外源鈣鹽對(duì)鹽脅迫下沙拐棗滲透調(diào)節(jié)和膜脂過(guò)氧化的影響

王文銀， 高小剛， 司曉林， 徐當(dāng)會(huì)

蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 甘肅 蘭州 730000

外源鈣鹽對(duì)鹽脅迫下沙拐棗滲透調(diào)節(jié)和膜脂過(guò)氧化的影響

王文銀， 高小剛， 司曉林， 徐當(dāng)會(huì)*

蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 甘肅 蘭州 730000

為了解外源鈣對(duì)緩解沙拐棗(Calligonummongolicum)鹽脅迫的主要生理機(jī)制，采用盆栽法探究在0、100、200 mmolL的NaCl脅迫下，分別添加5、10、15和20 mmolL的Ca(NO3)2對(duì)沙拐棗同化枝中w(脯氨酸)、丙二醛含量、w(可溶性蛋白)、w(可溶性糖)的影響. 結(jié)果表明，單獨(dú)添加Ca(NO3)2使沙拐棗同化枝內(nèi)w(脯氨酸)、丙二醛含量、w(可溶性蛋白)以及w(可溶性糖)增加，即Ca(NO3)2對(duì)沙拐棗的生長(zhǎng)造成了脅迫. 對(duì)w(脯氨酸)、丙二醛含量、w(可溶性蛋白)、w(可溶性糖)來(lái)說(shuō)，NaCl和Ca(NO3)2之間均存在極顯著的交互作用，與對(duì)照相比，在c(NaCl)分別為100、200 mmolL，添加c〔Ca(NO3)2〕為10、20 mmolL時(shí)，w(脯氨酸)顯著增加，分別達(dá)到最大值(736.7、1 086.3 μgg)；丙二醛含量分別降低了37.8%和40.5%，w(可溶性蛋白)以及w(可溶性糖)均增加. 總之，適宜濃度的鈣鹽通過(guò)增加滲透物質(zhì)w(脯氨酸)、w(可溶性蛋白)及w(可溶性糖)，降低丙二醛的含量來(lái)有效緩解鹽脅迫對(duì)沙拐棗幼苗產(chǎn)生的傷害，當(dāng)c(NaCl)c〔Ca(NO3)2〕為10∶1時(shí)，緩解作用最佳，并且鈣鹽對(duì)沙拐棗鹽脅迫的緩解屬于抗性誘導(dǎo)的調(diào)節(jié)作用.

沙拐棗； 外源鈣； 鹽脅迫； 脯氨酸； 丙二醛； 可溶性蛋白

土壤荒漠化對(duì)人類(lèi)的生存與發(fā)展造成了很大程度的影響，據(jù)報(bào)道，我國(guó)大約有25%的土地受到荒漠化的影響. 我國(guó)還存在大面積的潛在荒漠化土地，而土壤鹽漬化是造成土壤荒漠化的主要原因之一，大量開(kāi)發(fā)和利用荒漠化土地，對(duì)荒漠化土地的利用以及環(huán)境的改善都具有現(xiàn)實(shí)的意義[1]. 面對(duì)土壤荒漠化，可通過(guò)采取化學(xué)方法或者水土管理的方法對(duì)其土壤鹽漬化進(jìn)行緩解，但需投入大量的財(cái)力以及人力，所需的成本較高，因此培育出抗鹽的優(yōu)勢(shì)種是改良鹽漬化土地有效的方法之一[2]. 同樣土壤鹽漬化及沙化是世界范圍內(nèi)影響植物生長(zhǎng)發(fā)展的主要影響因子，許多研究學(xué)者試圖通過(guò)篩選耐鹽抗旱的優(yōu)良物種來(lái)使其適應(yīng)環(huán)境，便于在嚴(yán)酷的條件下生長(zhǎng)，進(jìn)而達(dá)到改善環(huán)境的目的. 對(duì)植物耐鹽機(jī)理的了解和認(rèn)識(shí)是成功培育優(yōu)良耐鹽品種的前提和基礎(chǔ).

在鹽脅迫條件下，植物通過(guò)積累體內(nèi)滲透物質(zhì)脯氨酸的含量以緩解鹽脅迫，因此，脯氨酸在植物細(xì)胞適應(yīng)鹽脅迫的過(guò)程中有重要的作用[3]. 鹽分可以使植物細(xì)胞膜的滲透性增加，膜脂過(guò)氧化增強(qiáng)；丙二醛是膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，其含量可以表征膜損壞的程度[4]. 在水分不足的地方，如荒漠地區(qū)以及鹽脅迫的條件下，植物能否維持自身正常的生長(zhǎng)狀況，關(guān)鍵在于能否保持體內(nèi)的水分平衡，一種重要的生理調(diào)節(jié)機(jī)制就是在水分脅迫時(shí)增加可溶性糖的積累，提高溶質(zhì)的濃度，降低植物體的滲透勢(shì)來(lái)抵御逆境傷害，維持正常的生存與生長(zhǎng)[5- 6]. 對(duì)植物而言，Ca元素不僅僅是植物生長(zhǎng)必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，同時(shí)還是偶聯(lián)胞外信號(hào)與胞內(nèi)生理反應(yīng)的第二信使[5]，鈣離子參與鹽、干旱、高溫、低溫、弱光等帶給植物的脅迫信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與胞內(nèi)Ca2+濃度的變化及鈣依賴(lài)型相關(guān)蛋白質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式有關(guān)[7- 8]，是植物代謝和發(fā)育的主要調(diào)控者. 適量的Ca可以降低質(zhì)膜透性，調(diào)節(jié)胞內(nèi)外Na+K+的比例，從而提高植物的抗鹽性，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，因此研究Ca與植物耐鹽相關(guān)性具有重要意義. 近些年來(lái)許多學(xué)者[9- 10]認(rèn)為，通過(guò)Ca2+通道及Ca2+泵的變化使植物細(xì)胞中鈣離子濃度發(fā)生變化，進(jìn)一步改變鹽脅迫信號(hào)，主要從所施外源鈣的種類(lèi)以及濃度方面進(jìn)行對(duì)植物鹽脅迫下光合作用、離子代謝、滲透調(diào)節(jié)等生理代謝過(guò)程的緩解作用進(jìn)行了研究. Ca對(duì)植物的緩解作用主要與細(xì)胞膜的穩(wěn)定性、根系對(duì)Na+的吸收以及抗氧化酶對(duì)植物的保護(hù)作用相關(guān)[11- 12]，沙拐棗(Calligonummongolicum)是蓼科(Polygonaceae)沙拐棗屬(Calligonum)落葉灌木，能在極端嚴(yán)酷的荒漠環(huán)境中生長(zhǎng)，具有抗風(fēng)蝕、耐沙割、抗干旱、耐沙埋、耐貧瘠、枝條茂密、萌蘗力強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)等特性，具有良好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益[13]. 因此，沙拐棗已成為荒漠化植被恢復(fù)和重建、防風(fēng)固沙林建設(shè)中的首選樹(shù)種. 近些年來(lái)對(duì)沙拐棗的研究主要涉及其生理指標(biāo)、光合特性指標(biāo)[14]、水分生理特征[15]及種子萌發(fā)[16]等方面，王靜靜等[17]對(duì)鹽脅迫下鈣鹽的添加對(duì)沙拐棗株高及光合指標(biāo)進(jìn)行了研究，但對(duì)Ca的緩解作用中起主要作用的是抗性誘導(dǎo)還是營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)這一問(wèn)題難以回答. 為了探討外源鈣緩解植物鹽脅迫傷害的主要生理機(jī)制，該研究以沙拐棗為對(duì)象，通過(guò)在不同鹽脅迫濃度下添加不同濃度Ca(NO3)2的方法，分析提高沙拐棗耐鹽性的生理因素，以期為進(jìn)一步研究鈣與植物耐鹽相關(guān)性提供參考.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)處理

試驗(yàn)于2016年3—8月在蘭州大學(xué)溫室大棚(避雨)內(nèi)進(jìn)行，選擇大小一致的沙拐棗苗進(jìn)行移栽至180 mm×270 mm的塑料花盆內(nèi)，每個(gè)花盆移栽1株，定期對(duì)其進(jìn)行澆水，使其生長(zhǎng)適應(yīng)之后，在發(fā)芽后于6月2日開(kāi)始NaCl處理和Ca(NO3)2處理，每隔7 d進(jìn)行一次處理. 盆栽所用土壤為自然生境下的黃土，土壤中w(TN)為0.18 gkg，w(TP)為0.46 gkg，w(速效氮)為17.76 mgkg，w(速效磷)為2.04 mgkg，w(Na+)和w(Ca2+)分別為1.08、0.38 gkg，pH為7.51. 參考Kawasaki等[18- 19]的相關(guān)研究，試驗(yàn)設(shè)15個(gè)處理，不添加NaCl和Ca(NO3)2作為對(duì)照，100、200 mmolL NaCl處理，5、10、15、20 mmolL Ca(NO3)2處理，100、200 mmolL NaCl分別與5、10、15、20 mmolL Ca(NO3)2交互處理，上述濃度均為一次處理用量，每個(gè)處理重復(fù)4次. 8月3日處理結(jié)束后，采集單株植物個(gè)體上的同化枝，立即放入冰盒中，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)定.

1.2 同化枝內(nèi)相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定

同化枝中w(脯氨酸)、丙二醛含量、w(可溶性蛋白)、w(可溶性糖)的測(cè)定方法見(jiàn)文獻(xiàn)[20].

1.2.1w(脯氨酸)的測(cè)定

稱(chēng)取沙拐棗同化枝樣品0.5 g，加入5 mL 3%磺基水楊酸，沸水浴10 min，冷卻后 5 000 rmin離心5 min. 吸取2 mL上清液，再加2 mL冰醋酸和2 mL酸性茚三酮，沸水浴30 min，冷卻后加4 mL甲苯，靜置片刻，以甲苯為對(duì)照，520 nm波長(zhǎng)下進(jìn)行比色.

1.2.2 丙二醛含量的測(cè)定

稱(chēng)取沙拐棗同化枝0.5 g，用6 mL 5% TCA(三氯乙酸)，3 000 rmin 離心10 min后，取2 mL上清液，加0.67% TBA(硫代巴比妥酸)2 mL，沸水浴15 min，迅速冷卻，分別在450、532、600 nm波長(zhǎng)下進(jìn)行比色，測(cè)定吸光度值，計(jì)算丙二醛含量.

1.2.3w(可溶性蛋白)的測(cè)定

稱(chēng)取沙拐棗同化枝0.5 g于預(yù)冷的研缽中用5 mL蒸餾水進(jìn)行研磨后，轉(zhuǎn)移至離心管中，以 8 000 rmin 的速度離心5 min，吸取1 mL上清液，加入5 mL 100 mgL的考馬斯亮藍(lán)G- 250試劑，混勻后靜止5 min，在595 nm波長(zhǎng)下進(jìn)行比色.

1.2.4w(可溶性糖)的測(cè)定

稱(chēng)取沙拐棗同化枝0.2 g，用12 mL蒸餾水研磨，沸水浴中煮沸20 min，以 8 000 rmin 的速度離心5 min，吸取0.2 mL上清液于玻璃管中，加0.8 mL蒸餾水及5 mL蒽酮，煮沸10 min，冷卻至室溫后在630 nm波長(zhǎng)下進(jìn)行比色.

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件用單因素方差分析的方法進(jìn)行分析處理，對(duì)NaCl與鈣鹽同時(shí)添加時(shí)沙拐棗同化枝中各指標(biāo)的含量進(jìn)行雙因素方差分析，用最小顯著差(Duncan中P=0.05)表示各處理之間的差異性，采用Origin 9.0軟件作圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 外源鈣對(duì)鹽脅迫下沙拐棗同化枝中w(脯氨酸)的影響

c〔Ca(NO3)2〕(mmolL)：1—0；2—5；3—10；4—15；5—20.注：相同NaCl處理不同鈣鹽處理間不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05). 下同. 圖1 Ca(NO3)2對(duì)沙拐棗同化枝中w(脯氨酸)的影響Fig.1 Effect of Ca(NO3)2 on proline content in assimilating shoots of Calligonum mongolicum

由圖1可見(jiàn)，在沒(méi)有Ca(NO3)2交互處理時(shí)，隨著c(NaCl)的增加，沙拐棗同化枝中的c(脯氨酸)也逐漸增大，當(dāng)c(NaCl)分別為100和200 mmolL時(shí)，w(脯氨酸)分別比對(duì)照高475.8%、801.0%. 由此可

見(jiàn)，鹽脅迫后沙拐棗受到滲透脅迫的傷害可以通過(guò)在同化枝內(nèi)產(chǎn)生脯氨酸進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，進(jìn)而緩解脅迫傷害. 在沒(méi)有NaCl脅迫的條件下，單獨(dú)添加Ca(NO3)2時(shí)，隨著c〔Ca(NO3)2〕的增大，沙拐棗同化枝中w(脯氨酸) 也逐漸增大，可以看出，Ca(NO3)2影響了沙拐棗的生長(zhǎng)，對(duì)沙拐棗的生長(zhǎng)產(chǎn)生了脅迫.

不僅NaCl、Ca(NO3)2處理會(huì)對(duì)沙拐棗同化枝中w(脯氨酸)造成顯著差異，同時(shí)二者間還存在極顯著(P<0.01)的交互作用(見(jiàn)表1). 當(dāng)c(NaCl)為100 mmolL時(shí)，隨著施加c〔Ca(NO3)2〕的增加，w(脯氨酸)呈先上升后下降的趨勢(shì)，且不同處理之間差異顯著(見(jiàn)圖1)；當(dāng)c〔Ca(NO3)2〕為10 mmolL時(shí)，同化

表1 不同濃度Ca(NO3)2與NaCl添加對(duì)w(脯氨酸)交互作用的分析結(jié)果

注：1)R2= 0.931，調(diào)整的R2=0.909.

枝內(nèi)所積累的w(脯氨酸)達(dá)到最大值736.7 μgg，在20 mmolL Ca(NO3)2時(shí)降到最低，低于同等c(NaCl)處理下未添加Ca(NO3)2的沙拐棗同化枝內(nèi)的w(脯氨酸)；當(dāng)c(NaCl)為200 mmolL時(shí)，添加c〔Ca(NO3)2〕 為20 mmolL時(shí)，植物體內(nèi)w(脯氨酸)達(dá)到最高1 086.3 μgg，與同等c(NaCl)處理下未添加c〔Ca(NO3)2〕的沙拐棗同化枝內(nèi)的w(脯氨酸)相比增加了45.6%.

2.2 外源鈣對(duì)鹽脅迫下沙拐棗同化枝中丙二醛含量的影響

由圖2可知，在未添加Ca(NO3)2的情況下，丙二醛含量隨外界c(NaCl)的增加呈逐漸上升的趨勢(shì). 無(wú)NaCl處理的情況下，沙拐棗同化枝內(nèi)丙二醛含量隨著外界c〔Ca(NO3)2〕的增加呈下降趨勢(shì)，當(dāng)濃度達(dá)到10 mmolL之后，丙二醛含量的變化不顯著. NaCl與Ca(NO3)2同時(shí)添加對(duì)沙拐棗同化枝中丙二醛含量的影響存在極顯著的(P<0.01)交互作用(見(jiàn)表2). 在c(NaCl)為100 mmolL、c〔Ca(NO3)2〕為10 mmolL時(shí)，沙拐棗同化枝內(nèi)的丙二醛含量降到最低，與同c(NaCl)處理下未添加Ca(NO3)2的沙拐棗同化枝相比，丙二醛含量降低了49.0%，與對(duì)照相比降低了37.8%；當(dāng)c(NaCl)為200 mmolL、添加不同濃度的Ca(NO3)2時(shí)，沙拐棗同化枝內(nèi)丙二醛含量呈先升后降的趨勢(shì)，但均低于同等NaCl處理時(shí)的含量，當(dāng)c〔Ca(NO3)2〕為20 mmolL時(shí)，丙二醛含量降到最低，與對(duì)照相比降低了40.5%. 說(shuō)明Ca(NO3)2可以通過(guò)促進(jìn)植物體內(nèi)丙二醛的代謝來(lái)緩解鹽脅迫，當(dāng)c(NaCl) 為100 mmolL時(shí)，10 mmolL的Ca(NO3)2緩解作用最佳，當(dāng)c(NaCl)為200 mmolL時(shí)，20 mmolL 的Ca(NO3)2緩解作用最佳.

c〔Ca(NO3)2〕(mmolL)：1—0；2—5；3—10；4—15；5—20.圖2 Ca(NO3)2對(duì)沙拐棗同化枝中丙二醛含量的影響Fig.2 Effect of Ca(NO3)2 on MDA content in assimilating shoots of Calligonum mongolicum

表2 不同濃度Ca(NO3)2與NaCl添加對(duì)丙二醛含量交互作用的分析結(jié)果

注：1)R2= 0.772，調(diào)整的R2= 0.701.

2.3 外源鈣對(duì)鹽脅迫下沙拐棗同化枝中w(可溶性蛋白)的影響

由圖3可以看出，單獨(dú)NaCl處理時(shí)，w(可溶性蛋白)隨著鹽濃度的增加而上升，單獨(dú)不同Ca(NO3)2處理時(shí)，沙拐棗同化枝內(nèi)w(可溶性蛋白)均高于對(duì)照，說(shuō)明NaCl和Ca(NO3)2單獨(dú)處理時(shí)，對(duì)沙拐棗的生長(zhǎng)均產(chǎn)生脅迫，導(dǎo)致同化枝內(nèi)w(可溶性蛋白)的增加.

c〔Ca(NO3)2〕(mmolL)：1—0；2—5；3—10；4—15；5—20.圖3 Ca(NO3)2對(duì)沙拐棗同化枝中w(可溶性蛋白)的影響Fig.3 Effect of Ca(NO3)2 on soluble protein content in assimilating shoots of Calligonum mongolicum

NaCl和Ca(NO3)2的交互處理對(duì)沙拐棗中w(可溶性蛋白)的影響存在極顯著(P<0.01)的交互作用(見(jiàn)表3). 當(dāng)NaCl和Ca(NO3)2交互處理時(shí)，在同等的NaCl的處理下添加Ca(NO3)2，不論鈣鹽濃度的高低，w(可溶性蛋白)均高于NaCl處理，c(NaCl)為100 mmolL時(shí)，各處理之間不存在顯著性差異，c(NaCl)為200 mmolL、c〔Ca(NO3)2〕高于10 mmolL時(shí)，w(可溶性蛋白)顯著高于NaCl處理下的含量.

2.4 外源鈣對(duì)鹽脅迫下沙拐棗同化枝中w(可溶性糖)的影響

由圖4可以看出，不同NaCl處理時(shí)w(可溶性糖)均低于對(duì)照，在無(wú)NaCl作用時(shí)，同化枝中w(可溶性糖)隨c〔Ca(NO3)2〕的增加呈先增大后減小的趨勢(shì). NaCl和Ca(NO3)2的交互處理對(duì)沙拐棗中w(可溶性糖)的影響存在極顯著(P<0.01)的交互作用(見(jiàn)表4). 當(dāng)NaCl和Ca(NO3)2交互處理時(shí)，在同等NaCl的處理下添加Ca(NO3)2，w(可溶性糖)隨c〔Ca(NO3)2〕的增加先增大后減小，其值均高于NaCl處理所對(duì)應(yīng)的含量，c(NaCl)為100 mmolL時(shí)，添加不同的c〔Ca(NO3)2〕，各處理之間不存在顯著性差異，當(dāng)c〔Ca(NO3)2〕為10 mmolL時(shí)，w(可溶性糖)最大；c(NaCl)為200 mmolL、c〔Ca(NO3)2〕為20 mmolL時(shí)，w(可溶性糖)顯著高于同等NaCl處理下的含量，并且在同組之間達(dá)到最大.

表3 不同濃度Ca(NO3)2與NaCl添加對(duì)w(可溶性蛋白)交互作用的分析結(jié)果

注：1)R2= 0.859，調(diào)整的R2= 0.815.

c〔Ca(NO3)2〕(mmolL)：1—0；2—5；3—10；4—15；5—20.圖4 Ca(NO3)2對(duì)沙拐棗同化枝中w(可溶性糖)的影響Fig.4 Effect of Ca(NO3)2 on soluble sugar content in assimilating shoots of Calligonum mongolicum

3 討論

3.1 鈣鹽對(duì)鹽脅迫下w(脯氨酸)的影響

Ca是植物生長(zhǎng)所必需的元素，能夠維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，調(diào)控細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的運(yùn)輸，也可以作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)物質(zhì)，參與植物細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的傳遞[21]. 該研究分析了不同濃度Ca(NO3)2的添加對(duì)NaCl脅迫下沙拐棗生化指標(biāo)的緩解作用，結(jié)果表明，隨著c(NaCl) 的增加，w(脯氨酸)呈上升趨勢(shì)(見(jiàn)圖1)，這與王康等[22]的研究結(jié)果一致，當(dāng)c(NaCl)大于200 mmolL，同化枝中w(脯氨酸)是否會(huì)下降還有待進(jìn)一步研究. NaCl可以產(chǎn)生滲透脅迫，影響植物對(duì)水分的吸收，從而導(dǎo)致生理干旱，脯氨酸是可溶性物質(zhì)，是植物體內(nèi)組成蛋白質(zhì)的主要成分之一，以游離的狀態(tài)廣泛存在于植物體內(nèi)，因此植物可以通過(guò)累積脯氨

表4 不同濃度Ca(NO3)2與NaCl添加對(duì)w(可溶性糖)交互作用的分析結(jié)果

注：1)R2=0.883，調(diào)整的R2=0.846.

酸來(lái)緩解外界鹽的脅迫. 隨著外界鹽濃度的增加，植物需要自身積累更多的脯氨酸來(lái)緩解鹽脅迫. NaCl之所以能使植物體內(nèi)w(脯氨酸)增加，可能的原因是NaCl促進(jìn)了P5CS基因的表達(dá)[21]，單獨(dú)添加Ca(NO3)2使w(脯氨酸)顯著增加，說(shuō)明單獨(dú)添加Ca(NO3)2對(duì)植物造成了脅迫，NaCl脅迫下添加Ca(NO3)2可以提高沙拐棗同化枝中w(脯氨酸)，這一結(jié)果與NaCl脅迫下加鈣對(duì)青錢(qián)柳[23]、山茱萸[24]的研究結(jié)果一致，當(dāng)NaCl與Ca(NO3)2交互處理時(shí)，存在極顯著的交互作用(見(jiàn)表1)，且添加Ca(NO3)2可以通過(guò)增加w(脯氨酸)來(lái)緩解鹽脅迫對(duì)沙拐棗的傷害，當(dāng)c(NaCl)為100 mmolL、c〔Ca(NO3)2〕為10 mmolL時(shí)，緩解效果最佳，當(dāng)c(NaCl)為200 mmolL時(shí)，添加20 mmolL Ca(NO3)2的效果最佳，因此可以看出Ca(NO3)2的緩解作用并非Ca(NO3)2濃度越高緩解作用越好，當(dāng)c(NaCl)不同時(shí)，達(dá)到最佳緩解作用所需c〔Ca(NO3)2〕也不同. 添加Ca(NO3)2之所以能促進(jìn)脯氨酸含量的增加，可能是Ca2+誘導(dǎo)了P5CS基因的表達(dá)，也有可能是NO3-參與了脯氨酸的另一條合成路徑，經(jīng)硝酸還原酶和亞硝酸還原酶的作用將NO3-還原成NH4+，NH4+促進(jìn)鳥(niǎo)氨酸和精氨酸的合成[21]，從而促進(jìn)脯氨酸的積累，也有可能是兩者共同的結(jié)果，沙拐棗同化枝中w(脯氨酸)的增加還有待進(jìn)一步進(jìn)行研究.

3.2 鈣鹽對(duì)鹽脅迫下丙二醛含量的影響

植物在衰老或逆境條件下，通常會(huì)發(fā)生膜脂過(guò)氧化反應(yīng)，丙二醛是膜脂過(guò)氧化反應(yīng)的最終分解產(chǎn)物，丙二醛含量的多少可以衡量植物細(xì)胞膜的氧化損壞程度. 在NaCl脅迫下，沙拐棗體內(nèi)丙二醛含量增加說(shuō)明NaCl脅迫導(dǎo)致沙拐棗細(xì)胞膜氧化受損，這一結(jié)果與YANG等[25]對(duì)白刺的研究結(jié)果一致. 在單獨(dú)Ca(NO3)2處理時(shí)，丙二醛的含量隨鈣鹽濃度的增加而降低，100、200mmolL NaCl處理時(shí)，添加Ca(NO3)2可以使植物體內(nèi)丙二醛含量降低(見(jiàn)圖2)，說(shuō)明Ca(NO3)2可以緩解NaCl脅迫對(duì)沙拐棗細(xì)胞膜的損壞，當(dāng)c(NaCl)為100 mmolL時(shí)，10 mmolLCa(NO3)2緩解作用最佳，當(dāng)c(NaCl)為200 mmolL、c〔Ca(NO3)2〕 為20 mmolL時(shí)緩解作用最佳. 說(shuō)明并非添加Ca(NO3)2的濃度越高越好，鈣鹽濃度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使Ca(NO3)2的緩解作用下降，這與程玉靜等[26]對(duì)黃瓜的研究結(jié)果一致. 當(dāng)c(NaCl)c〔Ca(NO3)2〕為10∶1時(shí)，Ca(NO3)2對(duì)沙拐棗同化枝中丙二醛的緩解作用最好. 在NaCl脅迫下，植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧物質(zhì)，包括O2-、OH-等，引起氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致植物細(xì)胞膜過(guò)氧化損傷，導(dǎo)致丙二醛含量的上升，適宜的c〔Ca(NO3)2〕能降低NaCl脅迫下植物體內(nèi)丙二醛的含量，究其原因：①添加外源鈣，生成的Ca2+對(duì)細(xì)胞膜的保護(hù)作用，緩解了NaCl對(duì)細(xì)胞膜的傷害，進(jìn)而導(dǎo)致丙二醛含量的降低；②Ca(NO3)2的添加除了引進(jìn)Ca2+還引進(jìn)了NO3-，引進(jìn)的NO3-可以促進(jìn)沙拐棗同化枝中w(脯氨酸)的累積，w(脯氨酸)的增加有助于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)的消耗，維持了細(xì)胞中NADP+NADPH比例的平衡，約束了活性氧的累積，進(jìn)而降低了丙二醛的含量[27].

3.3 鈣鹽對(duì)鹽脅迫下w(可溶性蛋白)和w(可溶性糖)影響

圖3表明，隨著鹽濃度的增加，沙拐棗同化枝中w(可溶性蛋白)增加，這與李?lèi)偟萚28]對(duì)翅堿蓬的研究結(jié)果一致，這表明鹽脅迫條件增強(qiáng)了植物細(xì)胞中蛋白質(zhì)的合成代謝，促進(jìn)更多蛋白質(zhì)的合成參與滲透調(diào)節(jié)，使植物適應(yīng)鹽脅迫，以便更好的生長(zhǎng). 楊少輝等[29- 30]認(rèn)為，植物在鹽脅迫下會(huì)合成新的蛋白質(zhì)，在逆境條件下，鹽脅迫蛋白與細(xì)胞壁糖蛋白的作用相同，認(rèn)為鹽脅迫蛋白的增加是植物的一種自我保護(hù)的作用，Ca2+作為植物體內(nèi)第二信使，它與鈣調(diào)蛋白質(zhì)結(jié)合形成有活性的 Ca2+-CaM 復(fù)合體，進(jìn)行調(diào)控細(xì)胞內(nèi)一系列生理生化過(guò)程. 筆者研究表明，與對(duì)照相比，只添加Ca(NO3)2時(shí)，同化枝中w(可溶性蛋白)隨著鹽濃度的增加先降低后增加，而在不同濃度NaCl脅迫下，添加不同濃度的Ca(NO3)2，同化枝中w(可溶性蛋白)均高于同等NaCl處理中的含量，表明Ca2+參與了鹽脅迫信號(hào)傳導(dǎo)的過(guò)程和蛋白質(zhì)合成的過(guò)程，在緩解鹽對(duì)植株的脅迫傷害中發(fā)揮著重要作用. 鹽脅迫處理時(shí)，沙拐棗同化枝中w(可溶性糖)大幅度的降低，這與李姝睿[31]對(duì)蕓豆的研究結(jié)果一致，w(可溶性糖)減低的原因可能是隨鹽濃度升高，導(dǎo)致植物體內(nèi)Cl-濃度增加，使植物體內(nèi)發(fā)生陰離子的競(jìng)爭(zhēng)，磷酸在體內(nèi)大量地積累，影響了光合作用的正常進(jìn)行，使得呼吸作用增強(qiáng)，進(jìn)而使細(xì)胞中糖分被消耗[31].

4 結(jié)論

a) 在鹽脅迫下，添加適當(dāng)濃度的Ca(NO3)2可提高沙拐棗同化枝中w(脯氨酸)，降低丙二醛的含量，提高w(可溶性蛋白)和w(可溶性糖)；鹽脅迫啟動(dòng)了鈣信號(hào)的表達(dá)，刺激植物產(chǎn)生一系列的應(yīng)激反應(yīng)來(lái)適應(yīng)鹽脅迫，降低膜脂過(guò)氧化反應(yīng)，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，增強(qiáng)蛋白質(zhì)的合成代謝，緩解作用最佳，過(guò)低的鈣濃度緩解作用不夠，因此同過(guò)高的鈣濃度一樣，反而對(duì)植物造成傷害.

b) 施用Ca(NO3)2可以在一定程度上緩解鹽脅迫對(duì)沙拐棗生理指標(biāo)的影響，其中當(dāng)c(NaCl)c〔Ca(NO3)2〕 為10∶1時(shí)濃度最為適宜，并且鈣鹽對(duì)鹽脅迫的緩解作用是由抗性誘導(dǎo)所致并非營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng).

c) 添加適宜濃度的鈣鹽能夠有效地緩解鹽脅迫對(duì)沙拐棗幼苗產(chǎn)生的傷害，對(duì)不同鹽脅迫生境中的沙拐棗而言，可通過(guò)添加外源鈣的手段來(lái)提高存活率.

d) 研究顯示，外源鈣的添加對(duì)鹽脅迫植物體內(nèi)生理指標(biāo)存在極顯著的交互作用，但有關(guān)鈣如何調(diào)控鹽脅迫下沙拐棗基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)及其分子機(jī)理，還有待進(jìn)一步研究.

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Effects of Exogenous Calcium on Osmotic Adjustment and Peroxidation ofCalligonummongolicumMembrane Under Salt Stress

WANG Wenyin, GAO Xiaogang, SI Xiaolin, XU Danghui*

State Key Laboratory of Grassland and Agro-Ecosystem, School of Life Science, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China

The aim of this study was to explore the regulating mechanism of exogenous calcium inCalligonummongolicumunder salt stress. The effects of calcium (5, 10, 15 and 20 mmolL concentrations) on osmotic adjustment and peroxidation ofC.mongolicummembrane under NaCl stress (0, 100, 200 mmolL) were studied, including the contents of proline, malondialdehyde, soluble proteins and soluble sugars in assimilating shoots ofC.mongolicum. The results showed that the contents of proline, malondialdehyde, soluble proteins and soluble sugars were increased after Ca(NO3)2treatment, which indicates that Ca(NO3)2addition alone is harmful toC.mongolicum. There was a highly significant interaction between calcium and salt on the content of proline, malondialdehyde, soluble protein and soluble sugar in assimilating shoots. Compared with the control, when NaCl concentration was 100 and 200 mmolL, and Ca(NO3)2was 10 mmolL and 20 mmolL; the content of proline was significantly increased to 736.7 μgg and 1086.3 μgg; the content of malondialdehyde decreased by 37.8% and 40.5%; and the contents of soluble proteins and soluble sugars were increased. As a whole, it could be noticed that suitable concentrations of calcium improved the salt tolerance ofC.mongolicumby increasing the osmoregulation substances such as proline, soluble protein and soluble sugar content, and decreasing malondialdehyde content. The optimal proportion wasc(NaCl)c(Ca(NO3)2) of 10∶1. The alleviation mechanism of exogenous calcium under salt stress was the regulation of resistance induction.

Calligonummongolicum; exogenous calcium; salt stress; proline; malondialdehyde; soluble protein

2017-01-12

2017-04-24

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30900171，31600336)；蘭州大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目〔Lzujbky- 2016- 93(862600)〕

王文銀(1993-)，女，甘肅會(huì)寧人，wangwy2015@lzu.edu.cn.

*責(zé)任作者，徐當(dāng)會(huì)(1976-)，女，甘肅正寧人，副教授，博士，主要從事植物生理生態(tài)研究，dhxu@lzu.edu.cn

X171.1

1001- 6929(2017)08- 1230- 08

A

10.13198j.issn.1001- 6929.2017.02.58

王文銀,高小剛,司曉林,等.外源鈣鹽對(duì)鹽脅迫下沙拐棗滲透調(diào)節(jié)和膜脂過(guò)氧化的影響[J].環(huán)境科學(xué)研究,2017,30(8):1230- 1237.

WANG Wenyin,GAO Xiaogang,SI Xiaolin,etal.Effects of exogenous calcium on osmotic adjustment and peroxidation ofCalligonummongolicummembrane under salt stress[J].Research of Environmental Sciences,2017,30(8):1230- 1237.