鹽脅迫對(duì)航天誘變向日葵生理生化指標(biāo)的影響

胡曉煒 姜玉瑩 楊軍

摘要 [目的]探究鹽脅迫下航天誘變向日葵生理生化指標(biāo)的變化。[方法]選用航天誘變向日葵作為試驗(yàn)材料，用不同濃度（0、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%）NaCl進(jìn)行處理，分別測定其SOD活性、POD活性、MDA含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量，分析鹽脅迫對(duì)航天誘變向日葵生理生化指標(biāo)的影響。[結(jié)果]隨著鹽濃度的增加，SOD活性隨之上升，當(dāng)鹽濃度為0.6%時(shí)，SOD活性下降；POD活性隨鹽濃度的升高而上升；MDA、可溶性蛋白、Pro的含量隨鹽濃度的上升而下降，當(dāng)鹽濃度為0.9%時(shí)其含量呈增加趨勢。[結(jié)論]航天誘變向日葵能在0.9%的鹽濃度下正常生長。該研究結(jié)果可為篩選抗鹽的向日葵新材料提供理論支持。

關(guān)鍵詞 航天誘變；向日葵；鹽脅迫；生理生化指標(biāo)

中圖分類號(hào) S501；Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）13-0024-03

Effects of Salt Stress on Physiological and Biological Indices of Sunflower Induced by Space Flight

HU Xiao-wei， JIANG Yu-ying，YANG Jun*

（College of Life Science， China West Normal University， Nanchong， Sichuan 637009）

Abstract [Objective] To study the changes of physiological and biochemical indices of sunflower induced by space flight under salt stress. [Method] Taking sunflower induced by space flight as test materials， they were treated with different concentrations of NaCl （0， 0.3%， 06%， 0.9% and 1.2%）. SOD activity， POD activity，MDA content， soluble protein content and proline content were determined. The effects of salt stress on physiological and biochemical indices of sunflower induced by space flight were analyzed. [Result] SOD activity increased with the increase of salt concentration. When salt concentration was 0.6%， SOD activity declined. POD activity increased with the increase of salt concentration. The contents of MDA， soluble protein and proline decreased with the rise of salt concentration. When salt concentration was 0.9%， they increased. [Conclusion] Sunflower induced by space flight can grow normally at salt concentration of 0.9%. These results can provide theoretical support for screening out new sunflower material against salt stress.

Key words Space flight induction；Sunflower；Salt stress；Physiological and biochemical indices

向日葵（Helianthus annuus L.）是菊科向日葵屬的植物，為一年生草本植物，是當(dāng)今世界上重要的油料作物之一。向日葵種子含人體所必需的亞油酸、油酸以及少量的甾醇（固醇）、維生素E、磷脂、植物蠟及類胡蘿卜素等非皂化物。向日葵屬于生物治鹽堿作物之一[1]，能產(chǎn)果實(shí)葵花籽。由于我國西北地區(qū)的土地存在鹽堿化較嚴(yán)重的問題，如何開發(fā)利用這些鹽堿地和有效種植糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物，一直以來都是人們關(guān)注的問題。若要解決該問題，就要培育具有高抗能力的作物新品種。

向日葵是當(dāng)今世界第二大油料作物，西華師范大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室于2003年將向日葵種子經(jīng)過衛(wèi)星搭載后，經(jīng)過長達(dá)十余年的研究，在觀賞向日葵等方面選育了大量的新材料，并且在遺傳背景分析[2]和生理生化[3]等方面做了大量的基礎(chǔ)研究工作。然而，關(guān)于誘導(dǎo)向日葵的抗性研究方面則鮮見報(bào)道。 筆者研究了鹽脅迫對(duì)航天誘變向日葵生理生化指標(biāo)的影響，旨在為篩選抗鹽的向日葵新材料提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1

航天誘變種子。選取向日葵種子（去殼）若干，要求大小基本一致。

1.1.2 試劑。NaCl、蒸餾水等。

1.1.3 耗材與儀器。耗材有燒杯、玻璃棒、濾紙、1 000 mL容量瓶、直徑10 cm培養(yǎng)皿4個(gè)、10 mL量筒；儀器有分析天平、光照培養(yǎng)箱、恒溫培養(yǎng)箱、分光光度計(jì)等。

1.2 方法

1.2.1 培養(yǎng)皿的處理。

選用直徑為10 cm的玻璃培養(yǎng)皿，洗凈并置于烘箱中110 ℃殺菌后，內(nèi)放1層濾紙，用蒸餾水浸潤。

1.2.2 種子的處理。

用75%的乙醇消毒若干種子后立即用蒸餾水漂洗3次；在25 ℃無光照條件下，用蒸餾水浸泡向日葵種子8 h，再將種子放在培養(yǎng)皿中28 ℃下催芽48 h，選取發(fā)芽正常種子播種在泥土中，每天澆250 mL蒸餾水，每周澆50 mL Hoagland營養(yǎng)液1次。待2片真葉完全展開后進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.3 鹽溶液的配制。

分別配制0、0.3%、0.6%、0.9%、12%NaCl溶液。

1.2.4 幼苗的處理。

對(duì)照組處理3株幼苗，無重復(fù)；0.3%～1.2% NaCl，每個(gè)濃度處理3株，每株重復(fù)3次。前3 d用0.3%250 mL NaCl澆泥土盆，此后NaCl鹽濃度每3 d遞增0.3%，達(dá)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)的濃度后，每天定時(shí)、定量按預(yù)定鹽濃度澆灌。整個(gè)試驗(yàn)在夏日光照下進(jìn)行，其中有幾天下雨，所以試驗(yàn)結(jié)果存在一定的誤差。

1.2.5 生理生化指標(biāo)的測定。

選用生長點(diǎn)下第2或3葉位的葉片進(jìn)行測定。超氧化物歧化酶（SOD）采用NBT光化學(xué)還原法[4]測定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚比色法[5]測定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥法[6]測定；可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[7-8]測定；平均脯氨酸（Pro）含量采用酸性茚三酮比色法[9]測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 SOD活性

從圖1可以看出，在鹽濃度為0～06%時(shí)SOD活性達(dá)到最大值（486.35 U/g），而當(dāng)鹽濃度為0.6%～1.2%時(shí)，SOD活性急劇下降，當(dāng)鹽濃度為1.2%時(shí)，其活性降至最低值（104.9 U/g），SOD活性明顯低于對(duì)照組?？傮w來看，SOD活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。

2.2 POD活性

從圖2可以看出，當(dāng)鹽濃度為0～0.9%時(shí)POD活性緩慢上升，當(dāng)NaCl濃度為0.9%～1.2%時(shí)POD活性急劇上升?？傮w來看，POD活性呈現(xiàn)上升趨勢。

2.3 MDA含量

從圖3可以看出，當(dāng)NaCl濃度為0～09%時(shí)MDA含量隨鹽濃度的增加而降低，當(dāng)NaCl濃度為0.9%時(shí)，MDA含量達(dá)到最低值（71.19 nmol/g）。當(dāng)NaCl濃度為0.9%～1.2%時(shí)MDA含量隨鹽濃度的增加而上升?？傮w來看，MDA含量呈先穩(wěn)定后上升的趨勢。

2.4 可溶性蛋白含量

從圖4可以看出，當(dāng)NaCl濃度為0～0.9%時(shí)可溶性蛋白含量呈下降趨勢，當(dāng)NaCl濃度為09%時(shí)可溶性蛋白含量降至最低值（1.118 mg/g），當(dāng)NaCl濃度為0.9%～1.2%時(shí)呈上升趨勢?？扇苄缘鞍缀靠傮w上呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢。

2.5 Pro含量

從圖5可以看出，當(dāng)鹽濃度0～0.9%時(shí)Pro含量隨鹽濃度的增加而逐漸降低，當(dāng)NaCl濃度為0.9%時(shí)Pro含量降至最低值（225.3 μg/g）。當(dāng)NaCl濃度為0.9%～1.2%時(shí)，Pro含量隨NaCl濃度的增加而逐漸上升。總體來看，Pro含量呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。

3 討論與結(jié)論

SOD和POD對(duì)植物鹽脅迫有著重要的保護(hù)作用，主要表現(xiàn)在防止、中斷膜脂過氧化、保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)不受損傷等方面[10-11]。植物體內(nèi)的活性氧（ROS）在鹽脅迫環(huán)境下會(huì)被誘導(dǎo)產(chǎn)生，比如羥自由基（OH-）、過氧化氫（H2O2）和超氧陰離子（O2- ）等[12-13]。大部分植物SOD、POD活性的變化趨勢總體呈現(xiàn)為在低鹽濃度下上升，高鹽濃度下下降。

SOD有利于清除植物在鹽脅迫下產(chǎn)生的自由基，防止膜脂過氧化，所以SOD活性在一定程度上反映向日葵在該條件下的適應(yīng)能力。鹽脅迫對(duì)植物葉片中SOD活性的影響已在沙棗[14]、葡萄[15]、阿月渾子[16]等植物上進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，水稻葉片中的SOD活性隨著鹽脅迫強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的變化，在一定的范圍內(nèi)呈正相關(guān)[17]。Horemans等[18]研究表明，在鹽脅迫下水稻葉綠體內(nèi)總SOD活性下降，APX活性呈先升后降的趨勢，其研究結(jié)果大都與該試驗(yàn)的結(jié)果一致。該試驗(yàn)中，SOD活性在鹽濃度0～0.6%的范圍內(nèi)上升到最大值后，再在0.6%～1.2%的鹽濃度范圍內(nèi)，SOD活性急劇下降。SOD活性下降的原因可能是高濃度的鹽濃度下SOD受到傷害，導(dǎo)致其活性下降，保護(hù)細(xì)胞膜不受到過氧化作用的能力降低[19]。POD可使體內(nèi)某些氧化酶的毒性產(chǎn)物H2O2分解并阻止其對(duì)膜脂的攻擊而發(fā)生過氧化作用。研究表明，水稻葉片中的POD活性隨著鹽脅迫強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的變化，在一定的范圍內(nèi)表現(xiàn)出正相關(guān)[17]，這與該試驗(yàn)結(jié)果類似，該試驗(yàn)中POD的活性在0～0.9%的NaCl濃度下緩慢上升，0.9%～1.2% NaCl濃度下急劇上升，可能是在高濃度鹽溶液的脅迫下為防止膜脂過氧化程度而導(dǎo)致POD活性急劇上升。這說明低鹽濃度對(duì)航天誘變向日葵的影響不大，在高鹽脅迫下航天誘變向日葵會(huì)做出明顯的應(yīng)激反應(yīng)。

過氧化物丙二醛（MDA）作為膜脂過氧化的主要產(chǎn)物之一，膜損傷程度的大小與其含量有關(guān)[6]。在鹽脅迫下，隨著鹽脅迫強(qiáng)度增加MDA含量在一定范圍內(nèi)也呈現(xiàn)上升趨勢，這種現(xiàn)象已在蘋果，板栗等植物中觀察到[20]，但對(duì)其他植物（如黃瓜）的研究認(rèn)為鹽脅迫引起膜通透性增加的同時(shí)，MDA的含量卻減少[21]。該試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同的鹽脅迫下，向日葵的MDA含量總體變化趨勢呈現(xiàn)為先穩(wěn)定后上升，并未出現(xiàn)直線增加或減少的單一變化趨勢。龔明等[22]研究表明，在不存在鹽脅迫和鹽脅迫初期，耐鹽的大麥比不耐鹽的小麥具有更高的MDA含量，因此典型的耐鹽植物以及可以遺傳的抗鹽性植物可能受制于各自遺傳特性的控制，從而維持高鹽環(huán)境下長期脅迫下和鹽誘導(dǎo)下所形成的獨(dú)特的生理代謝機(jī)制，甚至在較平穩(wěn)的低鹽脅迫下或沒鹽脅迫下也表現(xiàn)出來，即保持較高的MDA、SOD、Pro水平，而膜脂透性卻處于較低水平[23]。該試驗(yàn)中，在0～0.9%的NaCl濃度下，植物葉片細(xì)胞內(nèi)的各種保護(hù)機(jī)制可使MDA含量維持在一定的水平波動(dòng)，但脅迫強(qiáng)度超過特定的閾值（0.9%～1.2%）時(shí)，細(xì)胞內(nèi)代謝失調(diào)，自由基積累，膜質(zhì)過氧化作用加大，造成MDA的積累，呈上升趨勢，因此向日葵的MDA含量總體變化趨勢呈現(xiàn)為先穩(wěn)定后上升。

可溶性蛋白是鹽脅迫條件下植物細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)劑之一，平衡原生質(zhì)體內(nèi)外的滲透壓、降低細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的滲透勢等大部分依賴于可溶性蛋白在植物細(xì)胞內(nèi)的積累[24-25]。目前，有關(guān)可溶性蛋白作為抗鹽指標(biāo)的研究比較少。趙曼利等[26]研究表明焦健在不同品種油橄欖抗鹽性生理指標(biāo)中證明隨著NaCl脅迫的加劇可溶性蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)先升后降的趨勢，但在該試驗(yàn)中可溶性蛋白含量的變化趨勢是先下降后上升，在0～0.9%的鹽濃度范圍內(nèi)其含量呈下降趨勢，可能是因?yàn)辂}脅迫條件下，可溶性蛋白的分解加速，分解成各種氨基酸，以降低葉片的滲透勢，促進(jìn)植物對(duì)水分的吸收，降低鹽害程度；在0.9%～1.2%的鹽濃度范圍內(nèi)呈上升趨勢，可能是在高濃度鹽脅迫下，細(xì)胞膜受損，膜蛋白轉(zhuǎn)化為可溶性蛋白，從而導(dǎo)致可溶性蛋白含量增加[27]。二者的抗鹽機(jī)制的不同，前者主要積累蛋白質(zhì)抵抗鹽脅迫，后者主要積累氨基酸抵御鹽脅迫。

脯氨酸（Pro）是鹽脅迫下向日葵的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一[28]。大量研究表明，當(dāng)向日葵幼苗處于鹽脅迫下時(shí)，其體內(nèi)的脯氨酸含量會(huì)明顯增高[29-30]。在0.9%～1.2%NaCl脅迫下，脯氨酸含量是隨鹽濃度增加而增加，但在0～0.9%NaCl脅迫下脯氨酸的含量隨脅迫的增加卻減少，可能是向日葵適應(yīng)鹽漬環(huán)境的結(jié)果。因?yàn)楦彼岱e累與耐鹽程度呈負(fù)相關(guān)[31-32]，因此認(rèn)為鹽脅迫對(duì)向日葵造成的傷害是導(dǎo)致脯氨酸積累的原因[33-34]，脯氨酸的積累是植物受到逆境傷害的征兆。Rye等[35]認(rèn)為脯氨酸的積累是耐鹽的原因，而不是鹽脅迫下的偶然結(jié)果。向日葵在鹽脅迫下，體內(nèi)的生理生化活動(dòng)受到干擾，同時(shí)它本身也通過調(diào)節(jié)自身代謝來做出反應(yīng)，脯氨酸的積累正是這一種響應(yīng)，它既可能是向日葵的適應(yīng)性，也可能是向日葵葉片細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能受損的表現(xiàn)[36]。該試驗(yàn)中，在0～0.9%NaCl脅迫下脯氨酸的減少可能是向日葵適應(yīng)鹽漬環(huán)境的結(jié)果，隨著鹽濃度的增高（0.9%～12%NaCl），高濃度的鹽下向日葵葉片細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能受到損傷，蛋白質(zhì)合成受阻而蛋白質(zhì)分解加強(qiáng)，導(dǎo)致向日葵葉片內(nèi)脯氨酸增加。

綜上所述，NaCl脅迫對(duì)航天誘變向日葵植株的生長及其體內(nèi)生理活動(dòng)過程產(chǎn)生了一系列影響，包括SOD、POD活性的升高，MDA含量先穩(wěn)定后上升，可溶性蛋白的分解與生成，脯氨酸的含量先下降后上升，引起的一系列反應(yīng)主要是由于航天誘變向日葵適應(yīng)鹽漬環(huán)境的表現(xiàn)，所以試驗(yàn)結(jié)果表明航天誘變向日葵可以在較高濃度的鹽地里能正常生長，從而推進(jìn)我國西北鹽堿地區(qū)的開發(fā)和利用。但由于航天誘變向日葵耐鹽性的機(jī)制十分復(fù)雜，僅從某一側(cè)面或某些層次去研究航天誘變向日葵的耐鹽能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，航天誘變向日葵的耐鹽表現(xiàn)也是多方面的。添加一些外源物質(zhì)可能對(duì)某一些航天誘變向日葵的抗鹽性有一定的作用，有可能對(duì)一些航天誘變向日葵沒有作用；而航天誘變技術(shù)也存在品質(zhì)、產(chǎn)量和抗性間不協(xié)調(diào)現(xiàn)象以及誘變基因能否遺傳表達(dá)的問題等。因此，需要對(duì)航天誘變向日葵的耐鹽機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步深入研究。

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