻(xiàn)：

[1]白文波，李品芳. 鹽脅迫對(duì)馬藺生長(zhǎng)及K+、Na+吸收與運(yùn)輸?shù)挠绊慬J]. 土壤，2005，37（4）：415-420.

[2]趙功強(qiáng)，趙 萍. 8個(gè)高羊茅品種幼苗期抗鹽性比較[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（20）：8447-8449，8452.

[3]姚彩艷，汪曉麗，盛海君，等. 等滲NaCl和PEG脅迫對(duì)玉米游離脯氨酸和可溶性糖含量的影響[J]. 揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30（1）：90-94.

[4]樊懷福，郭世榮，杜長(zhǎng)霞，等. 外源NO對(duì)NaCl脅迫下黃瓜幼苗氮化合物和硝酸還原酶的影響[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2006，26（10）：2063-2068.

[5]王偉華，張希明，閆海龍，等. 鹽處理對(duì)多枝檉柳光合作用和滲調(diào)物質(zhì)的影響[J]. 干旱區(qū)研究，2009，26（4）：561-568.

[6]張華新，宋 丹，劉正祥. 鹽脅迫下11個(gè)樹種生理特性及其耐鹽性研究[J]. 林業(yè)科學(xué)研究，2008，21（2）：168-175.

[7]田曉艷，劉延吉，張 蕾，等. 鹽脅迫對(duì)景天三七保護(hù)酶系統(tǒng)、MDA、Pro及可溶性糖的影響[J]. 草原與草坪，2009（6）：11-14.

[8]焦 蓉，劉好寶，劉貫山，等. 論脯氨酸累積與植物抗?jié)B透脅迫[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（7）：216-221.

[9]陳吉寶，趙麗英，景蕊蓮，等. 植物脯氨酸合成酶基因工程研究進(jìn)展[J]. 生物技術(shù)通報(bào)，2010（2）：8-10，23.

[10]Hamilton E W，Heckathorn S A. Mitochondrial adaptations to NaCl. Complex Ⅰ is protected by anti-oxidants and small heat shock proteins，whereas complex Ⅱ is protected by proline and betaine[J]. Plant Physiology，2001，126（3）：1266-1274.

[11]許玉鳳，王 雷. 馬藺（Iris lacteal var. chinensis）抗鹽生理特性的研究[J]. 植物研究，2009，29（5）：549-552.

[12]何開躍，李曉儲(chǔ)，黃利斌，等. 3種含笑耐寒生理機(jī)制研究[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，28（4）：62-64.

[13]宋 丹，張華新，耿來林，等. 植物耐鹽種植資源評(píng)價(jià)及耐鹽生理研究進(jìn)展[J]. 世界林業(yè)研究，2006，19（3）：27-31.

[14]趙可夫. 植物抗鹽生理[M]. 北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

[15]毛桂蓮，哈新芳，孫 婕，等. NaCl脅迫下枸杞愈傷組織可溶性蛋白含量的變化[J]. 寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，26（1）：64-66.

[16]Walker R R. Sodium exclusion and potassium-sodium selectivity in salt-treated trifoliate orange（Poncirus trifoliata）and cleopatra mandarin（Citrus reticulate）plants[J]. Austtralian Journal of Plant Physiology，1986，13（2）：293-303.

[17]白文波. 馬藺生物學(xué)特性及耐鹽適應(yīng)性機(jī)制研究[D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[18]汪良駒，馬 凱，姜衛(wèi)兵，等. NaCl脅迫下石榴和桃植株Na+、K+含量與耐鹽性研究[J]. 園藝學(xué)報(bào)，1995，22（4）：336-340.