蒲公英對NaCl單鹽和海水復合鹽脅迫的生理響應

付嬈 張海洋 梁曉艷 顧寅鈺 邢延富 宋延靜 李萌 李茹霞 王向譽 郭洪恩

摘要：為開發(fā)更多的耐鹽（海水）蔬菜新品種，本研究以兼具食用和藥用價值的野生蔬菜蒲公英為材料，以200 mmol/L NaCl為單鹽脅迫處理，以等Na+含量的海水（鹽濃度16 g/L）為復合鹽脅迫處理，研究不同時間（0、3、6 h和12 h）鹽脅迫下超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性，膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）含量及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性蛋白含量的變化。結果表明：與0 h相比，鹽脅迫處理3 h和6 h時，蒲公英葉片中的三種抗氧化酶（SOD、POD和CAT）活性、MDA及可溶性蛋白含量迅速增加（P<0.05），12 h時三種酶活性與鹽脅迫3 h或6 h相比有所降低，但仍顯著高于0 h時;海水復合鹽脅迫下蒲公英葉片SOD、POD和CAT活性的增加及MDA和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，相較于NaCl單鹽脅迫有所提高，但多數(shù)差異不顯著（P>0.05）。綜上所述，受到鹽脅迫時，蒲公英快速啟動細胞內(nèi)的保護酶系統(tǒng)，細胞膜透性和可溶性蛋白含量增加，使細胞維持較低的滲透勢，以抵抗逆境脅迫，但植株受到較高濃度鹽脅迫一段時間后，體內(nèi)積累了大量活性氧，其活性氧清除酶活性降低，植株生長受到顯著抑制。

關鍵詞：蒲公英;NaCl脅迫;海水復合鹽脅迫;生理響應

中圖分類號：S647 ?文獻標識號：A ?文章編號：1001-4942（2020）02-0033-05

Abstract In order to develop more new species of salt （seawater） tolerant vegetables，the wild dandelion with both edible and medicinal values was used as the experimental material. Two treatments were set as single salt stress （200 mmol/L NaCl） and compound salt stress （seawater with 16 g/L of salinity with equal Na+ concentration. The activities of superoxide dismutase （SOD），peroxidase （POD） and catalase （CAT），and the contents of malondialdehyde （MDA） and soluble protein under salt stress were determined after treated for 3，6 and 12 hours respectively. The results showed that the activities of SOD，POD and CAT and the contents of MDA and soluble protein increased rapidly under salt stress after 3 hours and 6 hours compared with no stress. Nevertheless，the activity of the three antioxidant enzymes decreased after 12 hours compared with that after 3 hours and 6 hours under salt stress，but they were still higher than that of no stress. The compound salt （seawater） stress increased the activity of antioxidant enzymes and the accumulation of MDA and soluble protein compared with single salt （NaCl） stress，but most differences were not significant. In summary，when subjected to salt stress，the protective enzyme system in dandelion was rapidly activated，and the cell membrane permeability and soluble protein content increased，in order to maintain lower osmotic potential of cells to resist salt stress. However，a large amount of reactive oxygen species could accumulated in the plants after a period of high concentration salt stress，and the activity of reactive oxygen scavenging enzymes decreased， so the plant growth was significantly inhibited.

Keywords Taraxacum mongolicum Hand.-Mazz.; NaCl stress; Seawater compound salt stress; Physiological response

由于海水含鹽量高，培育的蔬菜不易發(fā)生病蟲害，不用施加化學農(nóng)藥，因此，海水蔬菜是世界上公認的綠色有機食品。海水蔬菜除含有普通蔬菜的營養(yǎng)成分外，其胡蘿卜素、微量元素及鈉的含量等均高于普通蔬菜，同時因其含堿成分高，還可調(diào)節(jié)人體內(nèi)的酸堿平衡[1]。但作為一種新興產(chǎn)業(yè)，海水蔬菜發(fā)展在我國還處于起步階段。目前耐海水蔬菜品種仍很稀少，能用100%海水灌溉的蔬菜品種，主要有西洋海筍、海茴香、黑枸杞等品種[2]。大力發(fā)展海水蔬菜產(chǎn)業(yè)首要而關鍵的環(huán)節(jié)是，加強濱海地區(qū)抗鹽耐海水植物種質(zhì)資源的篩選與培育，或馴化現(xiàn)有蔬菜作物，提高其經(jīng)濟價值和耐鹽屬性，使其逐步達到完全耐海水灌溉的程度。

鹽脅迫可誘導植物氣孔關閉，限制CO2固定，增加超氧陰離子自由基（O·—2）、過氧化氫（H2O2）、羥自由基（·OH）和單態(tài)氧（1O2）等活性氧（reactive oxygen species，ROS）的大量積累生成[3，4]，此時植物會啟動細胞內(nèi)的保護酶系統(tǒng)，及時清除體內(nèi)由于氧化脅迫產(chǎn)生的大量自由基來維持正常的代謝[5，6]。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）是植物抗氧化酶系統(tǒng)的第一道防線，通過催化歧化反應使活性氧生成H2O2和O2，清除細胞中過量的超氧化物陰離子，消除其毒性[7-9]。過氧化物酶（peroxide，POD）能聯(lián)合超氧化物歧化酶、過氧化氫酶清除過剩的自由基，使體內(nèi)自由基維持在正常的動態(tài)水平[10]。過氧化氫酶（catalase，CAT）主要存在于植物過氧化物酶體和乙醛酸循環(huán)體中，亦是去除H2O2的主要酶之一，主要清除光呼吸過程中產(chǎn)生的H2O2[11]。高鹽脅迫下，植物體內(nèi)活性氧的增加導致細胞膜脂過氧化，丙二醛（MDA）是鹽脅迫下膜脂過氧化的主要產(chǎn)物，其含量代表細胞膜損傷程度和植物對脅迫的耐受性[9]。

蒲公英集食用和藥用價值于一身，作為蔬菜食用具有豐富的營養(yǎng)價值[12];作為一種傳統(tǒng)的中藥材，具有利尿、清熱解毒、消腫散結等功效[13]。鑒于上述原因，我們選擇蒲公英作為開發(fā)耐海水蔬菜的一個種質(zhì)資源，通過分析其鹽脅迫下植株的抗氧化酶活性、膜脂過氧化產(chǎn)物及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量高低的變化動態(tài)，增進對蒲公英鹽脅迫適應機制的了解，為評價其鹽分耐受性提供參考。

1 材料與方法

1.1 幼苗培養(yǎng)及鹽脅迫處理

本試驗于2018年春采用盆栽法進行。蒲公英（Taraxacum mongolicum Hand.-Mazz.）幼苗長至4片真葉時，選取長勢基本一致的幼苗移栽于裝有蛭石的塑料花盆（高15 cm，口徑20 cm）中，每盆3株。設置200 mmol/L的NaCl溶液和等Na+含量的海水（鹽濃度16 g/L）為鹽脅迫處理條件。其中天然海水取自煙臺近海，鹽濃度為33.33 g/L。對照組澆灌蒸餾水，試驗組一澆灌200 mmol/L NaCl，試驗組二澆灌鹽度16 g/L海水，均設置3個生物學重復。鹽脅迫后0、3、6 h和12 h取樣，每處理選取長勢一致3個植株相同葉位的葉片。

1.2 生理生化指標測定

酶液制?。喝∪~片0.5 g剪碎放入冰浴的研缽中，加入提樣緩沖液3 mL研磨成勻漿，后于12 000 r/min下離心10 min，其上清液即為粗酶制劑[14]。

超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氯化硝基四氮唑藍（NBT）光化還原法[15];過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[16];過氧化氫酶（CAT）活性測定采用紫外吸收法[17];丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法[18];可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍比色法[15]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft Excel 2007和SPSS 13.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行整理和顯著性分析，用SigmaPlot 12.5軟件繪制圖。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對蒲公英葉片抗氧化酶活性的影響

SOD是植物體內(nèi)清除活性氧自由基的關鍵酶，其活性的強弱與植物抗氧化能力密切相關。對照組蒲公英葉片SOD活性無顯著變化（P>0.05），兩種類型鹽脅迫處理后，葉片SOD活性升高（圖1）。NaCl處理3、6、12 h，SOD活性分別為510.51、490.99、340.95 U/g，相比0 h（273.85 U/g）分別升高86.42%、79.29%和24.50%（P<0.05）。海水處理3、6、12 h，SOD活性分別為560.81、509.25、372.14 U/g，相比0 h（282.66 U/g）分別升高98.40%、80.16%和31.66%（P<0.05）。

POD可催化H2O2轉(zhuǎn)化為活性較低的H2O，從而使植物體免受過氧化傷害，這對細胞維持正常的新陳代謝活動具有重要作用。對照組蒲公英葉片POD活性無顯著變化（P>0.05），兩種類型鹽協(xié)迫處理后，葉片POD活性升高（圖2）。NaCl處理3、6、12 h，POD活性分別為24.00、29.47、24.64 U/（g·min），相比0 h[19.58 U/（g·min）]分別升高22.57%、50.51%和25.84%（P<0.05）。海水處理3、6、12 h，POD活性分別為28.06、32.11、25.81 U/（g·min），相比0 h[20.22 U/（g·min）]分別升高38.77%、58.80%和27.65%（P<0.05）。

CAT對H2O2具有較高的親和力，可清除線粒體電子傳遞和脂肪酸氧化過程中產(chǎn)生的H2O2，故CAT在維持H2O2的動態(tài)平衡中具有重要作用。對照組蒲公英葉片CAT活性無顯著變化（P>0.05），兩種類型鹽脅迫處理后，葉片CAT活性升高（圖3）。NaCl處理3、6、12 h，CAT活性分別為7.60、6.47、6.57 U/（g·min），相比0 h[5.40 U/（g·min）]分別升高40.74%、19.81%和21.67%（P<0.05）。海水處理3、6、12 h，CAT活性分別為8.03、7.00、6.43 U/（g·min），相比0 h[5.23 U/（g·min）]分別升高53.54%、33.84%和22.94%（P<0.05）。

2.2 鹽脅迫對蒲公英葉片丙二醛和可溶性蛋白含量的影響

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一，可間接反映細胞膜的受損程度和植物對鹽脅迫的耐受性。對照組蒲公英葉片MDA含量無顯著變化（P>0.05），兩種類型鹽脅迫處理后，葉片MDA含量升高（圖4）。NaCl處理3、6、12 h，MDA含量分別為6.46、7.40、6.36 μmol/g，相比0 h（5.08 μmol/g）分別升高27.17%、45.67%和25.20%（P<0.05）。海水處理3、6、12 h，MDA含量分別為7.42、6.42、6.25 μmol/g，相比0 h（5.40 μmol/g）分別升高37.41%、18.89%和15.74%（P<0.05）。

可溶性蛋白是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，鹽脅迫下其含量的增加有利于維持細胞正常代謝。對照組蒲公英葉片可溶性蛋白含量無顯著變化（P>0.05），兩種類型鹽肋迫處理后，葉片可溶性蛋白含量升高（圖5）。NaCl處理3、6、12 h，可溶性蛋白含量分別為14.40、17.31、17.73 mg/g，相比0 h（12.37 mg/g）分別升高16.41%、39.94%和43.33%（P<0.05）。海水處理3、6和12 h，可溶性蛋白含量分別為16.07、18.32、17.50 mg/g，相比0 h（12.57 mg/g）分別升高27.84%、45.74%和39.22%（P<0.05）。

3 討論與結論

在抗氧化系統(tǒng)中，各種抗氧化酶活性、還原物質(zhì)及抗氧化物質(zhì)含量的高低，可反映出植物對活性氧的清除能力或抗氧化能力[19]。正常條件下，POD、CAT和SOD耦聯(lián)，能徹底清除體內(nèi)活性氧自由基，保護膜系統(tǒng)，維持體內(nèi)活性氧代謝平衡。本研究中，用200 mmol/L NaCl和等Na+含量的海水（鹽濃度16 g/L）處理，蒲公英葉片中的三種酶活性迅速增加，鹽脅迫3 h或6 h時，葉片SOD、POD和CAT活性達到較高水平，顯著高于0 h，而鹽脅迫12 h時，三種酶活性與鹽脅迫3 h或6 h相比又有所降低。這說明在受到鹽脅迫時，蒲公英植株快速啟動了細胞內(nèi)的保護酶系統(tǒng)，從而及時清除體內(nèi)氧化脅迫產(chǎn)生的大量自由基來維持正常代謝，但植株受到較高濃度鹽脅迫一段時間后，體內(nèi)積累了大量活性氧，繼而抑制活性氧清除酶活性，POD、CAT與SOD的協(xié)同耦聯(lián)作用下降，活性氧的產(chǎn)生與清除失去平衡，保護酶活性下降，生長受到顯著抑制。

植物細胞在鹽脅迫下產(chǎn)生大量活性氧，導致膜蛋白和脂質(zhì)氧化損傷，膜脂過氧化產(chǎn)生大量的丙二醛。因此，MDA含量代表膜損傷程度和植物對脅迫的耐受性[20]。本研究中兩種類型鹽脅迫處理，蒲公英葉片中的MDA含量迅速增加，說明高鹽脅迫下蒲公英的細胞膜結構受到損傷，細胞內(nèi)外的穩(wěn)定性遭到破壞，造成植物細胞內(nèi)的電解質(zhì)滲漏增強。植物體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（如可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸等）在逆境脅迫條件下迅速積累[21]，植物體則通過增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量幫助維持細胞較低的滲透勢，同時增強植物的耐脫水能力、制約離子吸收、保護生物膜及細胞結構，防止活性氧對膜脂及膜蛋白的傷害，抵抗逆境脅迫[22]。本研究結果顯示，鹽脅迫處理后，蒲公英葉片可溶性蛋白含量迅速提高，隨處理時間延長，與短時間處理相比有所下降，但與0 h相比仍為增加趨勢，這有利于維持細胞較低的滲透勢。蒲公英葉片中可溶性蛋白含量的顯著升高，表明鹽脅迫下蒲公英葉片某些蛋白基因的表達增強，促進蛋白合成或者誘導合成新的蛋白，從而維持細胞內(nèi)較低的滲透勢，緩解鹽脅迫傷害。

目前關于鹽脅迫對植物種子萌發(fā)及幼苗影響的研究多以NaCl單鹽脅迫為主，而在耐海水蔬菜新品種選育中需考慮海水的綜合含鹽狀況，因海水除含有較高濃度的Na+和Cl-，還含有一定濃度的SO2-4、Mg2+、K+、Ca2+等。相比單鹽，復合鹽中高鹽度和高堿度對種子萌發(fā)影響具有協(xié)同效應，其抑制作用明顯大于單鹽與單堿[23]。本試驗研究表明，海水脅迫下蒲公英葉片的SOD、POD和CAT活性的增加，丙二醛和可溶性蛋白的積累，相較于NaCl單鹽脅迫有所提高，但多數(shù)差異不顯著（P>0.05）。本研究結果證實了鹽脅迫下蒲公英抗氧化酶活性的增加及膜脂過氧化產(chǎn)物和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，但尚未對變化機理進行相關研究，后續(xù)需開展相關試驗。

參 考 文 獻：

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