精胺對(duì)鹽脅迫下小麥幼苗生理生化指標(biāo)的影響

馬原松， 辛 倩， 朱曉琴， 徐園園， 裴冬麗

(商丘師范學(xué)院植物與微生物互作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南商丘 476000)

土壤鹽漬化是很多干旱或半干旱地區(qū)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)下降的主要原因。土壤中過(guò)量的鹽分會(huì)導(dǎo)致土壤物理和化學(xué)性質(zhì)的改變，進(jìn)而使大部分農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境退化。在鹽脅迫下，由于細(xì)胞內(nèi)Na+大量積累，影響活性氧(reactive oxygen species，ROS)保護(hù)酶的活性，破壞了超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)等對(duì)ROS產(chǎn)生與清除的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。植物體內(nèi)ROS的大量積累，造成植物體膜蛋白和膜脂的損傷，破壞膜結(jié)構(gòu)，使植物生長(zhǎng)緩慢，代謝受到抑制，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)萎蔫甚至死亡[1-2]。因此，增強(qiáng)植物的耐鹽能力對(duì)于緩解鹽脅迫下農(nóng)作物的生長(zhǎng)和提高作物產(chǎn)量具有非常重要的意義。

多胺是一類廣泛存在于原核生物和真核生物中的具有較高生物活性的物質(zhì)，是一類低分子脂肪族含氮堿。在高等植物中不同部位存在的多胺有精胺(Spm)、腐胺(Put)、亞精胺(Spd)等。在生理pH值下，多胺為陽(yáng)離子，它能束縛生物大分子DNA、蛋白質(zhì)、果膠多糖等，參與蛋白質(zhì)磷酸化、轉(zhuǎn)錄后修飾，從而影響植物體內(nèi)DNA、RNA和蛋白質(zhì)生物合成，調(diào)節(jié)酶活性，保持離子平衡。許多研究認(rèn)為，多胺具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育、果蔬成熟、延緩植物衰老、提高植物抗逆性能力等生理功能，與植物的生存環(huán)境密切相關(guān)[3-5]。且已有研究表明，精胺處理可有效緩解NaCl對(duì)番茄種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的抑制作用[6]，緩解NaCl脅迫下黃瓜幼苗的生長(zhǎng)[7]，緩解水分脅迫下小麥幼苗的生長(zhǎng)[8]。

本試驗(yàn)以鄭麥7698為材料，先用1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)小麥至1葉期之后，再分別用0.1 mmol/L Spm和不同濃度NaCl處理，研究外源精胺處理對(duì)鹽脅迫小麥幼苗中SOD、POD、CAT活性和MDA含量的影響，探討精胺在鹽脅迫條件下對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的緩解效應(yīng)及其可能存在的機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 材料

供試小麥品種鄭麥7698，由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.2 方法

1.2.1 小麥種子培養(yǎng) 選取完整、大小均一且無(wú)病蟲(chóng)害、飽滿的小麥種子，先用75%乙醇浸泡30 s，然后用1%次氯酸鈉表面消毒15 min，最后用無(wú)菌水反復(fù)沖洗3次，置于室溫 25 ℃ 下無(wú)菌水浸泡12 h。將吸脹后的小麥種子腹溝向下，分別整齊擺放在已滅菌的盛放雙層濾紙的中號(hào)培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中放30粒種子，用1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，晝夜溫度分別是(25±1)℃和(17±1)℃的恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)，白天 14 h，晚上10 h。

1.2.2 小麥幼苗處理 小麥在1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)至第1張葉充分展開(kāi)時(shí)，將培養(yǎng)皿中培養(yǎng)液完全倒出，隨機(jī)分組處理，共設(shè)定8個(gè)處理：蒸餾水(Ⅰ)；蒸餾水+0.15 mol/L NaCl(Ⅱ)；蒸餾水+0.3 mol/L NaCl(Ⅲ)；蒸餾水+0.45 mol/L NaCl(Ⅳ)；0.1 mmol/L Spm(Ⅴ)；0.1 mmol/L Spm+0.15 mol/L NaCl(Ⅵ)；0.1 mmol/L Spm+0.30 mol/L NaCl(Ⅶ)；0.1 mmol/L Spm+0.45 mol/L NaCl(Ⅷ)，每個(gè)處理均設(shè)3個(gè)重復(fù)。對(duì)于處理Ⅰ每天加入適量蒸餾水，處理Ⅴ每天加入適量0.1 mmol/L Spm，處理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別隔天加入等量蒸餾水和NaCl溶液，處理Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ分別隔天加入等量精胺和NaCl溶液，培養(yǎng)至試驗(yàn)結(jié)束。

1.2.3 各項(xiàng)生理指標(biāo)測(cè)定 在精胺和NaCl開(kāi)始處理后的0、2、4、6 d分別從每個(gè)處理的3個(gè)重復(fù)中隨機(jī)稱取1 g小麥葉片。采用NBT光化學(xué)還原法測(cè)定SOD活性，以抑制NBT光化還原的50%為1個(gè)酶活力單位(U)，酶活性以U/(min·g)表示[9]。用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD活性，以1 min內(nèi)D470 nm變化0.01為1個(gè)過(guò)氧化物酶活性單位(U)，酶活性以 U/(min·g) 表示[9]。CAT活性以1 min內(nèi)D240 nm減少0.1的酶量為1個(gè)酶活力單位(U)，酶活性以U/(min·g)表示[10]。

在精胺和NaCl開(kāi)始處理后的0、2、4、6 d分別稱取0.5 g小麥葉片。用硫代巴比妥酸法測(cè)定MDA含量，單位以 μmol/g 表示[11]。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

用Excel 2007對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析繪圖和SPSS 20.0進(jìn)行顯著性分析，用Duncan’s多重比較法(α=0.05)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Spm對(duì)鹽脅迫下小麥幼苗SOD活性的影響

小麥幼苗葉片SOD活性變化如圖1所示。小麥幼苗葉片中SOD活性在處理0 d大致相同，無(wú)顯著性差異；小麥幼苗2、4、6 d時(shí)SOD活性隨著鹽脅迫處理時(shí)間的增加，整體呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，SOD活性在4 d時(shí)達(dá)到了最大值，6 d時(shí)活性均下降。鹽脅迫下Spm處理組比未處理組SOD活性均升高，根據(jù)顯著性分析(P<0.05)，2 d時(shí)，0.3 mol/L NaCl脅迫下Spm處理組比未處理組SOD活性顯著增強(qiáng)；4 d時(shí)，0.15、0.3 mol/L NaCl脅迫下Spm處理組比未處理組SOD活性顯著增強(qiáng)；6 d時(shí)，0.15、0.45 mol/L NaCl脅迫下Spm處理組比未處理組SOD活性顯著增強(qiáng)。精胺在一定程度上增加了小麥葉片在鹽脅迫下SOD活性。

2.2 Spm對(duì)鹽脅迫下小麥幼苗POD活性的影響

由圖2可知，小麥幼苗葉片中POD活性在處理0 d大致相同，無(wú)顯著性差異；2、4、6 d時(shí)隨著鹽脅迫處理時(shí)間的增加，小麥幼苗葉片中POD活性整體呈現(xiàn)明顯的先上升后下降趨勢(shì)。POD活性在處理4 d時(shí)達(dá)到了最大值，6 d時(shí)活性下降。鹽脅迫下Spm處理組比未處理組POD活性均升高，但隨著處理時(shí)間的不同，在不同濃度NaCl脅迫下，Spm處理組相比未處理組而言，小麥葉片POD活性未發(fā)生顯著性變化。

2.3 Spm對(duì)鹽脅迫下小麥幼苗CAT活性的影響

由圖3可知，小麥幼苗葉片中CAT活性在處理0 d大致相同，無(wú)顯著性差異；CAT活性隨著鹽脅迫處理時(shí)間的增加，呈現(xiàn)明顯的先升后降趨勢(shì)，在處理4 d時(shí)CAT活性達(dá)到最大值。鹽脅迫下Spm處理組比未處理組CAT活性均升高，2 d時(shí)，0.15、0.3 mol/L NaCl脅迫下Spm處理組比未處理組CAT活性顯著增強(qiáng)；4 d時(shí)，0.45 mol/L NaCl脅迫下Spm處理組比未處理組CAT活性顯著增強(qiáng)；6 d時(shí)，0.3、0.45 mol/L NaCl脅迫下Spm處理組比未處理組CAT活性顯著增強(qiáng)。精胺在一定程度上增加了小麥葉片在鹽脅迫下CAT活性。

2.4 Spm對(duì)鹽脅迫下小麥幼苗MDA含量的影響

小麥幼苗葉片MDA含量變化如圖4所示，在試驗(yàn)處理過(guò)程中，由于鹽濃度的增加小麥幼苗葉片中MDA含量明顯上升，小麥幼苗葉片中MDA含量在處理0 d大致相同，無(wú)顯著性差異，MDA含量隨著鹽脅迫處理時(shí)間的增加(2、4、6 d)，小麥幼苗葉片中MDA含量整體呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，在處理 4 d 時(shí)達(dá)到最大值。鹽脅迫下Spm處理組比未處理組MDA含量均降低，2 d時(shí)，0.45 mol/L NaCl脅迫下Spm處理組比未處理組MDA含量顯著降低；4 d時(shí)，0.3 mol/L NaCl脅迫下Spm處理組比未處理組MDA含量顯著降低。施加Spm降低了MDA的積累，從而緩解了鹽脅迫對(duì)小麥幼苗的破壞。

3 討論

在正常生理?xiàng)l件下，植物細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除處于動(dòng)態(tài)平衡之中，當(dāng)植物受到冷害、干旱、鹽堿等脅迫時(shí)，這種動(dòng)態(tài)平衡將遭到破壞，使ROS大量積累，代謝發(fā)生紊亂。ROS的增加啟動(dòng)了植物防御系統(tǒng)，活性氧清除系統(tǒng)SOD、POD、CAT等保護(hù)酶系，在植物體內(nèi)協(xié)同作用消除積累的ROS。研究表明，多胺能影響植物DNA、RNA以及蛋白質(zhì)的合成，參與植物的各種生理生化反應(yīng)，最終清除體內(nèi)積累的ROS，提高植物在逆境環(huán)境下的抵抗能力[12-14]。該試驗(yàn)研究表明，隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，小麥幼苗葉片中SOD、POD、CAT酶活性呈先升后降的趨勢(shì)。施加0.1 nmol/L Spm的不同濃度鹽脅迫處理，小麥葉片中SOD、POD、CAT的活性明顯高于不加Spm的鹽脅迫處理中小麥葉片的SOD、POD、CAT的活性，說(shuō)明施加精胺使得植物清除活性氧的能力更強(qiáng)，以減輕不良生長(zhǎng)環(huán)境的傷害，這與前人研究的結(jié)果[14]相似。

植物的細(xì)胞膜是植物內(nèi)外物質(zhì)能量交換的屏障，具有選擇通透性，外界環(huán)境對(duì)植物的傷害導(dǎo)致膜透性增大，使植物代謝紊亂。因此，在鹽脅迫下，植物的細(xì)胞膜受到環(huán)境的傷害，使膜的通透性增大，膜內(nèi)的物質(zhì)向膜外滲漏，最終使植物細(xì)胞死亡。MDA是植物膜系統(tǒng)穩(wěn)定與否的重要指標(biāo)，而膜系統(tǒng)穩(wěn)定性的大小與植物的抗逆能力密切相關(guān)，其含量與植物的抗逆性呈負(fù)相關(guān)[15]。試驗(yàn)結(jié)果表明，施加0.1 mmol/L Spm的不同濃度NaCl脅迫時(shí)小麥幼苗中MDA含量比不加精胺的NaCl脅迫處理中小麥葉片MDA含量明顯降低，MDA積累減少，緩解鹽脅迫環(huán)境給小麥幼苗造成的傷害，從而提高了小麥

幼苗的抗鹽性。

綜上所述，施加外源精胺處理，可以增加小麥幼苗葉片POD、SOD、CAT保護(hù)酶活性，降低MDA含量，從而可緩解小麥幼苗的鹽脅迫效應(yīng)。

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