耐鹽和非耐鹽大麥幼苗葉片抗氧化及抗壞血酸–谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)對(duì) NaCl 脅迫的反應(yīng)差異

李琲琲，劉志萍，張鳳英，包海柱，孟繁昊，王聰，楊恒山，徐壽軍*

耐鹽和非耐鹽大麥幼苗葉片抗氧化及抗壞血酸–谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)對(duì) NaCl 脅迫的反應(yīng)差異

李琲琲1，劉志萍2，張鳳英2，包海柱2，孟繁昊1，王聰1，楊恒山1，徐壽軍1*

（1 內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古通遼 028043；2 內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院作物所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031）

【目的】研究 NaCl 脅迫下，耐鹽和非耐鹽品系大麥幼苗葉片抗氧化系統(tǒng)及抗壞血酸–谷胱甘肽循環(huán)的反應(yīng)差異?！痉椒ā恳阅望}品系 12pj-118 和非耐鹽品系 12pj-045 為材料進(jìn)行了水培試驗(yàn)。營(yíng)養(yǎng)液中設(shè)定了 6 個(gè)NaCl 濃度：0、100、200、300、400、500 mmol/L。在大麥苗生長(zhǎng)至 3 葉 1 心時(shí)，取樣分析測(cè)定葉片中活性氧代謝、抗氧化酶活性以及抗壞血酸–谷胱甘肽循環(huán)變化。【結(jié)果】隨著 NaCl 脅迫的增加，2 個(gè)品系的產(chǎn)生速率、H2O2含量和 MDA 含量均逐漸增加，耐鹽品系 12pj-118 的增幅均小于非耐鹽品系 12pj-045；SOD、POD、CAT、APX、GR 活性、AsA 含量、GSH 含量和 AsA/DHA 比值均呈先上升后下降的趨勢(shì)。12pj-118 的SOD、POD、CAT 活性在各 NaCl 濃度脅迫下的增幅大于 12pj-045，降幅小于 12pj-045；12pj-118 的 APX、GR活性在同一鹽濃度脅迫下的增幅均大于非耐鹽品系 12pj-045，降幅小于 12pj-045；在各 NaCl 濃度下，12pj-118的 AsA 含量和 AsA/DHA 比值較對(duì)照增幅均大于 12pj-045；GSH/GSSG 比值呈波狀變化，12pj-118 在較高 NaCl濃度下，仍能夠維持較高的 GSH 含量和 GSH/GSSG 比值。顯示 12pj-118 較 12pj-045 有較強(qiáng)的耐鹽性?！窘Y(jié)論】耐鹽和非耐鹽品系大麥葉片抗氧化及抗壞血酸–谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)在 NaCl 脅迫下的反應(yīng)不同。在一定范圍內(nèi)，隨著鹽脅迫增強(qiáng)，耐鹽品系 12pj-118 葉片 SOD、POD、CAT、APX 和 GR 活性、AsA 和 GSH 含量增幅均大于非耐鹽品系 12pj-045，降幅小于 12pj-045，表明葉片抗氧化及抗壞血酸–谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)與大麥幼苗抗鹽性密切相關(guān)。

大麥；NaCl 脅迫；抗氧化系統(tǒng)；抗壞血酸–谷胱甘肽循環(huán)

大麥生育期短、抗旱、耐瘠薄、耐鹽堿、適應(yīng)性強(qiáng)，是防止返鹽、改良鹽堿土、提高土地生產(chǎn)力的一種先鋒作物。鹽堿脅迫是大田作物生產(chǎn)的最大非生物脅迫之一，嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量、品質(zhì)和效益，并間接造成生態(tài)環(huán)境惡化。膜系統(tǒng)是植物鹽害的主要反應(yīng)部位，膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性以及植物內(nèi)源保護(hù)系統(tǒng)的抗脅迫能力主導(dǎo)離子的運(yùn)輸和分配，是決定植物耐鹽性的關(guān)鍵因素。正常情況下，植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，當(dāng)植物遭受逆境脅迫時(shí)，代謝平衡被打破，產(chǎn)生大量的活性氧自由基，這些活性氧自由基直接或間接地啟動(dòng)膜脂過(guò)氧化進(jìn)程，使得膜系統(tǒng)的完整性降低，電解質(zhì)及有機(jī)小分子物質(zhì)外滲，從而導(dǎo)致一系列生理生化代謝紊亂。植物為減輕自由基對(duì)細(xì)胞膜的傷害，在細(xì)胞內(nèi)形成了復(fù)雜的活性氧清除系統(tǒng)[1]，一類是保護(hù)酶系統(tǒng)，包括超氧化物歧化酶 (SOD)、過(guò)氧化物酶 (POD) 和過(guò)氧化氫酶 (CAT) 等，另一類是小分子抗氧化物質(zhì)非酶系統(tǒng)，如抗壞血酸、谷胱甘肽等。關(guān)于鹽脅迫對(duì)植物保護(hù)酶系統(tǒng)影響的研究，已有較多報(bào)道[2–8]，但研究范圍大多局限在小麥、水稻、玉米等作物葉片 SOD、POD 和 CAT 活性隨著鹽濃度增加而變化的趨勢(shì)方面，用以說(shuō)明低鹽脅迫可誘導(dǎo)上述作物葉片提高 SOD、POD 和 CAT活性。關(guān)于鹽脅迫對(duì)作物抗壞血酸–谷胱甘肽 (AsAGSH) 循環(huán)影響的研究，主要集中在野生植物和園藝作物上，證明了 AsA-GSH 循環(huán)是植株清除活性氧的主要機(jī)制，兩種非酶促抗氧化物質(zhì) GSH 和 AsA 可參與植物體內(nèi)清除 H2O2[9–12]。迄今為止，關(guān)于鹽脅迫對(duì)大麥抗壞血酸–谷胱甘肽 (AsA-GSH) 循環(huán)影響的研究，尤其是鹽脅迫下大麥不同抗鹽性品種間其酶促反應(yīng)和非酶促反應(yīng)的差異，尚未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)選擇耐鹽和非耐鹽 2 個(gè)大麥品系，研究 NaCl 脅迫下，耐鹽和非耐鹽品系大麥幼苗葉片抗氧化系統(tǒng)及抗壞血酸–谷胱甘肽循環(huán)的反應(yīng)差異，探索酶促反應(yīng)及非酶促反應(yīng)與大麥耐鹽性的關(guān)系，為大麥耐鹽性種質(zhì)資源篩選以及耐鹽大麥新品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品系為 12pj-118 和 12pj-045，由內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院提供，在此之前的研究中，對(duì) 52 個(gè)大麥品系 (包括 12PJ-118 和 12PJ-045) 進(jìn)行了耐鹽性篩選試驗(yàn)，將參試種子直播于上部直徑 39 cm、下部直徑 26 cm、高 34 cm 的塑料盆中，蛭石作基質(zhì)，每品種栽 5 盆，每盆播種 30 粒，出苗后間苗至每盆 20株，隨機(jī)排列。2 葉 1 心時(shí)開(kāi)始 NaCl 處理。將 NaCl溶于日本園試營(yíng)養(yǎng)液中，均勻澆入盆缽里，每隔 2 d澆液 1 次，每盆每次澆液 1 L。起始 NaCl 濃度為 70 mmol/L，以后每次澆液時(shí)遞增 30 mmol/L，統(tǒng)計(jì)各個(gè)品種的半致死濃度 (植株 2/3 以上葉片黃化、萎蔫即視為死亡)，并據(jù)此對(duì)不同品種的耐鹽性進(jìn)行分類。篩選結(jié)果表明，12pj-118 較耐鹽，12pj-045 對(duì)鹽脅迫較為敏感。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于 2015 年 4 月～10 月在內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院日光溫室進(jìn)行。選擇籽粒飽滿的試材，播種方法同 1.1。鹽脅迫設(shè) 0、100、200、300、400、500 mmol/L 6 個(gè)處理，5 次重復(fù)，隨機(jī)排列, 對(duì)照為不含NaCl 的營(yíng)養(yǎng)液。待大麥幼苗生長(zhǎng)至 3 葉 1 心時(shí)，將相應(yīng)質(zhì)量的 NaCl 混合于 1/4 濃度日本園試營(yíng)養(yǎng)液(其配方見(jiàn)表 1)，開(kāi)始 NaCl 脅迫處理，每天澆灌營(yíng)養(yǎng)液一次，每次澆 0.2 L。處理 10 d 即將出現(xiàn)鹽害癥狀時(shí)，取大麥葉片，測(cè)定相關(guān)生理指標(biāo)。

表1 營(yíng)養(yǎng)液成分Table1 Nutrient solution formula

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

SOD 活性參照 Omran 的方法[13]，POD 活性測(cè)定參照陳建勛等的方法[14]，CAT 活性測(cè)定參照林植芳等[15]的方法測(cè)定。

抗壞血酸過(guò)氧化物酶 (APX) 活性測(cè)定參照Nakano 等[18]的方法，谷胱甘肽還原酶 (GR) 活性測(cè)定參照 Foyer 等[19]的方法，脫氧抗壞血酸 (AsA) 和氧化型抗壞血酸 (DHA) 含量按照 Jin 等[20]的方法測(cè)定，氧化型谷胱甘肽 (GSSG) 含量和還原型谷胱甘肽 (GSH)含量按照 Gossett 等[21]的方法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)使用 SPSS 12.0 軟件進(jìn)行差異顯著性比較，用 Microsoft Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl 脅迫對(duì)大麥幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響

2.1.1 NaCl 脅迫對(duì)大麥葉片活性氧的影響 由圖 1 可知，12pj-118 的產(chǎn)生速率隨 NaCl 濃度增加呈“升–降–升”的趨勢(shì)，波動(dòng)幅度不大，在各濃度(100、200、300、400、500 mmol/L) 下較對(duì)照增幅分別為 11.4%、22.7%、14.5%、23.4%、34.0%。12pj-045隨 NaCl 濃度增加呈不斷上升趨勢(shì)，且在 300～500 mmol/L 濃度范圍內(nèi)大幅上升，較對(duì)照顯著增加46.4%～96.7%。結(jié)果表明，12pj-118 在 300～500 mmol/L 濃度范圍內(nèi)，產(chǎn)生速率增幅均小于 12pj-045，表明 12pj-118 在較高鹽濃度脅迫下維持了相對(duì)較低的產(chǎn)生速率。

由圖 1 可知，2 個(gè)品系的 H2O2含量均隨 NaCl 濃度的增加而不斷上升，且各濃度下均與對(duì)照呈顯著差異 (P < 0.01)。12pj-118 在 100 mmol/L 濃度時(shí)上升較平緩，在 500 mmol/L 時(shí)達(dá)到最大值，較對(duì)照顯著上升 52.7%。12pj-045 隨 NaCl 濃度的增加大幅上升，在 500 mmol/L 時(shí)，達(dá)到最大值，較對(duì)照顯著增加 1.06 倍。結(jié)果表明，12pj-118 在各濃度 NaCl 脅迫下，H2O2含量上升幅度均小于 12pj-045，且在低濃度 NaCl 脅迫下，上升較平緩，說(shuō)明 12pj-118 在各濃度 NaCl 脅迫下均保持了較低的 H2O2積累量。

圖1 不同濃度 NaCl 脅迫下大麥幼苗產(chǎn)生速率和 H2O2含量Fig. 1producing rates and the H2O2contents of barley seedlings under different NaCl concentrations[注（Note）：方柱上不同字母表示同一品系不同 NaCl 濃度間在 0.05 水平差異顯著Different letters above the bars are significantly different among different NaCl concentrations for acultivar at the 0.05 level.]

2.1.2 NaCl 脅迫對(duì)大麥葉片 MDA 含量的影響 由圖 2可知，12pj-118 的丙二醛含量隨 NaCl 濃度的增加呈總體上升的趨勢(shì)，在 400 mmol/L 時(shí)有所下降，隨后又大幅上升，在 500 mmol/L 時(shí)達(dá)到峰值，較對(duì)照顯著增加 50.4%。12pj-045 隨 NaCl 濃度的增加呈大幅上升趨勢(shì)，在各鹽濃度脅迫下，較對(duì)照顯著增加31.0%、48.1%、76.6%、81.9%、89.7%。結(jié)果表明，在各鹽濃度脅迫下，12pj-118 丙二醛含量增幅均小于12pj-045，維持了相對(duì)較低的丙二醛含量。

圖2 不同濃度 NaCl 脅迫下大麥幼苗丙二醛含量Fig. 2 MDA contents of barley seedlings under different NaCl concentrations[注（Note）：方柱上不同字母表示同一品系不同 NaCl 濃度間在0.05 水平差異顯著Different letters above the bars are significantly different among different NaCl concentrations for acultivar at the 0.05 level.]

2.1.3 NaCl 脅迫對(duì)大麥葉片保護(hù)酶活性的影響 由表 2可知，隨著 NaCl 濃度的增加，2 個(gè)品系的 SOD、POD 和 CAT 活性均呈先上升后下降的趨勢(shì)。2 個(gè)品系 SOD 活性均在 NaCl 濃度 200 mmol/L 時(shí)達(dá)到峰值，12pj-118 較對(duì)照顯著升高 12.9%，12pj-045 顯著升高 10.0%；12pj-118 在 NaCl 濃度 500 mmol/L 時(shí)達(dá)到最小值，與對(duì)照相當(dāng)，12pj-045 在 NaCl 濃度 400、500 mmol/L 較對(duì)照顯著下降 5.0%、8.8%。SOD 活性12pj-118 隨 NaCl 濃度脅迫的增幅大于 12pj-045，降幅小于 12pj-045。

12pj-118 的 POD 活性在 NaCl 濃度 300 mmol/L時(shí)達(dá)到最大值，較對(duì)照顯著升高 58.8%，在 NaCl 濃度 500 mmol/L 時(shí)達(dá)到最小值，較對(duì)照顯著降低 12.0%；12pj-045 在 NaCl 濃度 200 mmol/L 達(dá)到最大值，較對(duì)照顯著升高 59.4%，在 NaCl 濃度 500 mmol/L 較對(duì)照顯著降低 18.8%。12pj-118 的 POD 活性達(dá)到峰值的NaCl 濃度以及在各 NaCl 濃度脅迫下活性的增幅均大于 12pj-045，降幅小于 12pj-045。

12pj-118 的 CAT 活性在 NaCl 濃度 300 mmol/L時(shí)達(dá)到最大值，較對(duì)照顯著升高 1.69 倍，隨后開(kāi)始下降，在 NaCl 濃度 500 mmol/L 時(shí)達(dá)到最小值，較對(duì)照顯著降低 15.7%。12pj-045 在 NaCl 濃度 200 mmol/L 即達(dá)到最大值，較對(duì)照顯著升高 1.13 倍，隨后開(kāi)始下降，在 NaCl 濃度 400、500 mmol/L 顯著低于對(duì)照，較對(duì)照下降 16.1%、22.2%。12pj-118 達(dá)到峰值的 NaCl 濃度較 12pj-045 及在各 NaCl 濃度脅迫下活性的增幅大于 12pj-045，降幅小于 12pj-045。

表2 不同濃度 NaCl 脅迫對(duì)大麥幼苗 SOD、POD、CAT 活性的影響Table2 SOD, POD and CAT activities of barley seedlings under different NaCl concentrations

2.2 NaCl 脅迫對(duì)大麥葉片抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)的影響

2.2.1 NaCl 脅迫對(duì)大麥葉片 APX 活性的影響 由圖 3可知，因受到 NaCl 脅迫的誘導(dǎo)，2 個(gè)品系 APX 活性均呈現(xiàn)上升，且均在 NaCl 濃度 200 mmol/L 時(shí)達(dá)到峰值，而后受到 NaCl 脅迫的抑制作用，開(kāi)始下降。12pj-118 在 NaCl 濃度 200 mmol/L 濃度時(shí)較對(duì)照顯著升高 97.4%，在 NaCl 濃度 500 mmol/L 下降至最小值，與對(duì)照無(wú)顯著差異。12pj-045 在 NaCl 濃度 200 mmol/L 時(shí)，較對(duì)照顯著升高 76.0%，在 NaCl 濃度500 mmol/L 下降至最小值，較對(duì)照顯著下降 12.3%。結(jié)果表明，12pj-118 的 APX 活性在各 NaCl 濃度下的增幅均大于 12pj-045，說(shuō)明其在各鹽濃度下均能維持較高的酶活性。

2.2.2 NaCl 脅迫對(duì)大麥葉片 GR 活性的影響 由圖 3可知，在較低濃度 NaCl 的誘導(dǎo)下，2 個(gè)品系 GR 活性開(kāi)始增加，且均在 NaCl 濃度 300 mmol/L 時(shí)達(dá)到峰值。而后，較高濃度的 NaCl 又對(duì) 2 個(gè)品系 GR 活性產(chǎn)生抑制作用，使其不斷降低。12pj-118 在 NaCl濃度 300 mmol/L 的峰值較對(duì)照顯著提高 1.12 倍，在500 mmol/L 時(shí)下降至最小值，與對(duì)照無(wú)顯著差異。12pj-045 在 NaCl 濃度 300 mmol/L 時(shí)，較對(duì)照顯著升高 46.8%，在 400 mmol/L 時(shí)與對(duì)照差異不顯著，在500 mmol/L 下降至最小值，較對(duì)照顯著下降 19.8%。12pj-118 的 GR 活性在各 NaCl 濃度下的增幅均大于12pj-045。

2.2.3 NaCl 脅迫對(duì)大麥葉片 AsA、DHA 含量及AsA/DHA 比值的影響 由表 3 可知，2 個(gè)品系的 AsA含量均呈先上升后下降的趨勢(shì)。12pj-118 在 NaCl 濃度 300 mmol/L 時(shí)達(dá)到峰值，12pj-045 在 NaCl 濃度200 mmol/L 時(shí)達(dá)到峰值；12pj-118 在 NaCl 濃度 300 mmol/L 時(shí)較對(duì)照顯著升高 1.21 倍，在 500 mmol/L時(shí)達(dá)到最低，較對(duì)照顯著降低 9.8%。12pj-045 在NaCl 濃度 200 mmol/L 時(shí)較對(duì)照顯著升高 49.3%，在400 mmol/L 時(shí)與對(duì)照無(wú)顯著差異，在 500 mmol/L 較對(duì)照顯著降低 16.6%。12pj-118 的 AsA 含量達(dá)到峰值以及在各 NaCl 濃度脅迫下 AsA 含量的增幅均大于 12pj-045，降幅小于 12pj-045，說(shuō)明 12pj-118 能夠維持較高的 AsA 含量。

12pj-118 的 DHA 含量隨 NaCl 濃度的升高呈先上升后下降的趨勢(shì)，在 NaCl 濃度 300 mmol/L 時(shí)達(dá)到最大值，較對(duì)照顯著升高 30.3%。12pj-045 的DHA 含量呈波動(dòng)變化，各鹽濃度脅迫下均顯著高于對(duì)照 (P < 0.01)。12pj-118 在各個(gè)鹽濃度下的增幅均小于 12pj-045，DHA 積累量相對(duì)較少。

2 個(gè)品系的 AsA/DHA 比值均呈先上升后下降的趨勢(shì)。12pj-118 在 NaCl 濃度 100、200、300、400 mmol/L 較對(duì)照增幅分別為 43.9%、74.7%、69.5%、13.2%，在 NaCl 濃度 500 mmol/L 時(shí)為最小值，較對(duì)照顯著降低 20.0%。12pj-045 在 100、200 mmol/L 濃度較對(duì)照增幅為 13.3%、24.8%，在 300～500 mmol/L時(shí)較對(duì)照顯著降低 8.2%～38.6%。12pj-118 在各NaCl 濃度脅迫下的增幅均大于 12pj-045，說(shuō)明 12pj-118 能夠維持較高的 AsA/DHA 比值。

圖3 不同濃度 NaCl 脅迫下大麥幼苗 APX 和 GR 活性Fig. 3 APX activity and GR activity of barley seedlings under different NaCl concentrations[注（Note）：方柱上不同字母表示同一品系不同 NaCl 濃度間在 0.05 水平差異顯著Different letters above the bars are significantly different among different NaCl concentrations for acultivar at the 0.05 level.]

表3 NaCl 脅迫對(duì)大麥葉片 AsA、DHA 含量及 AsA/DHA 比值的影響Table3 Contents of AsA and DHA and AsA/DHA ratios of barley seedlings under different NaCl concentrations

表4 NaCl 脅迫對(duì)大麥葉片 GSH、GSSG 含量及 GSH/GSSG 比值的影響Table4 GSH contents, GSSG contents and GSH/GSSG ratios of barley seedlings under different NaCl concentrations

2.2.4 NaCl 脅迫對(duì)大麥葉片 GSH、GSSG 含量及GSH/GSSG 比值的影響 由表 4 可知，2 個(gè)品系的GSH 含量均呈先上升后下降的趨勢(shì)。12pj-118 在NaCl 濃度 300 mmol/L 時(shí)達(dá)到峰值，12pj-045 在 200 mmol/L 濃度達(dá)到峰值，說(shuō)明 12pj-118 比 12pj-045 達(dá)到峰值時(shí)的鹽脅迫濃度更高。12pj-118 在 300 mmol/L時(shí)較對(duì)照顯著升高 35.8%，隨后開(kāi)始下降，在 500 mmol/L 時(shí)與對(duì)照無(wú)顯著差異。12pj-045 在 200 mmol/L時(shí)較對(duì)照顯著升高 24.2%，隨后開(kāi)始下降，在 300～500 mmol/L 濃度范圍較對(duì)照顯著降低 4.0%、15.4%、19.4%。結(jié)果表明，12pj-118 在較高濃度 NaCl 脅迫下仍能達(dá)到峰值，且在 300～500 mmol/L 濃度范圍增幅大于 12pj-045，降幅小于 12pj-045，說(shuō)明12pj-118 能夠維持較高的 GSH 含量。

12pj-118 的 GSSG 含量隨 NaCl 濃度的增加呈先升高后下降的趨勢(shì)，在 400 mmol/L 達(dá)到最大值，較對(duì)照顯著升高 21.8%。12pj-045 的 GSSG 含量隨NaCl 濃度的增加不斷增加，在 500 mmol/L 濃度時(shí)達(dá)到峰值，較對(duì)照顯著升高 35.5%。結(jié)果表明，在較高濃度 NaCl 脅迫下，12pj-118 的增幅小于 12pj-045，且有下降趨勢(shì)，12pj-118 在較高鹽濃度脅迫下維持了較低的 GSSG 積累量。

2 個(gè)品系 GSH/GSSG 比值均隨 NaCl 濃度的增加呈波動(dòng)變化。12pj-118 在 NaCl 濃度 300 mmol/L 較對(duì)照顯著升高 13.0%，在 500 mmol/L 較對(duì)照顯著降低24.1%，在其他濃度脅迫時(shí)與對(duì)照無(wú)顯著差異。12pj-045在 NaCl 濃度 500 mmol/L 時(shí)較對(duì)照顯著下降 40.5%。12pj-118 在各濃度 NaCl 脅迫下均維持了較高的GSH/GSSG 比值。

3 討論

3.1 同一植物不同抗鹽性品種在 NaCI 脅迫下酶促防御系統(tǒng)的反應(yīng)差異

在植物體內(nèi)的酶促防御系統(tǒng)中，SOD 作為抗氧化系統(tǒng)的主要成員，在活性氧清除過(guò)程中第一個(gè)發(fā)揮作用，首先催化植株體內(nèi)的超氧陰離子自由基(發(fā)生歧化反應(yīng)，生成 O2和 H2O2，有效地減輕了超氧陰離子自由基 (對(duì)細(xì)胞膜的損害。POD 和CAT 作為清除過(guò)氧化物的主要抗氧化酶，能夠減輕細(xì)胞中有毒物質(zhì)的毒害，從而使植物細(xì)胞能夠忍耐或緩解一定程度上的破壞。同一植物不同抗鹽性品種在 NaCl 脅迫下酶促防御系統(tǒng)的反應(yīng)不同。鹽脅迫下，隨著 NaCl 濃度的增加，抗鹽性不同的 2 個(gè)辣椒品種幼苗葉片中的 SOD、POD、CAT 活性呈先升高后下降的趨勢(shì)，且抗鹽品種 SOD、POD、CAT 活性出現(xiàn)峰值的 NaCl 濃度均高于非抗鹽品種[22]。鹽脅迫下，不同抗鹽性玉米葉片中的 SOD、POD、CAT 活性變化不同。隨著 NaCl 濃度的增加，抗鹽玉米品種SOD 活性呈先下降后上升的趨勢(shì)，非抗鹽玉米品種呈先上升后下降趨勢(shì)，POD 活性品種間變化不一，CAT 活性品種間變化一致，先升高后降低，且在同一 NaCl 濃度達(dá)到高峰，但抗鹽品種與對(duì)照的增幅大于非抗鹽品種的[23]。本研究結(jié)果顯示，鹽脅迫下，隨著 NaCl 濃度的增加，抗鹽性不同的 2 個(gè)大麥品系SOD、POD、CAT 活性變化均呈先上升后下降的趨勢(shì)；就其活性達(dá)到峰值的 NaCl 濃度而言，抗鹽品系的均高于非抗鹽品系的；抗鹽品系的 SOD、POD、CAT 活性在各 NaCl 濃度脅迫下的增幅大于非抗鹽品系的，降幅小于非抗鹽品系的。在 NaCl 脅迫下，同一植物不同抗鹽性品種酶促防御系統(tǒng)的反應(yīng)差異，進(jìn)一步證明了植物較高的耐鹽能力源于保護(hù)酶活性的增強(qiáng)。

3.2 同一植物不同抗鹽性品種在 NaCl 脅迫下非酶促防御系統(tǒng)的反應(yīng)差異

作為非酶促防御系統(tǒng)，抗壞血酸–谷胱甘肽循環(huán)(AsA-GSH) 能夠清除大多數(shù)葉綠體中的 H2O2?？箟难徇^(guò)氧化物酶 (APX) 和谷胱甘肽還原酶 (GR) 是循環(huán)中的主要催化酶，APX 在 AsA-GSH 中通過(guò) AsA來(lái)清除 H2O2，被認(rèn)為在清除 H2O2過(guò)程中起主要作用，GR 通過(guò)催化 GSSG 生成還原態(tài)的 GSH，使細(xì)胞內(nèi)的谷胱甘肽處于還原狀態(tài)。抗壞血酸 (AsA) 是植物體普遍存在的一種非酶促抗氧化劑，在 AsA-GSH中能夠有效清除 H2O2，同時(shí) AsA 還可直接清除。GSH 作為重要的還原物質(zhì)，能夠有效防止膜質(zhì)過(guò)氧化，并且在 AsA 再生方面也起著重要作用。Shabala等報(bào)道，鹽脅迫使鹽敏感番茄根系中的 AsA 含量降低，DHA 含量明顯升高，AsA/DHA 比值降低，代謝相關(guān)酶 APX 和單脫氫抗壞血酸還原酶活性也降低，而耐鹽品種與之相反，表明番茄的耐鹽性與AsA 含量、AsA/DHA 比值及其代謝相關(guān)酶的活性有關(guān)[25]。王聰?shù)戎赋?，NaCl 脅迫下，菜用大豆耐鹽品種的 APX、DHAR、GR 活性及 AsA、GSH 含量增幅均大于相同時(shí)期的鹽敏感品種，耐鹽品種 DHA、GSSG 含量的降幅小于相同時(shí)期的鹽敏感品種，說(shuō)明在 NaCl 脅迫下，耐鹽的菜用大豆品種能夠維持AsA-GSH 循環(huán)快速有效進(jìn)行，保證了 GSH 和 AsA的再生，從而有效抑制 H2O2的增加[26]。本試驗(yàn)中，隨著 NaCl 濃度的增加，2 個(gè)大麥品系的 APX 和 GR活性、AsA 和 GSH 含量均呈先上升后下降的趨勢(shì)；同一 NaCl 濃度下與對(duì)照相比，APX 和 GR 活性、AsA 和 GSH 含量的增幅耐鹽品系均大于非耐鹽品系的，降幅耐鹽品系均小于非耐鹽品系的，DHA、GSSG的含量與之相反。不同抗鹽性大麥品系葉片非酶促防御系統(tǒng)的不同反應(yīng)，表明葉片抗氧化及抗壞血酸–谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)與大麥幼苗抗鹽性密切相關(guān)。

作為有效防止植物膜質(zhì)過(guò)氧化的重要物質(zhì)，酶促防御系統(tǒng)與非酶促防御系統(tǒng)各項(xiàng)生理指標(biāo)與產(chǎn)生速率和 H2O2、MDA 含量存在一定的相關(guān)性[27]。本研究對(duì)鹽脅迫下大麥葉片、H2O2、MDA 與 SOD、POD、CAT、APX、GR、AsA、DHA、AsA/DHA、GSH、GSSG、GSH/GSSG 等生理指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)分析，結(jié)果表明，產(chǎn)生速率與 POD 活性、ASA 和GSH 含量、AsA/DHA 比值呈顯著負(fù)相關(guān) (P < 0.05)，與 GSH/GSSG 比值呈極顯著負(fù)相關(guān) (P < 0.01)；及GSSG 含量呈顯著正相關(guān) (P < 0.05)，與 DHA 含量極顯著正相關(guān) (P < 0.01)。H2O2含量與 GSH 含量、AsA/ DHA 比值呈顯著負(fù)相關(guān) (P < 0.05)，與 GSH/GSSG比值呈極顯著負(fù)相關(guān) (P < 0.01)；與 GSSG 含量呈顯著正相關(guān) (P < 0.05)，與 DHA 含量極顯著正相關(guān) (P < 0.01)。MDA 含量與 AsA/DHA 比值呈顯著負(fù)相關(guān) (P < 0.05)，與 GSH/GSSG 比值呈極顯著負(fù)相關(guān) (P < 0.01)；與 GSSG 含量呈顯著正相關(guān) (P < 0.05)，與 DHA 含量極顯著正相關(guān) (P < 0.01)。表明 AsA–GSH 循環(huán)在減輕由 NaCl 脅迫引起的大麥葉片過(guò)氧化傷害過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。

4 結(jié)論

耐鹽和非耐鹽品系大麥葉片抗氧化及抗壞血酸–谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)在 NaCl 脅迫下的反應(yīng)不同。在一定范圍內(nèi)，隨著鹽脅迫增強(qiáng)，耐鹽品系 12pj-118 葉片 SOD、POD、CAT、APX 和 GR 活性、AsA 和GSH 含量增幅均大于非耐鹽品系 12pj-045，降幅小于 12pj-045，表明葉片抗氧化及抗壞血酸–谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)與大麥幼苗抗鹽性密切相關(guān)。

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Response difference of antioxidant and ascorbate-glutathione cycle system to NaCl stress between salt tolerant and sensitive barley cultivars at the seedling stage

LI Bei-bei1, LIU Zhi-ping2, ZHANG Feng-ying2, BAO Hai-zhu2, MENG Fan-hao1, WANG Cong1,
YANG Heng-shan1, XU Shou-jun1*
( 1 College of Agronomy, Inner Mongolia University for Nationalities, Tongliao, Neimenggu 028043, China; 2 Institute of Agronomy, Inner Mongolia Academy of Agricultural Sciences, Huhhot, Inner Mongolia 010031, China )

【Objectives】The aim of this study was to compare the response differences of antioxidant and ascorbate-glutathione cycle system to NaCl stress between the salt tolerant and sensitive barley cultivars at the seedling stage.【Methods】A hydroponic experiment was conducted using salt-tolerant cultivar (12pj-118) and non-tolerant cultivar (12pj-045) of barley as materials. Six NaCl stress concentrations were set up, including 0, 100, 200, 300, 400 and 500 mmol/L. The plant samples were collected when the forth leaf emerged. The active oxygen metabolism, antioxidant enzyme activity and ascorbate glutathione cycle were determined.【Results】The results showed that theproduction rate, H2O2content and MDA content were increased gradually with theincrease of NaCl levels, and the increased rates of the 12pj-118 were lower than those of the 12pj-045. The activities of SOD, POD, CAT, GR and APX, the contents of AsA and GSH and the ratios of AsA/DHA were increased at first and then decreased. The increased rates of the SOD, POD and CAT activities were much higher in the 12pj-118 under different NaCl concentrations at first, and reduced rates were lower later. The increased rates of APX and GR activities of 12pj-118 were higher than those of 12pj-045 under the same salt concentration, and the reduced rates were lower. Under different NaCl concentrations, the increased rates of the AsA contents and AsA/DHA ratios of 12pj-118 were higher than those of 12pj-045. The ratios of GSH/GSSG showed awavy change in two barley cultivars, and the 12pj-118 was able to maintain high GSH contents and GSH/GSSG ratios under higher NaCl concentrations. These results indicated that the salt resistance of 12pj-118 was better than the 12pj-045.【Conclusions】The response of NaCl stress was different on antioxidant system and ascorbateglutathione cycle at the seedling stage. At agiven range, with the increase of NaCl concentration, the increased rates of the SOD, POD, CAT, APX, GR, AsA and GSH of the12pj-118 were much higher than those of the 12pj-045 under different NaCl concentrations, and reduced rates were lower. The results indicated that antioxidant activity and ascorbate glutathione cycle were closely related to salt tolerance of barley seedlings.

barley; NaCl stress; antioxidant enzymes; ascorbate-glutathione cycle

2016–08–17 接受日期：2017–02–06

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31360307）；內(nèi)蒙古自治區(qū)人才開(kāi)發(fā)基金項(xiàng)目；內(nèi)蒙古自治區(qū)“草原英才”工程項(xiàng)目；內(nèi)蒙古民族大學(xué)研究生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（NMDSS1430）資助。

李琲琲（1992—），女，內(nèi)蒙古通遼人，碩士研究生，主要從事大麥栽培生理方面的研究。E-mail：libeibei126@yeah.net * 通信作者 E-mail：shoujun-xu@163.com