外源腐胺對鹽脅迫下黃芩光合特性的影響

華智銳，李小玲

(商洛學院 生物醫(yī)藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000)

外源腐胺對鹽脅迫下黃芩光合特性的影響

華智銳，李小玲

(商洛學院 生物醫(yī)藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000)

采取不同濃度外源腐胺(Put)處理鹽脅迫下黃芩幼苗的方法，探討了黃芩光合指標和葉綠素含量隨Put濃度改變的變化規(guī)律，結(jié)果表明：0.5% NaCl脅迫下的黃芩光合指標和葉綠素含量受到明顯抑制；經(jīng)0.05～0.50 g/L Put處理后，各項指標均出現(xiàn)先升后降的趨勢，各光合指標在0.25 g/L Put處理下效果最佳，葉綠素含量在0.25 g/L Put處理下達到最大值。

外源腐胺；鹽脅迫；黃芩；光合特性

近年來，日益加重的土壤鹽漬化問題制約著藥用植物的正常生長，嚴重影響了我國中藥材產(chǎn)量及品質(zhì)的提高。鹽脅迫導(dǎo)致植物細胞體內(nèi)電子傳遞鏈異常，打破活性氧代謝平衡，引起細胞功能的紊亂，從而影響植物體正常的生長和發(fā)育。目前對土壤方面的改良成為鹽漬化土地改良的主要措施，而在針對遭遇不利環(huán)境條件能提高植物自身耐鹽性方面則少有研究[1]。相關(guān)研究表明，通過研究植物鹽脅迫及耐鹽機制的關(guān)系，人為的化學調(diào)控手段成為有效緩解植物鹽脅迫的重要途徑。

多胺(Polyamine，PA)是一類含有兩個或更多氨基的化合物，廣泛存在于植物細胞中，有促進某些組織生長的作用,對于膜的正常維持也起著重要的作用。它與植物的生長發(fā)育以及緩解逆境脅迫密切相關(guān)[2]。最普遍也最具有生理功能的PA主要是腐胺(Put)、亞精胺(Spd)和精胺(Spm)等[3]。PA可以通過影響清除活性氧的酶系統(tǒng)、非酶系統(tǒng)以及作為第二信使參與植物的逆境脅迫信號傳遞等多種機制響應(yīng)非生物脅迫。外源PA在緩解植物鹽脅迫以及滲透脅迫下所引起的氧化損傷方面起非常重要的作用，研究發(fā)現(xiàn)PA抑制蛋白酶與RNA酶活性的提高，延緩葉片衰老，延緩葉綠素分解，并提高植物的抗逆性以及抗?jié)B透脅迫。

黃芩(ScutellariabaicalensisGeorgi)屬于唇形科黃芩屬多年生草本植物，根部入藥，有涼血止血、清熱解毒及除熱安胎等功效[3]，為商洛道地藥材之一。近年來，隨著國內(nèi)外中藥材市場的逐步規(guī)范化和快速發(fā)展，市場對黃芩中藥材的需求量不斷增加，商洛黃芩作為“五大商藥”之一，其人工栽培面積也迅速擴大。目前，關(guān)于商洛黃芩的研究多集中在種子萌發(fā)、生理生化特性以及栽培技術(shù)等方面[1，5-6]，但外源腐胺(Put) 在鹽脅迫下對黃芩幼苗光合生理特性的影響研究還未見報道[4]。緩解植物的鹽脅迫傷害程度是植物抗逆研究的重要方向之一，通過添加不同濃度外源物質(zhì)來緩解鹽害也逐漸成為藥用植物抗性生理及抗性育種方面的研究熱點。有相關(guān)研究[7-9]表明，鹽脅迫下導(dǎo)致植物細胞內(nèi)葉綠體和線粒體電子傳遞中的泄漏電子累積，產(chǎn)生大量的活性氧，致使細胞內(nèi)發(fā)生過度氧化、細胞膜結(jié)構(gòu)損傷和功能喪失，同時還會引起細胞核酸的斷裂、蛋白質(zhì)變性和葉綠素降解，嚴重時甚至導(dǎo)致細胞最終死亡。目前，國內(nèi)外關(guān)于腐胺可提高逆境脅迫下植物光合作用能力的觀點已得到普遍認可，但是大部分研究主要圍繞外源腐胺在干旱脅迫下對黃瓜、小麥、大豆、草莓等農(nóng)作物光合作用的影響方面。我們在前人研究的基礎(chǔ)上，以黃芩一年生幼苗為材料，探討了黃芩隨不同濃度Put處理在鹽脅迫下光合特性和葉綠素含量的變化規(guī)律，旨在為進一步研究Put提高植物的耐鹽性提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗材料

選取一年生商洛黃芩幼苗，用田間土壤進行盆栽處理。共18盆，每盆5株，進行常規(guī)栽培管理。

1.2試驗設(shè)計

脅迫試驗設(shè)計如表1，設(shè)2個對照組和4個實驗組，對照組CK1(蒸餾水對照)，CK2(0.50% NaCl對照)，實驗組濃度梯度設(shè)置為 0.05、0.10、0.25、0.50 g/L，共6個處理，每個處理重復(fù)3次，共18盆。葉面同時噴施不同濃度的Put 和0.50% NaCl ,每兩天噴施1次，每次各噴施2 mL。處理9 d后進行相關(guān)指標測定。

表1 外源腐胺緩解NaCl脅迫試驗設(shè)計

1.3試驗方法

1.3.1 黃芩幼苗光合特性的測定 采用 LiCo r-6400便攜式光合測定儀[6]測定黃芩葉片的凈光合速率(Pn)、胞間C02濃度(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)。各處理測3片倒3葉，結(jié)果取平均值。

1.3.2 葉綠素含量的測定 利用分光光度計在波長663、645 nm下測定吸光度，并用公式計算提取液中各種葉綠素的含量。

從盆中摘取黃芩葉片，用蒸餾水洗凈其表面的污垢，用吸水紙將水分吸干，涼置。待葉片完全干后剪碎混勻。用電子天平稱取6份葉片，每份0.2 g，分別放入制冷的研缽中(防止葉綠素酶活性降低)，并加入少許石英砂、CaCO3粉末和2 mL 95%乙醇，研磨成勻漿。隨后加入95%乙醇10 mL，研磨至組織變成白色，再靜置3～5 min。隨后倒入離心管中，并用95%乙醇沖洗研缽、研杵及研磨后殘渣液，最后連同殘渣液一起倒入離心管中，離心10 min。每個處理2個離心管，共12個離心管。將離心后的葉綠素上清液倒入光徑1 cm的比色杯，以95%乙醇作為空白對照，于663 nm和645 nm波長條件下測定吸光度。

實驗結(jié)果計算：

葉綠素a含量(mg/g)=(12.17D663-2.69D645)×V/1000×W

葉綠素b含量(mg/g)=(22.90D663-4.68D645)×V/1000 ×W

葉綠素ab含量(mg/g)=(8.04D663+20.29D645)×V/1000×W

式中：V為濾液體積(mL)；W為葉片重量(g)。

1.4數(shù)據(jù)處理

每個處理重復(fù)3次，取平均值后的所有數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進行處理；采用SAS 8.0統(tǒng)計分析軟件進行方差分析[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1Put對鹽脅迫下黃芩光合特性的影響

由圖1～圖4可以看出：在0.5% NaCl脅迫下，黃芩幼苗葉片Pn、Gs、Ci和Tr，與對照組CK1相比明顯降低，分別下降了59.4%、77.7%、10.6%和68.1%；而葉面噴施0.05～0.50 g/L Put均能不同程度的提高黃芩葉片Pn、Gs、Ci和Tr，且緩解的效果表現(xiàn)出濃度效應(yīng)，即隨著Put濃度增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。

與鹽脅迫對照CK2相比，添加不同濃度Put處理后，除Ci變化不明顯外，其余3個指標均明顯高于對照。隨著Put濃度的增加，Pn增加幅度分別為1.15%、1.36%、1.42%、1.06%；Gs增幅分別為0.94%、1.19%、1.39%、0.20%；Tr增幅分別達0.97%、1.05%、1.36%、0.64%。其中，T3處理均達到脅迫后指標最佳值，且Pn、Gs和Tr分別是CK2的2.42、2.39、2.36倍，差異達顯著水平(Plt;0.05)。然而，葉面噴施Put對鹽脅迫下幼苗葉片Ci濃度影響不明顯。

2.2Put對鹽脅迫下黃芩幼苗葉片葉綠素含量的影響

由圖5可知，0.5% NaCl脅迫下明顯降低黃芩幼苗葉片中的葉綠素含量，說明鹽脅迫抑制了黃芩幼苗葉片中葉綠素的合成反應(yīng)。經(jīng)過不同濃度的外源Put處理后，3種葉綠素(葉綠素a、葉綠素b、葉綠素ab)含量都表現(xiàn)出先升后降的變化趨勢，且明顯高于對照組(CK2)。與CK2相比較，T1、T2、T3、T4處理的葉綠素a含量分別增加了2.17%、2.69%、4.27%、2.21%，葉綠素b含量分別增加了3.16%、4.42%、5.35%、3.27%，葉綠素ab含量分別增加了2.74%、3.68%、4.89%、2.82%。在 T3處理中，3 種葉綠素含量均達到最大，分別是CK2的5.27、6.35、5.89倍，差異達顯著水平(Plt;0.05)。結(jié)果表明，0.25 g/L Put對光合色素含量的升高有明顯的促進作用，提高了葉片的光合效率。

圖1 Put對鹽脅迫下黃芩幼苗葉片

圖2 Put對鹽脅迫下黃芩幼苗葉片

圖3 Put對鹽脅迫下黃芩幼苗葉片

3 結(jié)論與討論

黃芩屬于典型的陽生植物，有較強的光照適應(yīng)性，能夠有效利用各種光照環(huán)境生長和發(fā)育。光合作用與植物的生長發(fā)育和最終產(chǎn)量密切相關(guān)，是植物體最重要的代謝過程之一，而逆境條件會對植物的光合作用產(chǎn)生多方面影響[10]。鹽脅迫是植物主要的逆境之一，其導(dǎo)致光合作用下降的主要原因有兩個：氣孔關(guān)閉，導(dǎo)致Ci下降；非氣孔限制，如光合膜蛋白的減少；光合色素含量的減少[11]。氣孔在響應(yīng)非生物脅迫(高溫、干旱、冷害和高鹽脅迫)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起著非常重要的作用。有研究表明：鹽脅迫能夠增加葉片表皮細胞數(shù)、氣孔數(shù)量和氣孔長度[12]。但大多數(shù)情況下，由于鹽脅迫導(dǎo)致植物葉片中的Na+和C1-含量升高，從而致使葉片中K+含量降低，導(dǎo)致植物細胞氣孔關(guān)閉，最終引起葉片細胞失水。

圖4 Put對鹽脅迫下黃芩幼苗葉片

圖5 Put對鹽脅迫下黃芩幼苗葉片葉綠素含量的影響

光合作用幾乎為所有生物的生長發(fā)育提供了物質(zhì)和能量來源，是植物生長的物質(zhì)基礎(chǔ)。光合作用效率越高，越有利于光合產(chǎn)物的積累，增加植物的最終產(chǎn)量。在本試驗的鹽脅迫下，黃芩幼苗葉片Pn、Ci和Gs明顯下降，比CK1分別下降了59.4%、10.6%、77.7%，表明鹽脅迫導(dǎo)致光合速率下降與氣孔因素密切相關(guān)。外源Put處理明顯有利于鹽脅迫下黃芩幼苗葉片Pn和Gs表現(xiàn)，且在T3處理下效果最佳，分別是CK2的2.42、2.39倍，但Put對Ci影響不明顯。這說明Put能通過改善氣孔導(dǎo)度和調(diào)節(jié)非氣孔因素兩方面提高鹽脅迫下黃芩葉片光合速率，這與張潤花[11]和張媛[13]等的研究結(jié)果相一致。

葉綠素作為光合作用的重要色素，在一定程度上，其含量大小能反映植物同化物質(zhì)能力的高低。本試驗結(jié)果表明，鹽脅迫顯著降低了黃芩幼苗的葉綠素含量，葉綠素a下降了42.8%，葉綠素b下降了59.7%，葉綠素ab下降了53.9%，葉綠素b的變化幅度明顯高于葉綠素a。而不同濃度Put處理明顯緩解了鹽脅迫對植株的生長抑制，且外源Put緩解黃芩幼苗生長的抑制作用存在明顯的濃度效應(yīng)。低濃度條件下，隨著Put濃度的增加，對生長的緩解作用愈加明顯，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素ab在T1、T2、T3處理中的含量與CK2相比均有增加，而在相對較高的濃度下(T4)，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素ab含量比CK2分別下降了2.21%、3.27%、2.82%，Put緩解效果下降。

本試驗中，鹽脅迫明顯抑制了黃芩幼苗葉片葉綠素合成和光合作用，且隨著不同濃度Put處理，各相關(guān)指標均出現(xiàn)先升后降的趨勢。相關(guān)研究[14]表明，植物鹽脅迫會提高葉綠素酶的活性，從而導(dǎo)致葉綠素降解和降低光合色素含量。而鹽脅迫后黃芩幼苗葉片中葉綠素含量明顯降低，這說明鹽脅迫損傷了植物的光合器官，表明葉綠素含量降低是引起光合速率降低的主要原因。然而，經(jīng)過不同濃度的Put處理后，3種葉綠素含量均有不同程度的提高，且均高于CK1處理，T3處理下含量達到最高。說明外源Put處理有效緩解了鹽脅迫對黃芩幼苗葉綠素含量的破壞，從而提高植株光合速率和保證黃芩幼苗的正常生長，其原因可能是由于Put能夠抑制葉綠素酶，緩解鹽脅迫下黃芩幼苗光合色素含量的降低，從而保護植株光合作用的正常進行。盡管本研究通過探討不同濃度外源Put緩解鹽脅迫下黃芩幼苗的光合特性，但主要是通過盆栽試驗完成了相關(guān)數(shù)據(jù)采集，在黃芩的大田栽培試驗真實環(huán)境中相關(guān)生理指標的研究還有待進一步探討。

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(責任編輯：許晶晶)

EffectsofExogenousPutrescineonPhotosyntheticCharacteristicsofScutellariabaicalensisunderSaltStress

HUA Zhi-rui, LI Xiao-ling

(College of Biological Pharmacy and Food Engineering, Shangluo University, Shangluo 726000, China)

The seedlings ofScutellariabaicalensisunder salt stress were treated with different concentrations of exogenous putrescine (Put), and the change rules of several photosynthetic indexes (net photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate, etc.) and chlorophyll content inS.baicalensisseedlings along with the change in Put concentration were explored. The results indicated that: under 0.5% NaCl stress, the various photosynthetic indexes and chlorophyll content inS.baicalensisseedlings were obviously inhibited; after being treated with 0.05～0.50 g/L Put, all indexes showed the trend of increasing first and then decreasing; all photosynthetic indexes were the best under the treatment of 0.25 g/L Put; the chlorophyll content also reached the maximum value under the treatment of 0.25 g/L Put.

Exogenous putrescine; Salt stress;Scutellariabaicalensis; Photosynthetic characteristic

S567.239

A

1001-8581(2017)12-0059-04

2017-07-17

陜西省科技廳項目(2017NY-027)。

華智銳(1980─)，男，湖北黃石人，副教授，主要從事植物抗性生理與植物育種研究。