干旱脅迫下硅對(duì)肥皂草抗氧化系統(tǒng)及膜質(zhì)穩(wěn)定性的影響

楊慧穎,鄧雅楠,許凌欣,嚴(yán)俊鑫*

(1.東北林業(yè)大學(xué)東北油田鹽堿植被恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150040；2.東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

干旱脅迫下硅對(duì)肥皂草抗氧化系統(tǒng)及膜質(zhì)穩(wěn)定性的影響

楊慧穎1，2,鄧雅楠2,許凌欣2,嚴(yán)俊鑫1，2*

(1.東北林業(yè)大學(xué)東北油田鹽堿植被恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150040；2.東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

以盆栽肥皂草為試驗(yàn)材料，通過對(duì)每kg干土施0.1，0.2，0.3，0.4 g SiO2并設(shè)置正常水分、輕度脅迫、重度脅迫3種水分梯度，測(cè)定并分析脅迫期間肥皂草葉片保護(hù)酶活性、抗氧化劑含量、丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率的變化情況，以期探討干旱脅迫下硅對(duì)抗氧化系統(tǒng)與膜質(zhì)穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，隨著干旱脅迫程度和天數(shù)的增加，肥皂草葉片SOD、POD、CAT活性和GSH、ASA含量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，而丙二醛含量與葉片相對(duì)電導(dǎo)率呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。與CK相比，施一定量的硅能使干旱條件下肥皂草SOD、POD、CAT活性最高增加30%以上，丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率降低達(dá)25%以上，并穩(wěn)定了GSH、ASA含量，說明硅能有效緩解干旱對(duì)肥皂草細(xì)胞膜的破壞，提高肥皂草抗氧化系統(tǒng)的防御能力，保護(hù)其正常生理機(jī)能不被破壞。隨著硅濃度的增加，肥皂草抗旱性逐漸增強(qiáng)并趨于平穩(wěn)，最適宜硅肥濃度為每kg干土SiO2含量0.3～0.4 g。

硅；干旱脅迫；保護(hù)酶；抗氧化系統(tǒng)；細(xì)胞膜

硅在地殼中的含量?jī)H次于氧，是植物有益元素，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育[1]。土壤中含硅量為50%～70%，但植物可以直接吸收利用的有效硅一般為50～250 mg/kg[2]。干旱是植物面臨的主要逆境之一，不僅抑制植物生長(zhǎng)發(fā)育[3-4]，在園林應(yīng)用上則限制植物種類、降低觀賞效果、增加養(yǎng)護(hù)成本，對(duì)水資源短缺地區(qū)園林綠化管理不利。干旱條件下植物體內(nèi)生成大量活性氧，破壞膜脂穩(wěn)定性，膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛含量增加，植物自身的保護(hù)酶與抗氧化劑等協(xié)調(diào)作用可以清除這些活性氧，減緩細(xì)胞膜損害，但隨著脅迫的持續(xù)，植物自身防御能力有限，活性氧不斷積累，損害發(fā)生[5-6]。研究表明，外源硅能夠緩解干旱對(duì)植物造成的傷害，提高植物的抗旱性[7-10]，但這類研究以農(nóng)作物和草坪植物為主，針對(duì)園林植物施加硅的研究甚少。

肥皂草(Saponariaofficinalis)是石竹科(Caryophyllaceae)肥皂草屬(Saponaria)多年生草本植物，花期長(zhǎng)，繁殖快，生命力強(qiáng)，短期就能形成優(yōu)美景觀，適用于多種園林景觀形式，是園林中常見的植物材料。已有研究得出，硅可以促進(jìn)鹽脅迫下肥皂草種子萌發(fā)[11]，增強(qiáng)干旱脅迫下肥皂草光合呼吸作用[12]，而關(guān)于硅在肥皂草干旱脅迫下抗氧化系統(tǒng)和細(xì)胞膜穩(wěn)定性方面的研究未見報(bào)道。因此，有必要研究外源硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草保護(hù)酶、抗氧化劑及細(xì)胞膜穩(wěn)定性的影響，進(jìn)一步探索硅在肥皂草抗氧化防御系統(tǒng)方面的作用，以期為加強(qiáng)園林植物抗旱能力、優(yōu)化旱區(qū)植物配置、節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本、發(fā)展生態(tài)園林提供更多參考。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與處理方法

2015年5月選取長(zhǎng)勢(shì)一致的肥皂草裸根苗移栽到直徑25 cm花盆中，用1∶3的蛭石和草炭土作為基質(zhì)，混勻，測(cè)得pH 5.84，有效磷為63.35 mg/kg，有效氮為96.45 mg/kg，速效鉀為187.34 mg/kg，有效硅為129.19 mg/kg，有機(jī)質(zhì)為41.6 g/kg。試驗(yàn)在東北林業(yè)大學(xué)苗圃內(nèi)進(jìn)行，以硫酸鉀為基肥，硅酸鉀(K2SiO4)作硅肥，加入硅酸鉀所引入的鉀量從硫酸鉀中扣除?；屎凸璺室淮涡允┤胪寥溃旌暇鶆?。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)硅處理水平，每kg干土施硅量分別為：0.1，0.2，0.3，0.4 g SiO2(分別用Si1，Si2，Si3，Si4表示，每盆干土凈重約1.3 kg)。設(shè)置1個(gè)對(duì)照CK(不施硅)。同年6月，采用稱重法[9-10]測(cè)定土壤含水量，并用自然干旱法對(duì)水分進(jìn)行控制，根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)得出水分控制的最佳梯度，分別是土壤田間持水量的80%～90%、50%～65%、30%～45%(分別用T1、T2、T3表示正常水分、輕度脅迫、重度脅迫)。土壤相對(duì)含水量達(dá)到干旱脅迫條件時(shí)，稱重補(bǔ)水使水分保持在相應(yīng)梯度，于脅迫后的1,5,10,15,20 d選擇成熟健康的植株葉片于液氮中速凍后放入-80 ℃冰箱保存，重復(fù)3次。

1.2測(cè)定指標(biāo)與方法

(1)取葉片0.5 g，加1 mL預(yù)冷的磷酸緩沖液在冰浴上研磨成漿，4 ℃下4000 r/min離心15 min，上清液，即為粗酶液，用于超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性的測(cè)定。

SOD活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)法[13]：取5 mL指形管數(shù)支，2支作為對(duì)照管，將下列試劑依次加入各試管中：0.05 mol/L磷酸緩沖液1.5 mL；130 mmol/L 甲硫氨酸(Met)溶液0.3 mL；750 μmol/L的氮藍(lán)四唑(NBT)溶液0.3 mL；100 μmol/L的乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-Na2)溶液0.3 mL；2.0 μmol/L的核黃素溶液0.3 mL；酶液0.05 mL，2支對(duì)照管以磷酸緩沖液代替酶液；蒸餾水0.25 mL?？傮w積3 mL?；靹蚝髮?支對(duì)照管置暗處，其他各管于4000 lx日光下反應(yīng)20 min，反應(yīng)結(jié)束，以不照光的對(duì)照管做空白，在560 nm下測(cè)定吸光度。

POD活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[13-14]：酶活性測(cè)定的反應(yīng)體系為,2.9 mL 0.05 mol/L磷酸緩沖液；1 mL 2% H2O2,1 mL 0.05 mol/L愈創(chuàng)木酚和0.1 mL酶液。用加熱煮沸5 min的酶液為對(duì)照，反應(yīng)體系加入酶液后立即于37 ℃中保溫15 min左右，然后迅速轉(zhuǎn)入冰浴，加入2 mL 20% 三氯乙酸(TCA)終止反應(yīng)，5000 r/min離心10 min，470 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度。

CAT活性的測(cè)定采用紫外分光光度計(jì)法[15]：取2.9 mL Tris-HCl緩沖液，加入50 μL粗酶液，快速混勻，倒入比色皿中，封口，預(yù)熱5 min，加入50 μL的750 mmol/L H2O2并計(jì)時(shí)，在波長(zhǎng)240 nm處測(cè)量吸光度，每隔30 s讀一次。以每min內(nèi)240 nm處吸光度變化0.01為1個(gè)過氧化物酶活性單位(1 U)。

(2)取葉片0.5 g加入5 mL 5% TCA溶液研磨勻漿，在12000 r/min離心10 min，上清液定容至5 mL，用于抗壞血酸(ASA)含量和還原型谷胱甘肽(GSH)含量的測(cè)定。

ASA含量的測(cè)定參照Hodges等[16]的方法：吸取上述制備好的樣品上清液0.2 mL，分別加入150 mmol的NaH2PO4(pH 7.4)0.2 mL、H2O 0.2 mL，混合均勻，至少30 s后，再依次分別往各管中加入0.4 mL 10% TCA，0.4 mL 44% H3PO4，0.4 mL 4% 2，2-二聯(lián)吡啶和0.2 mL 3% FeCl3，混合后在37 ℃水浴中保溫60 min，然后測(cè)525 nm處的吸光值。同樣程序制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中ASA的含量。

GSH含量的測(cè)定參照Griffith[17]的方法：分別取上述樣品提取液0.25 mL，各加入2.6 mL 150 mmol NaH2PO4(pH 7.7)、2-硝基苯甲酸(DNTB)試劑0.18 mL，以加磷酸緩沖液代替DNTB試劑作空白。搖勻后，于30 ℃保溫反應(yīng)5 min，測(cè)定412 nm波長(zhǎng)下的吸光度值，同樣程序制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中GSH的含量。

(3)丙二醛(MDA)含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸(TBA)法[13]：取葉片0.2 g，加入5% TCA 5 mL研磨至勻漿，勻漿以5000 r/min離心10 min。吸取上清液2 mL于試管中，加0.67% TBA 2 mL，混合后在100 ℃沸水浴中反應(yīng)30 min，冷卻后再次離心。取上清液測(cè)定450，532，600 nm處吸光度值，計(jì)算MDA含量。

(4)細(xì)胞膜透性的測(cè)定采用電導(dǎo)法[13]：選取葉片0.5 g，用自來水和去離子水分別沖洗表面，吸干葉片表面水分后，剪碎成大小相近的葉片放入小燒杯中，用尼龍網(wǎng)壓住，加入20 mL去離子水，浸沒葉片。將燒杯放入真空抽氣泵抽氣20 min，在室內(nèi)放置1 h，用電導(dǎo)儀測(cè)定溶液電導(dǎo)率，后放入100 ℃沸水浴中煮沸15 min，待冷卻至室溫后測(cè)定其煮沸電導(dǎo)率，計(jì)算相對(duì)電導(dǎo)率。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0軟件對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用Duncan法在P<0.05水平上進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草葉片保護(hù)酶的影響

2.1.1硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草SOD活性的影響 T1條件下，肥皂草SOD活性在第10天開始緩慢下降，施硅增加了SOD活性，隨著硅濃度的增加提高作用逐漸明顯并趨于平穩(wěn)，Si3、Si4處理效果相近，高于Si1、Si2處理。T2、T3條件下，各個(gè)處理下的肥皂草SOD活性隨著時(shí)間的增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，施硅增加了SOD活性。Si3、Si4處理在T2、T3條件下的20 d內(nèi)與CK相比差異均顯著(P<0.05)，在T2條件下分別比CK提高了16%～26%、14%～28%，T3條件下分別比CK提高了17%～38%、15%～39%，優(yōu)于Si1、Si2處理(表1)。

2.1.2硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草POD活性的影響 由表2可知，T1條件下，肥皂草POD活性在第10天開始緩慢上升，施硅增加了POD活性，且隨著硅濃度的增加先上升后小幅下降，Si3、Si4處理均在一定時(shí)間點(diǎn)上與CK相比差異顯著(P<0.05)，Si1、Si2處理在20 d內(nèi)與CK相比差異不顯著(P>0.05)。T2、T3條件下，各處理下的肥皂草POD活性隨著時(shí)間的增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，施硅增加了POD活性，且隨著硅濃度的增加效果逐漸增加并趨于平穩(wěn)，Si3、Si4處理在T2、T3條件下的20 d內(nèi)與CK相比差異均顯著(P<0.05)，T2條件下分別比CK提高了18%～28%、16%～27%，T3條件下分別比CK提高了16%～39%、11%～36%，優(yōu)于Si1、Si2處理。

2.1.3硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草CAT活性的影響 由表3可知，T1條件下，肥皂草CAT活性在20 d內(nèi)變化不明顯，施硅增加了CAT活性，但各硅處理與CK相比差異均不顯著(P>0.05)。T2、T3條件下，各處理下的肥皂草CAT活性隨著時(shí)間的增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，施硅增加了CAT活性，且隨著硅濃度的增加大體呈現(xiàn)先上升后小幅下降或平穩(wěn)的趨勢(shì)，T2條件下，除Si1處理在20 d內(nèi)與CK相比差異不顯著(P>0.05)外，Si2、Si3、Si4處理均在5～20 d與CK相比差異顯著(P<0.05)。T3條件下，除Si3處理在20 d內(nèi)與CK相比差異均顯著(P<0.05)，比CK提高了16%～38%外，其余硅處理效果為Si4>Si2>Si1。

表1 硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草SOD的影響Table 1 Effects of Si on SOD of S. officinalis under drought stress U/mg

注：同列不同字母代表差異顯著(P<0.05)。下同。

Note： The different letters in the same column represent significant difference atP<0.05 level. The same below.

表2 硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草POD的影響Table 2 Effects of Si on POD of S. officinalis under drought stress U/mg

表3 硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草CAT的影響Table 3 Effects of Si on CAT of S. officinalis under drought stress U/mg

2.2硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草抗氧化劑含量的影響

2.2.1硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草ASA含量的影響 由表4可知，T1條件下，肥皂草ASA含量在20 d內(nèi)變化不明顯，Si1、Si2、Si3、Si4處理在20 d內(nèi)與CK相比差異均不顯著(P>0.05)。T2、T3條件均增加了各處理肥皂草的ASA含量，但到了T3的后10 d，各處理ASA含量急劇下降。T2條件下，除Si1處理和CK的ASA含量隨著時(shí)間的增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)外，其余硅處理下的肥皂草ASA含量隨著時(shí)間的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在前15 d施硅降低了肥皂草ASA含量，在第20天除Si1外，其他硅處理均增加了ASA含量，Si3、Si4處理效果較Si1、Si2處理明顯。T3條件下，各處理的肥皂草ASA含量隨著時(shí)間的增加呈現(xiàn)先上升后急劇下降趨勢(shì)，在前5 d施硅降低了ASA含量，在10～20 d，施硅提高了ASA含量。按照硅處理在T3條件下效果顯著的時(shí)間點(diǎn)范圍與數(shù)值大小得出，硅處理效果為Si4>Si3>Si2>Si1。

2.2.2硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草GSH含量的影響 由表5可知，T1條件下，各處理肥皂草GSH含量除Si3隨著時(shí)間增加呈上升趨勢(shì)外，其余各處理均隨著時(shí)間增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，施硅降低了肥皂草的GSH含量，但Si1、Si2、Si3、Si4處理在20 d內(nèi)與CK相比差異均不顯著(P>0.05)。T2條件下，Si1和CK的肥皂草GSH含量隨著時(shí)間增加呈先上升后下降趨勢(shì)，其余各處理的肥皂草GSH含量隨著時(shí)間增加呈上升趨勢(shì)。施硅在1～15 d降低了肥皂草GSH含量，在第20天，除Si1處理外，其余硅處理GSH含量均高于CK。T2條件下，Si1、Si2處理在20 d內(nèi)與CK相比差異均不顯著(P>0.05)，Si3、Si4處理在1～15 d與CK相比差異顯著(P<0.05)，分別比CK降低了15%～20%、11%～20%。T3條件下，各處理的肥皂草GSH含量隨著時(shí)間增加呈先上升后下降趨勢(shì)。前5 d，施硅降低了肥皂草GSH含量，在10～20 d，施硅增加了肥皂草GSH含量。按照硅處理在T3條件下效果顯著的時(shí)間點(diǎn)范圍與數(shù)值大小得出，硅處理效果為Si4>Si3>Si2>Si1。

2.3硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草MDA含量的影響

由表6可知，T1條件下，各處理肥皂草葉片的MDA含量在20 d內(nèi)變化不明顯，Si1、Si2、Si3、Si4處理在20 d內(nèi)與CK相比差異均不顯著(P>0.05)。T2、T3條件均增加了肥皂草葉片MDA含量，且隨著干旱程度和時(shí)間的增加而增大，施硅降低了MDA含量。T2、T3條件下， 隨著硅濃度的增加，MDA含量逐漸下降并趨于穩(wěn)定。T2條件下的Si3、Si4處理在1～20 d與CK相比差異均顯著(P<0.05)，分別比CK降低了15%～25%、18%～26%，優(yōu)于Si1、Si2處理。T3條件下的Si3、Si4處理在1～15 d與CK相比均差異顯著，分別比CK降低了12%～18%、10%～18%，優(yōu)于Si1、Si2處理。

表4 硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草ASA的影響Table 4 Effects of Si on ASA of S. officinalis under drought stress mg/g

表5 硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草GSH的影響 Table 5 Effects of Si on GSH of S. officinalis under drought stress μg/g

2.4硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草膜透性的影響

由表7可知，T1條件下，CK的肥皂草葉片相對(duì)電導(dǎo)率緩慢上升，各硅處理的相對(duì)電導(dǎo)率在20 d內(nèi)變化不明顯，施硅降低了葉片相對(duì)電導(dǎo)率，但Si1、Si2、Si3、Si4處理在20 d內(nèi)與CK相比差異均不顯著(P>0.05)。T2、T3條件下，各處理下的肥皂草葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨著時(shí)間和脅迫程度的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，施硅降低了葉片相對(duì)電導(dǎo)率。T2條件下，Si1、Si2處理在20 d內(nèi)與CK相比差異均不顯著(P>0.05)；Si3、Si4處理在10～20 d與CK相比差異顯著(P<0.05)，分別比CK降低了21%～27%、19%～25%。T3條件下，Si3、Si4處理在20 d內(nèi)與CK相比均差異顯著(P<0.05)，分別比CK降低了13%～23%、13%～24%，優(yōu)于Si1、Si2處理。

表6 硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草MDA的影響Table 6 Effects of Si on MDA of S. officinalis under drought stress mmol/g

表7 硅對(duì)干旱脅迫下肥皂草葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響Table 7 Effects of Si on relative electric conductivity of S. officinalis leaves under drought stress %

3 討論

干旱影響植物正常生長(zhǎng)和代謝，植物細(xì)胞由于代謝受阻則產(chǎn)生大量活性氧與自由基，如O2-、H2O2、·OH，致使植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除之間動(dòng)態(tài)平衡被破壞，降低植物葉片保護(hù)酶的活性、引起膜脂過氧化、膜脂過氧化的產(chǎn)物MDA增加[18-19]，而植物自身的防御機(jī)制有一套活性氧清除系統(tǒng)，由抗氧化酶SOD、POD、CAT和抗氧化物質(zhì)ASA、GSH等來清除這些活性氧與自由基，減緩逆境對(duì)植物造成的傷害[20]，植物體內(nèi)的抗氧化酶活性與抗氧化物質(zhì)的含量也反映了植物應(yīng)對(duì)逆境的適應(yīng)能力。研究表明，隨著干旱程度的加劇，玉米(Zeamays)葉片保護(hù)酶SOD、POD、CAT活性呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，MDA呈下降趨勢(shì)[21]；隨著干旱時(shí)間的增加，香根草(Vetiveriazizanioides)MDA含量、膜透性增加，SOD、CAT活性下降、POD活性上升，ASA含量上升，GSH含量先降后升再降[22]。在本試驗(yàn)中，隨著干旱脅迫程度和天數(shù)的增加，肥皂草葉片SOD、POD、CAT活性呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，而MDA含量與膜透性呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，這與季楊等[23]在鴨茅(Dactylisglomerata)上面的研究結(jié)果基本一致。輕度干旱促使肥皂草ASA和GSH含量上升，但重度干旱脅迫下，兩種物質(zhì)呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，這與前人研究有所不同，但與單長(zhǎng)卷等[24]在冰草(Agropyroncristatum)上的研究基本一致，這可能與不同植物抗旱能力的差異性相關(guān)，總之，干旱致使肥皂草細(xì)胞膜發(fā)生一定程度的損害，肥皂草自身的抗氧化系統(tǒng)在干旱脅迫時(shí)段的前期充分發(fā)揮了調(diào)節(jié)作用，但隨著損害加劇，正常的調(diào)節(jié)功能受損。

施硅提高了干旱脅迫下玉米、黃瓜(Cucumissativus)的SOD、POD、CAT活性，抑制了干旱脅迫下玉米葉片膜透性和MDA的升高[25-26]。明東風(fēng)等[27]得出PEG脅迫下施硅使兩個(gè)水稻(Oryzasativa)品種葉片MDA含量、膜透性降低，減緩水稻根系抗氧化酶SOD、POD、CAT活性的下降，縮小因脅迫導(dǎo)致的GSH含量的變化幅度，提高ASA含量。丁燕芳[28]得出干旱條件下施硅使小麥(Triticumaestivum)葉片SOD、CAT活性和ASA、GSH含量增加，POD活性、MDA含量降低。本研究得出，施硅增加了干旱條件下肥皂草葉片SOD、POD、CAT活性，且在重度水分脅迫條件下這種作用更加顯著，施硅還降低了肥皂草MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率，這與前人的研究結(jié)果基本一致，說明硅能有效提高干旱條件下肥皂草3種葉片保護(hù)酶活性，減緩膜脂過氧化作用；施硅后的肥皂草GSH和ASA含量在輕度和重度干旱條件下均呈現(xiàn)先低于CK后高于CK規(guī)律，這可能是硅提高了葉片保護(hù)酶活性，有效緩解了脅迫造成的損害，使GSH和ASA含量穩(wěn)定在了一定水平。除此之外，本研究還得出，正常水分條件下，施硅增加了肥皂草葉片SOD、POD活性，但增加水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于干旱條件下施硅，而施硅對(duì)肥皂草的GSH、ASA、MDA、CAT和相對(duì)電導(dǎo)率影響不大，這可能與肥皂草受氧化脅迫程度較低有關(guān)。

綜上分析得出，干旱條件下Si3、Si4處理較Si1、Si2處理更能有效提高肥皂草葉片保護(hù)酶活性和穩(wěn)定抗氧化劑含量，進(jìn)而降低MDA和膜透性，T3條件下施硅較T2條件下施硅對(duì)肥皂草葉片保護(hù)酶提高的百分?jǐn)?shù)更大，這也可能因?yàn)門3所參照的CK受干旱影響大、測(cè)得值太低?？傊?，硅增強(qiáng)肥皂草抗旱性與干旱程度和施硅量有關(guān)，每kg干土施硅0.3～0.4 g能有效緩解干旱對(duì)肥皂草的損害，這為硅肥在園林觀賞植物中的應(yīng)用提供了一定可能性。同時(shí)，關(guān)于硅是否參與與植物抗旱性密切相關(guān)的滲透調(diào)節(jié)和硅對(duì)肥皂草干旱下開花習(xí)性的影響還需進(jìn)行深入研究，從而進(jìn)一步揭示硅對(duì)肥皂草抗旱作用機(jī)制。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)通過對(duì)肥皂草施加外源硅并模擬干旱脅迫，得出隨著硅濃度的增加，肥皂草抗旱性逐漸增強(qiáng)并趨于平穩(wěn)，其中Si3、Si4處理在T3條件的一定時(shí)期內(nèi)使3種酶活性比CK提高30%以上。施硅量控制在每kg干土0.3～0.4 g SiO2均能有效提高干旱脅迫下肥皂草葉片保護(hù)酶活性，從而使抗氧化劑含量居于較穩(wěn)定水平，緩解膜脂過氧化產(chǎn)物的增加并減緩細(xì)胞膜的破壞，保護(hù)肥皂草正常生理機(jī)能不被破壞，同時(shí)正常水分下施硅也對(duì)肥皂草葉片保護(hù)酶活性產(chǎn)生了一定提高作用。

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EffectsofsiliconontheantioxidantsystemandmembranestabilityofSaponariaofficinalisunderdroughtstress

YANG Hui-Ying1,2, DENG Ya-Nan2, XU Ling-Xin2, YAN Jun-Xin1,2*

1.KeyLaboratoryofSaline-alkaliVegetationEcologyRestorationinOilField,MinistryofEducation,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China; 2.TheCollegeofLandscape,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China

The aim of this study was to determine the effect of silicon on the antioxidant system and membrane stability ofSaponariaofficinalisunder drought stress. Silicon was added to soil at four concentrations (0.1, 0.2, 0.3, 0.4 g/kg SiO2) and the soil moisture content was adjusted to impose normal conditions, mild drought stress, and severe drought stress onS.officinalis. The protective enzyme activity, antioxidant content, malondialdehyde (MDA) content, and relative electrical conductivity of the leaves ofS.officinaliswere determined. The results showed that with increasing severity and longer duration of drought stress, the activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), and catalase (CAT), and the contents of reduced glutathione (GSH) and ASA (ascorbic acid) in the leaves ofS.officinalisfirst increased and then decreased, and the MDA content and relative electric conductivity increased. Compared with the control, the treatments with silicon added to soil showed higher activities of SOD, POD, CAT (>30% higher) under drought stress, and lower MDA content and relative electrical conductivity (>25% lower), resulting in more stable GSH and ASA contents. These results indicated that silicon can effectively alleviate damage toS.officinaliscell membranes under drought stress by improving the performance of the antioxidant system. As the concentration of silicon increased, the drought resistance ofS.officinalisincreased gradually and then stabilized. The optimal concentration of SiO2in soil was 0.3-0.4 g/kg.

silicon; drought stress; protective enzyme; antioxidant system; the cell membrane

10.11686/cyxb2016486http//cyxb.lzu.edu.cn

楊慧穎, 鄧雅楠, 許凌欣, 嚴(yán)俊鑫. 干旱脅迫下硅對(duì)肥皂草抗氧化系統(tǒng)及膜質(zhì)穩(wěn)定性的影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 26(10): 77-86.

YANG Hui-Ying, DENG Ya-Nan, XU Ling-Xin, YAN Jun-Xin. Effects of silicon on the antioxidant system and membrane stability ofSaponariaofficinalisunder drought stress. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(10): 77-86.

2016-12-26；改回日期：2017-03-22

東北油田鹽堿植被恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北林業(yè)大學(xué))開放基金(SAVER1609)和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金(2572016CA11) 資助。

楊慧穎(1992-)，女，河北秦皇島人，碩士。E-mail：ylzwyhy@163.com

*通信作者Corresponding author. E-mail：yanjunxin@163.com