氯化鈉脅迫對(duì)菊芋幼苗生長(zhǎng)和葉片抗氧化酶活性的影響

李曉梅，李愛(ài)卿，趙曉東，馮玉蘭

(西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030)

氯化鈉脅迫對(duì)菊芋幼苗生長(zhǎng)和葉片抗氧化酶活性的影響

李曉梅，李愛(ài)卿，趙曉東，馮玉蘭*

(西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030)

采用溫室盆栽法，以青芋2號(hào)(QY-2)為試材，用含不同濃度NaCl(0、50、100、150、200 mmol·L-1)的溶液模擬鹽脅迫，分析不同程度鹽脅迫對(duì)菊芋幼苗株高、地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重、根冠比、各器官含水率，以及葉片抗氧化酶活性的影響。結(jié)果顯示，50 mmol·L-1NaCl能夠促進(jìn)菊芋幼苗生長(zhǎng)，除葉片含水率外，其他生長(zhǎng)指標(biāo)均高于對(duì)照組(NaCl濃度為0)，且株高、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重與對(duì)照組差異顯著(P<0.05)，而SOD(超氧化物歧化酶)、POD(過(guò)氧化物酶)、CAT(過(guò)氧化氫酶)活性均低于對(duì)照組。200 mmol·L-1NaCl脅迫下，菊芋株高、總鮮重、地上部鮮重、地上部干重、含水率、POD活性、CAT活性與對(duì)照組相比均降低，而地下部鮮重、地下部干重、根冠比、SOD活性均較對(duì)照組有小幅度提高。

鹽脅迫； 菊芋； 抗氧化

鹽漬化是制約植物生長(zhǎng)和降低干旱和半干旱區(qū)作物產(chǎn)量的主要化學(xué)脅迫因子[1-2]，土壤的鹽漬化已然成為同資源問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題和生態(tài)問(wèn)題為一體的全球性問(wèn)題[3-4]。我國(guó)是世界鹽堿地大國(guó)之一，土地鹽漬化嚴(yán)重影響我國(guó)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和植被分布，在降低經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)又破壞生態(tài)環(huán)境。目前最經(jīng)濟(jì)有效的利用鹽漬化土地的生物途徑之一就是篩選、利用耐鹽植物。研究植物鹽脅迫響應(yīng)機(jī)制對(duì)選育合適的農(nóng)林業(yè)耐鹽品種，以及鹽堿地區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)和利用改良等極具理論和現(xiàn)實(shí)意義。

菊芋(Helianthustuberosus)是主要靠塊莖繁殖，耐寒，耐旱，耐貧瘠，耐鹽堿，繁殖力強(qiáng)的菊科向日葵屬多年生草本植物[5]。菊芋的生態(tài)適應(yīng)性很強(qiáng)，是耐鹽脅迫研究的理想材料。菊芋地上莖葉是優(yōu)質(zhì)粗飼料，被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織稱為“21 世紀(jì)人畜共用作物”[6]。其地下塊莖亦具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。菊芋塊莖中菊糖含量較高，工業(yè)上用它提煉白酒和酒精。菊糖水解后的果糖，可用于醫(yī)藥生產(chǎn)，制作糖果、糕點(diǎn)等。同時(shí)菊芋塊莖中富含淀粉，可食用或作醬菜，還可以利用芋粉轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙醇，是極具前景的生物能源原料。有研究認(rèn)為，植物苗期對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)最為敏感。本研究特以青芋二號(hào)菊芋幼苗為研究對(duì)象，探究不同濃度NaCl處理對(duì)苗期菊芋生長(zhǎng)指標(biāo)和葉片抗氧化酶的脅迫效應(yīng)，以探討青芋二號(hào)菊芋品種對(duì)NaCl脅迫的適應(yīng)機(jī)理，旨在為鹽漬土地種植菊芋提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

以購(gòu)自青海省農(nóng)林科學(xué)院的青芋二號(hào)塊莖為試驗(yàn)材料。

1.2 方法

選取具有發(fā)芽能力的青芋二號(hào)菊芋塊莖，消毒后將芽眼完好的部分切成塊，種于裝有蛭石的穴盤中，將穴盤放入溫室進(jìn)行培養(yǎng)，晝/夜溫度為31 ℃/22 ℃。待塊莖萌發(fā)長(zhǎng)出2～3對(duì)真葉后，挑選生長(zhǎng)一致的幼苗，轉(zhuǎn)移至裝有石英砂和蛭石的具孔塑料盆中，每盆栽3株，每日用1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液澆灌，且營(yíng)養(yǎng)液要每天更換1次。苗齡20 d后，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的菊芋幼苗分別用含不同濃度NaCl(0、50、100、150、200 mmol·L-1)的1/2 Hoagland培養(yǎng)液進(jìn)行脅迫處理。澆灌量以沒(méi)過(guò)細(xì)沙為準(zhǔn)，使根部溶液徹底更新。蒸發(fā)、蒸騰損失的水通過(guò)稱重加蒸餾水進(jìn)行補(bǔ)充。

為避免幼苗受高濃度鹽處理的沖擊，選擇每日脅迫濃度遞增的方法處理幼苗，當(dāng)各處理達(dá)到預(yù)期濃度后7 d進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 株高

用卷尺測(cè)量菊芋幼苗莖基部到植株頂葉的距離作為株高,測(cè)量時(shí)要舒展頂葉。

1.3.2 鮮重、干重、根冠比

隨機(jī)拔取每個(gè)處理各6株菊芋幼苗，用自來(lái)水將根部沖洗干凈，再用去離子水清洗，然后用濾紙吸干水分，用剪刀將根、莖、葉分開(kāi)，然后用稱重法稱取各部位鮮重(m1)，之后將稱重好的根、莖、葉置于恒溫干燥箱先105 ℃殺青15 min，再60 ℃烘干至恒重，稱取各部位干重(m2)，即為生物量。

含水率=(m1-m2)/m1×100；

根冠比=根生物量/(莖生物量+葉生物量)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)有顯著差異的處理采用Duncan法進(jìn)行多重比較，用Excel 2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響

2.1.1 株高

從圖1可看出，50 mmol·L-1的NaCl處理下菊芋株高最高，且與對(duì)照組(NaCl濃度為0)差異顯著(P<0.05)。當(dāng)NaCl濃度≤50 mmol·L-1時(shí)，隨著處理濃度的升高菊芋株高呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；當(dāng)NaCl濃度>50 mmol·L-1時(shí)，隨著NaCl濃度遞增，菊芋株高呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。200 mmol·L-1NaCl處理下菊芋株高顯著(P<0.05)低于對(duì)照組，說(shuō)明菊芋幼苗生長(zhǎng)受到抑制，植株表現(xiàn)為部分脫水，且整體呈現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象，近根部葉片發(fā)黃。

各處理柱上無(wú)相同小寫字母的表示差異顯著(P<0.05)。圖2～5同圖1 不同NaCl濃度對(duì)菊芋株高的影響

2.1.2 鮮重

如圖2所示，隨著NaCl濃度遞增，菊芋幼苗總鮮重、地上部鮮重、地下部鮮重均出現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì)。當(dāng)NaCl濃度為50 mmol·L-1時(shí)，前述3項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到最高值，菊芋幼苗地下部鮮重較對(duì)照組增加85.8%，且差異顯著(P<0.05)。這說(shuō)明低濃度的NaCl處理對(duì)菊芋幼苗生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。高濃度鹽脅迫會(huì)抑制菊芋幼苗生長(zhǎng)。當(dāng)NaCl濃度為200 mmol·L-1時(shí)，與對(duì)照組對(duì)比，總鮮重下降了23.9%，地上部鮮重下降了34.9%，而地下部鮮重卻上升了42.4%，說(shuō)明高濃度鹽處理對(duì)地上部的影響比地下部更明顯。綜上，菊芋幼苗地下部對(duì)NaCl脅迫的耐受力要強(qiáng)于地上部。

2.1.3 干重及根冠比

生長(zhǎng)受抑制、生物量降低是植物在鹽脅迫下最明顯的生理變化。從圖3可看出，當(dāng)NaCl濃度為50 mmol·L-1時(shí)，菊芋幼苗地上部干重、地下部干重相對(duì)于對(duì)照組顯著(P<0.05)上升。當(dāng)NaCl濃度高于50 mmol·L-1時(shí)，干物質(zhì)積累量隨著NaCl濃度的增高而呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。當(dāng)NaCl濃度為200 mmol·L-1時(shí)，菊芋幼苗地下部干重和根冠比均小幅度增高。

2.1.4 各器官含水率

由圖4可知，不同NaCl濃度下菊芋幼苗各器官含水率無(wú)顯著差異。當(dāng)NaCl濃度為25～100 mmol·L-1時(shí)，根、莖含水率較對(duì)照組上升，而葉含水率下降，表明低濃度的NaCl對(duì)菊芋幼苗葉片水分代謝率的影響相對(duì)較大。當(dāng)NaCl濃度為150 mmol·L-1時(shí)，根部相對(duì)含水率的增幅高于莖和葉；當(dāng)NaCl濃度為200 mmol·L-1時(shí)，根部相對(duì)含水率的降幅更小。

圖2 不同NaCl濃度對(duì)菊芋幼苗地上部、地下部，及總鮮重的影響

圖3 不同NaCl濃度對(duì)菊芋幼苗地上部、地下部干重，及根冠比的影響

圖4 不同NaCl濃度對(duì)菊芋幼苗各器官含水率的影響

2.2 對(duì)葉片抗氧化酶活性的影響

從圖5可以看出，隨著NaCl濃度增大，菊芋幼苗葉片SOD、CAT活性均呈現(xiàn)先升后降再升再降的趨勢(shì)，POD活性則是先下降，至50 mmol·L-1

起也呈現(xiàn)與SOD、CAT活性相同的變化趨勢(shì)。當(dāng)NaCl濃度為25 mmol·L-1時(shí)，幼苗葉片SOD與CAT活性均高于對(duì)照，但差異不顯著；當(dāng)NaCl濃度為50 mmol·L-1時(shí)，SOD、CAT、POD活性均下降，且SOD、CAT活性與對(duì)照組差異顯著(P<0.05)；當(dāng)NaCl濃度為150 mmol·L-1時(shí)，3種抗氧化酶的活性同時(shí)急劇上升，說(shuō)明該濃度下幼苗葉片活性氧大量積累，細(xì)胞膜受到氧化反應(yīng)的損害，此時(shí)，過(guò)氧化物酶體的氧化反應(yīng)占主導(dǎo)作用，因此機(jī)體誘導(dǎo)產(chǎn)生了大量抗氧化酶以清除活性氧使機(jī)體免受傷害，這與Huang等[7]的研究一致。

所有酶活均以鮮重計(jì)圖5 不同NaCl濃度對(duì)菊芋幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

3 討論

研究發(fā)現(xiàn)，植物幼苗生長(zhǎng)階段對(duì)鹽脅迫最為敏感[8-9]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著NaCl濃度遞增，菊芋幼苗株高、總鮮重、地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重均呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì)，且在NaCl脅迫濃度為50 mmol·L-1時(shí)各指標(biāo)數(shù)值均達(dá)最高值，表明低濃度NaCl處理能夠促進(jìn)菊芋幼苗生長(zhǎng)，而高濃度則會(huì)抑制菊芋幼苗生長(zhǎng)。這與秦娟等[10]對(duì)宇航四號(hào)朝天椒幼苗耐鹽性的研究結(jié)論一致。根冠比增大是植物的一種保護(hù)效應(yīng)，有利于其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的吸收，降低蒸騰，緩解水分脅迫所造成的傷害[11]。本研究中，隨著NaCl濃度提高，根冠比也隨之提高，說(shuō)明菊芋幼苗通過(guò)提高根冠比以適應(yīng)鹽脅迫。但當(dāng)繼續(xù)增大鹽脅迫濃度時(shí)，其根冠比降低。地下部干重和根冠比在200 mmol·L-1NaCl濃度下高于對(duì)照組，且根部含水率在200 mmol·L-1NaCl脅迫濃度下降幅度較小。綜上，50 mmol·L-1NaCl能促進(jìn)菊芋幼苗生長(zhǎng)，且菊芋幼苗的耐鹽能力主要在于根部。

活性氧會(huì)介導(dǎo)膜脂的過(guò)氧化作用[11-13]。鹽脅迫下活性氧的積累會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞受損乃至死亡[14]，細(xì)胞抗氧化酶系統(tǒng)中的SOD、CAT和POD可清除植物體內(nèi)的活性氧[15-17]。當(dāng)鹽濃度超過(guò)了一定量后，抗氧化酶系統(tǒng)的酶活性則會(huì)受到抑制[18]。以上結(jié)論在本研究中得到了充分驗(yàn)證。

鹽化土壤的含鹽率為0.2%～0.6%，鹽土含鹽率為0.6%～2%。含有50 mmol·L-1NaCl的1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液含鹽率為1%。依據(jù)本研究結(jié)果，50 mmol·L-1NaCl對(duì)青芋二號(hào)菊芋幼苗的生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用，且該濃度下3種葉片抗氧化酶活性均比較低，說(shuō)明此脅迫濃度下活性氧含量低，植株沒(méi)有受到活性氧的損害。由此可初步確定，青芋二號(hào)菊芋幼苗具有較強(qiáng)的耐鹽性。

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2017-07-19

國(guó)家民委科研項(xiàng)目(14XBZ013)；蘭州市科技局項(xiàng)目(2015-3-112)；西北民族大學(xué)“一優(yōu)三特”學(xué)科中央高?；究蒲许?xiàng)目(31920170173)

李曉梅(1993—)，女，回族，寧夏中衛(wèi)人，學(xué)士，研究方向?yàn)樯锛夹g(shù)，E-mail：1065880098@qq.com。

馮玉蘭(1979—)，女，甘肅秦安人，副教授，碩士，研究方向?yàn)樯锛夹g(shù)，E-mail：fyl@xbmu.edu.cn。

文獻(xiàn)著錄格式：李曉梅，李愛(ài)卿，趙曉東，等. 氯化鈉脅迫對(duì)菊芋幼苗生長(zhǎng)和葉片抗氧化酶活性的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(12)：2206-2209.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171239

Q945.78

A

0528-9017(2017)12-2206-04

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