堿脅迫對紫花苜?？寡趸傅挠绊?/h1>
2020-09-01 01:43:28邱漫莉邢曉琳阮亞男
韓 陽，邱漫莉，孟 靖，邢曉琳，阮亞男
(遼寧大學(xué) 生命科學(xué)院，遼寧 沈陽110036)
0 引言
土地鹽堿化作為一個(gè)限制農(nóng)業(yè)發(fā)展生產(chǎn)的全球性問題，已經(jīng)嚴(yán)重地影響了全球生態(tài)穩(wěn)定及生物多樣性.全世界鹽堿土地面積占總土地面積10%左右，而且處于不斷增多的狀態(tài)[1]；我國是鹽堿土地面積較大的國家之一，排在世界第三位.鹽堿土地由于水分流通不暢，使得土壤板結(jié)，影響植物吸收營養(yǎng)過程，致使植物生長受到抑制[2].已有研究表明[3，4]，堿脅迫對植物的傷害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鹽脅迫的傷害.
紫花苜蓿(Medicago stativa)，多年生草本植物，因其具有蛋白質(zhì)含量高、適口性好等優(yōu)良的農(nóng)業(yè)品質(zhì)而在世界范圍內(nèi)廣泛種植[5].紫花苜蓿根系發(fā)達(dá)，生長三年以上的紫花苜蓿主根可扎入土壤中長達(dá)數(shù)米，而且側(cè)根眾多.這種深而有力的根系使得紫花苜蓿具有保蓄水分，防止水分流失，同時(shí)防止土壤侵蝕的作用[6]，強(qiáng)大的根系也使得紫花苜蓿能夠適應(yīng)各種環(huán)境條件，具有較強(qiáng)的抗旱、抗熱、抗寒能力.目前，由于土地鹽堿化、荒漠化與發(fā)展畜牧業(yè)之間的矛盾越來越突出，因此本文研究了紫花苜蓿在堿脅迫下生理生化反應(yīng)，以期為紫花苜蓿在鹽堿條件下的培育和鹽堿地生物治理提供理論依據(jù).
1 材料與方法
1.1 材料
供試品種為甘農(nóng)1號紫花苜蓿(Medicago sativaL.).
1.2 方法
1.2.1 堿脅迫處理
選取大小一致，顆粒飽滿，種皮光滑的紫花苜蓿種子，種植在土壤中；待苗高10 cm時(shí)，選取生長健壯、整齊一致的幼苗，定植于以蛭石和珍珠巖混合物為培養(yǎng)基質(zhì)的花盆中，每盆等距栽種9棵幼苗.隨機(jī)分為5組，設(shè)3次重復(fù).
用Hogland營養(yǎng)液培養(yǎng)定植的幼苗4周后，開始堿脅迫處理.共設(shè)5個(gè)處理，各處理分別澆灌NaHCO3濃度為0 mmol·L-1、25 mmol·L-1、50 mmol·L-1、75 mmol·L-1、100 mmol·L-1的Hogland營養(yǎng)液，每盆每次200 m L，2 d澆一次，共處理14 d.培養(yǎng)及處理期間每天16 h光照，光強(qiáng)為600μmol·m-2·s-1.溫度為(24±2)℃，濕度為(60±5)%.
堿脅迫處理完成后，測定相關(guān)生理指標(biāo).
1.2.2 指標(biāo)測定
1.2.3 數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理及方差等統(tǒng)計(jì)學(xué)分析均由統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 20.0完成.所有的數(shù)據(jù)均以三次的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示(Mean±SD)，檢驗(yàn)水平為5%.各處理平均值均以多重比較(LSD)方法檢測統(tǒng)計(jì)學(xué)差異.數(shù)據(jù)圖形的繪制由繪圖軟件Excel完成.
2 結(jié)果與分析
2.1 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿H2O2含量的影響
過氧化氫是活性氧(ROS)重要的代表之一，逆境條件可誘導(dǎo)植物細(xì)胞內(nèi)H2O2的產(chǎn)生和積累，H2O2的含量在一定程度上可以間接反應(yīng)植物受損傷的程度.由圖1可見，隨著堿處理濃度的增加，H2O2含量呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢.25、50 mmol·L-1處理組H2O2含量顯著低于對照組，分別為對照的81.95%和57.88%.100 mmol·L-1處理組H2O2含量顯著高于對照，是對照的1.095倍，說明100 mmol·L-1時(shí)植物受到的堿脅迫損傷最大.
注：不同字母表示0.05水平上差異顯著.下圖同.圖1 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿H 2O 2含量的影響
2.2 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿超氧自由基產(chǎn)生速率的影響
圖2 不同濃度NaHCO3對紫花苜?！ぎa(chǎn)生速率的影響
2.3 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿MDA含量的影響
在逆境環(huán)境下，植物體內(nèi)過量的氧自由基會引起膜脂過氧化反應(yīng)，產(chǎn)生膜質(zhì)過氧化物——丙二醛，會與蛋白質(zhì)等發(fā)生反應(yīng)，使其喪失功能.所以，MDA的含量可以間接反應(yīng)植物細(xì)胞膜受損的程度.由圖3可以看出，隨著堿處理濃度的增加MDA含量呈先上升后下降的趨勢，25 mmol·L-1處理組的CAT活性顯著升高.50 mmol·L-1和100 mmol·L-1處理組的MDA含量分別較CK高1.026%和1.89%.由此說明，在不同濃度的堿脅迫下，紫花苜蓿受到不同程度的損傷，均產(chǎn)生MDA.
2.4 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿相對電導(dǎo)率的影響
相對電導(dǎo)率在一定程度上也可以反映植物受傷害的程度.植物受到的傷害越大，膜質(zhì)受損越嚴(yán)重，細(xì)胞膜透性增大，引起細(xì)胞液內(nèi)離子流動，導(dǎo)致相對電導(dǎo)率的增高.在堿脅迫下，紫花苜蓿相對電導(dǎo)率呈上升趨勢，在各個(gè)濃度組之間差異顯著分別較CK組增加了2.69倍、3.82倍和4.44倍.說明在不同濃度的堿脅迫下，紫花苜蓿的生物膜都受到了破壞，尤其在高濃度脅迫下，生物膜破損嚴(yán)重，大量電解質(zhì)外泄，相對電導(dǎo)率顯著增加(見圖4).
圖3 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿MDA含量的影響
圖4 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿相對電導(dǎo)率的影響
2.5 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿脯氨酸含量的影響
脯氨酸是植物體內(nèi)一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以保護(hù)生物大分子、保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)[17]，防止細(xì)胞受損.脯氨酸的積累是植物鹽堿脅迫下自身出現(xiàn)的一種防御性行為，也是其遭受逆境脅迫的一種信號[18].如圖5所示，隨著處理液濃度的增加，脯氨酸含量呈逐漸增加的趨勢，且各處理間差異顯著，100 mmol·L-1處理組脯氨酸含量最高，是對照組的9.77倍，說明高濃度堿脅迫下植物會產(chǎn)生大量的脯氨酸以緩解植物所受到的損傷.
2.6 不同濃度NaHCO3對紫花苜?？寡趸富钚缘挠绊?/h3>
圖5 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿脯氨酸含量的影響
圖6 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿CAT 活性的影響
CAT是生物防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶之一，與植物的呼吸作用及光合作用有著密切的聯(lián)系，當(dāng)植物受到傷害時(shí)，CAT活性會增加，對細(xì)胞起保護(hù)作用[20].其主要作用是清除代謝過程中的產(chǎn)生的H2O2，以避免H2O2的積累對細(xì)胞的氧化破壞作用.如圖6所示，CAT活性隨堿濃度升高呈上升趨勢，且與CK差異顯著，分別是CK的1.81倍、2.35倍和2.44倍.但50 mmol·L-1和100 mmol·L-1兩個(gè)處理組間差異不顯著.說明隨著堿濃度的升高，紫花苜蓿細(xì)胞膜系統(tǒng)受到損傷，從而產(chǎn)生大量CAT以緩解堿脅迫對植株造成的傷害.
過氧化物酶(POD)是一種能夠反映植物體內(nèi)代謝狀況和對外界環(huán)境適應(yīng)性的酶，在植物體內(nèi)活性較高，逆境能夠促使POD活性增高，POD同CAT一樣可以清除植物體內(nèi)積累產(chǎn)生的H2O2.如圖7所示，POD酶活性隨NaHCO3堿處理濃度的增加，呈現(xiàn)先下降再上升的變化趨勢.在堿處理濃度為25、50 mmol·L-1時(shí)，POD酶活性顯著低于對照組，分別下降33.3%和30%，而100 mmol·L-1堿處理使POD活性上升131.60%，與CK呈現(xiàn)顯著差異，說明此時(shí)植株受到的損傷最大.
SOD是植物界普遍存在的一種酶，主要作用是防止細(xì)胞膜被活性氧和其他過氧化物破壞，逆境條件下，植物可以通過提高SOD的活性，減少氧自由基對細(xì)胞造成的傷害，其活性的變化可以反應(yīng)植物抗逆性的強(qiáng)弱.如圖8所示，隨著NaHCO3堿處理濃度的增加，SOD酶活性呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，對照組的SOD酶活性最高，50 mmol·L-1堿處理組酶活性最低并顯著低于對照組，是對照組25.77%.這與王愛霞等人[21]研究NaCl脅迫對構(gòu)樹幼苗SOD酶的影響的變化趨勢一致.
2.7 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿葉綠素含量的影響
葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)，主要起吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的作用，葉綠素含量的多少對植物的光合作用有著重要的影響.在土壤鹽脅迫下，植物葉片內(nèi)的葉綠體會遭到破壞，抑制葉綠素的合成或者促進(jìn)葉綠素的分解[22].
圖7 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿POD活性的影響
圖8 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿幼苗SOD酶活的影響
圖9 不同濃度NaHCO 3對紫花苜蓿葉綠素含量的影響
如圖9所示，隨著堿處理液濃度的增加，葉綠素a和葉綠素b均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，各處理組之間差異顯著且與對照組有顯著差異.當(dāng)堿處理濃度為25mmol·L-1時(shí)，葉綠素a和葉綠素b的含量最高，分別為對照組的1.62倍和1.45倍.而隨著堿處理濃度的升高，葉綠素a和葉綠素b的含量逐漸減少，呈下降趨勢.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與劉會超等[23]人的研究結(jié)果類似.
3 討論
CAT和POD是植物抗氧化酶系統(tǒng)中的重要組成部分.POD是活性較高的適應(yīng)性酶，能夠反映植物生長發(fā)育的特性、體內(nèi)代謝狀況以及對外界環(huán)境的適應(yīng)性，逆境能夠促使POD活性增高.CAT也是植物體內(nèi)一種普遍存在的抗氧化酶，并且是一系列抗氧化酶中的最后一道防線，能夠有效清除植物體內(nèi)過多的過氧化氫.
在25 mmol·L-1和50 mmol·L-1堿脅迫下，H O清除酶CAT和POD活性呈現(xiàn)相反的變化趨勢：CAT活性顯著升高，POD活性顯著下降；與此同時(shí)H2O2含量顯著下降，MDA含量未出現(xiàn)顯著變化.這些現(xiàn)象說明，CAT活性上升是紫花苜蓿響應(yīng)低濃度堿脅迫的主要方式，也說明在低濃度堿脅迫下，CAT是清除H2O2的主要酶.在100 mmol·L-1堿脅迫下，CAT和POD酶活性均呈現(xiàn)上升趨勢，H2O2含量也顯著升高，MDA含量和相對電導(dǎo)率也顯著增大，說明此時(shí)CAT和POD對高濃度的堿脅迫做出響應(yīng)，清除掉一部分因堿脅迫而誘導(dǎo)產(chǎn)生的H2O2，但是，高濃度堿脅迫引起的氧化傷害已超出了植物的自我修復(fù)閾值.
光合作用指植物吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有機(jī)物，同時(shí)釋放氧氣的過程.葉綠素是植物光合作用的重要元素，主要起吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的作用，是植物生長發(fā)育的關(guān)鍵.葉綠素是進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，葉綠素含量的高低在一定程度上可以反映植物光合作用的強(qiáng)弱[22].葉綠素代謝是一個(gè)動態(tài)平衡過程，鹽堿脅迫打破了這種平衡，造成葉綠素含量的變化[25].植物在土壤堿肋迫下，葉綠素結(jié)構(gòu)受到破壞，葉綠素含量發(fā)生改變，阻礙植物光合作用的正常進(jìn)行，影響植物的生長.上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，高濃度堿脅迫處理可使紫花苜蓿葉綠素的含量下降，但在脅迫的不同階段，葉綠素的反應(yīng)不同.當(dāng)堿處理濃度為25 mmol·L-1時(shí)葉綠素含量增加，說明紫花苜蓿可能受到低濃度堿脅迫的影響，通過提高葉綠素的合成，來增強(qiáng)葉片的光合作用以適應(yīng)環(huán)境脅迫.而隨著堿脅迫濃度的增加，葉綠素含量開始逐漸降低，表明紫花苜蓿受到堿脅迫的負(fù)影響增強(qiáng)，超過紫花苜蓿自我調(diào)節(jié)能力的極限，堿脅迫對葉綠素合成系統(tǒng)造成了一定的破壞，導(dǎo)致葉綠素含量降低.這與崔祿[26]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致.
脯氨酸是最重要和有效的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，本質(zhì)為游離氨基酸，具有很高的水溶性.幾乎所有的逆境脅迫都會造成植物體內(nèi)脯氨酸的積累，脯氨酸的積累會增強(qiáng)植物對環(huán)境的適應(yīng)能力[27]，植物體內(nèi)的脯氨酸含量可以反應(yīng)植物耐受能力的高低，可以保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)，防止植物過分失水死亡.隨著堿脅迫程度的增強(qiáng)，脯氨酸含量也在持續(xù)增加，脯氨酸作為一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，提高了紫花苜蓿對堿脅迫的抗性.
4 結(jié)論
當(dāng)植物遭受堿脅迫時(shí)，植物的各種生理代謝活動都會受到影響.堿脅迫打破了紫花苜蓿體內(nèi)活性氧代謝系統(tǒng)的平衡，增加了活性氧的產(chǎn)量，活性氧大量累積，細(xì)胞自身的防御保護(hù)系統(tǒng)會啟動，誘導(dǎo)了SOD、CAT、POD活性的變化，進(jìn)而清除氧自由基和過氧化物，保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)不被破壞.堿脅迫下，植物細(xì)胞膜容易發(fā)生破裂，導(dǎo)致胞液外滲，相對電導(dǎo)率顯著增大.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高濃度堿脅迫會對紫花苜蓿的生長造成一定的影響，相對電導(dǎo)率、脯氨酸含量、POD以及SOD活性均隨著堿濃度的升高而顯著升高，紫花苜蓿對低濃度的堿脅迫的耐受性更強(qiáng).
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紫花苜蓿(Medicago stativa)，多年生草本植物，因其具有蛋白質(zhì)含量高、適口性好等優(yōu)良的農(nóng)業(yè)品質(zhì)而在世界范圍內(nèi)廣泛種植[5].紫花苜蓿根系發(fā)達(dá)，生長三年以上的紫花苜蓿主根可扎入土壤中長達(dá)數(shù)米，而且側(cè)根眾多.這種深而有力的根系使得紫花苜蓿具有保蓄水分，防止水分流失，同時(shí)防止土壤侵蝕的作用[6]，強(qiáng)大的根系也使得紫花苜蓿能夠適應(yīng)各種環(huán)境條件，具有較強(qiáng)的抗旱、抗熱、抗寒能力.目前，由于土地鹽堿化、荒漠化與發(fā)展畜牧業(yè)之間的矛盾越來越突出，因此本文研究了紫花苜蓿在堿脅迫下生理生化反應(yīng)，以期為紫花苜蓿在鹽堿條件下的培育和鹽堿地生物治理提供理論依據(jù).
1 材料與方法
1.1 材料
供試品種為甘農(nóng)1號紫花苜蓿(Medicago sativaL.).
1.2 方法
1.2.1 堿脅迫處理
選取大小一致，顆粒飽滿，種皮光滑的紫花苜蓿種子，種植在土壤中；待苗高10 cm時(shí)，選取生長健壯、整齊一致的幼苗，定植于以蛭石和珍珠巖混合物為培養(yǎng)基質(zhì)的花盆中，每盆等距栽種9棵幼苗.隨機(jī)分為5組，設(shè)3次重復(fù).
用Hogland營養(yǎng)液培養(yǎng)定植的幼苗4周后，開始堿脅迫處理.共設(shè)5個(gè)處理，各處理分別澆灌NaHCO3濃度為0 mmol·L-1、25 mmol·L-1、50 mmol·L-1、75 mmol·L-1、100 mmol·L-1的Hogland營養(yǎng)液，每盆每次200 m L，2 d澆一次，共處理14 d.培養(yǎng)及處理期間每天16 h光照，光強(qiáng)為600μmol·m-2·s-1.溫度為(24±2)℃，濕度為(60±5)%.
堿脅迫處理完成后，測定相關(guān)生理指標(biāo).
1.2.2 指標(biāo)測定
1.2.3 數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理及方差等統(tǒng)計(jì)學(xué)分析均由統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 20.0完成.所有的數(shù)據(jù)均以三次的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示(Mean±SD)，檢驗(yàn)水平為5%.各處理平均值均以多重比較(LSD)方法檢測統(tǒng)計(jì)學(xué)差異.數(shù)據(jù)圖形的繪制由繪圖軟件Excel完成.
2 結(jié)果與分析
2.1 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿H2O2含量的影響
過氧化氫是活性氧(ROS)重要的代表之一，逆境條件可誘導(dǎo)植物細(xì)胞內(nèi)H2O2的產(chǎn)生和積累，H2O2的含量在一定程度上可以間接反應(yīng)植物受損傷的程度.由圖1可見，隨著堿處理濃度的增加，H2O2含量呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢.25、50 mmol·L-1處理組H2O2含量顯著低于對照組，分別為對照的81.95%和57.88%.100 mmol·L-1處理組H2O2含量顯著高于對照，是對照的1.095倍，說明100 mmol·L-1時(shí)植物受到的堿脅迫損傷最大.
注：不同字母表示0.05水平上差異顯著.下圖同.圖1 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿H 2O 2含量的影響
2.2 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿超氧自由基產(chǎn)生速率的影響
圖2 不同濃度NaHCO3對紫花苜?！ぎa(chǎn)生速率的影響
2.3 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿MDA含量的影響
在逆境環(huán)境下，植物體內(nèi)過量的氧自由基會引起膜脂過氧化反應(yīng)，產(chǎn)生膜質(zhì)過氧化物——丙二醛，會與蛋白質(zhì)等發(fā)生反應(yīng)，使其喪失功能.所以，MDA的含量可以間接反應(yīng)植物細(xì)胞膜受損的程度.由圖3可以看出，隨著堿處理濃度的增加MDA含量呈先上升后下降的趨勢，25 mmol·L-1處理組的CAT活性顯著升高.50 mmol·L-1和100 mmol·L-1處理組的MDA含量分別較CK高1.026%和1.89%.由此說明，在不同濃度的堿脅迫下，紫花苜蓿受到不同程度的損傷，均產(chǎn)生MDA.
2.4 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿相對電導(dǎo)率的影響
相對電導(dǎo)率在一定程度上也可以反映植物受傷害的程度.植物受到的傷害越大，膜質(zhì)受損越嚴(yán)重，細(xì)胞膜透性增大，引起細(xì)胞液內(nèi)離子流動，導(dǎo)致相對電導(dǎo)率的增高.在堿脅迫下，紫花苜蓿相對電導(dǎo)率呈上升趨勢，在各個(gè)濃度組之間差異顯著分別較CK組增加了2.69倍、3.82倍和4.44倍.說明在不同濃度的堿脅迫下，紫花苜蓿的生物膜都受到了破壞，尤其在高濃度脅迫下，生物膜破損嚴(yán)重，大量電解質(zhì)外泄，相對電導(dǎo)率顯著增加(見圖4).
圖3 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿MDA含量的影響
圖4 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿相對電導(dǎo)率的影響
2.5 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿脯氨酸含量的影響
脯氨酸是植物體內(nèi)一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以保護(hù)生物大分子、保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)[17]，防止細(xì)胞受損.脯氨酸的積累是植物鹽堿脅迫下自身出現(xiàn)的一種防御性行為，也是其遭受逆境脅迫的一種信號[18].如圖5所示，隨著處理液濃度的增加，脯氨酸含量呈逐漸增加的趨勢，且各處理間差異顯著，100 mmol·L-1處理組脯氨酸含量最高，是對照組的9.77倍，說明高濃度堿脅迫下植物會產(chǎn)生大量的脯氨酸以緩解植物所受到的損傷.
2.6 不同濃度NaHCO3對紫花苜?？寡趸富钚缘挠绊?/h3>
圖5 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿脯氨酸含量的影響
圖6 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿CAT 活性的影響
CAT是生物防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶之一，與植物的呼吸作用及光合作用有著密切的聯(lián)系，當(dāng)植物受到傷害時(shí)，CAT活性會增加，對細(xì)胞起保護(hù)作用[20].其主要作用是清除代謝過程中的產(chǎn)生的H2O2，以避免H2O2的積累對細(xì)胞的氧化破壞作用.如圖6所示，CAT活性隨堿濃度升高呈上升趨勢，且與CK差異顯著，分別是CK的1.81倍、2.35倍和2.44倍.但50 mmol·L-1和100 mmol·L-1兩個(gè)處理組間差異不顯著.說明隨著堿濃度的升高，紫花苜蓿細(xì)胞膜系統(tǒng)受到損傷，從而產(chǎn)生大量CAT以緩解堿脅迫對植株造成的傷害.
過氧化物酶(POD)是一種能夠反映植物體內(nèi)代謝狀況和對外界環(huán)境適應(yīng)性的酶，在植物體內(nèi)活性較高，逆境能夠促使POD活性增高，POD同CAT一樣可以清除植物體內(nèi)積累產(chǎn)生的H2O2.如圖7所示，POD酶活性隨NaHCO3堿處理濃度的增加，呈現(xiàn)先下降再上升的變化趨勢.在堿處理濃度為25、50 mmol·L-1時(shí)，POD酶活性顯著低于對照組，分別下降33.3%和30%，而100 mmol·L-1堿處理使POD活性上升131.60%，與CK呈現(xiàn)顯著差異，說明此時(shí)植株受到的損傷最大.
SOD是植物界普遍存在的一種酶，主要作用是防止細(xì)胞膜被活性氧和其他過氧化物破壞，逆境條件下，植物可以通過提高SOD的活性，減少氧自由基對細(xì)胞造成的傷害，其活性的變化可以反應(yīng)植物抗逆性的強(qiáng)弱.如圖8所示，隨著NaHCO3堿處理濃度的增加，SOD酶活性呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，對照組的SOD酶活性最高，50 mmol·L-1堿處理組酶活性最低并顯著低于對照組，是對照組25.77%.這與王愛霞等人[21]研究NaCl脅迫對構(gòu)樹幼苗SOD酶的影響的變化趨勢一致.
2.7 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿葉綠素含量的影響
葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)，主要起吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的作用，葉綠素含量的多少對植物的光合作用有著重要的影響.在土壤鹽脅迫下，植物葉片內(nèi)的葉綠體會遭到破壞，抑制葉綠素的合成或者促進(jìn)葉綠素的分解[22].
圖7 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿POD活性的影響
圖8 不同濃度NaHCO3對紫花苜蓿幼苗SOD酶活的影響
圖9 不同濃度NaHCO 3對紫花苜蓿葉綠素含量的影響
如圖9所示，隨著堿處理液濃度的增加，葉綠素a和葉綠素b均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，各處理組之間差異顯著且與對照組有顯著差異.當(dāng)堿處理濃度為25mmol·L-1時(shí)，葉綠素a和葉綠素b的含量最高，分別為對照組的1.62倍和1.45倍.而隨著堿處理濃度的升高，葉綠素a和葉綠素b的含量逐漸減少，呈下降趨勢.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與劉會超等[23]人的研究結(jié)果類似.
3 討論
CAT和POD是植物抗氧化酶系統(tǒng)中的重要組成部分.POD是活性較高的適應(yīng)性酶，能夠反映植物生長發(fā)育的特性、體內(nèi)代謝狀況以及對外界環(huán)境的適應(yīng)性，逆境能夠促使POD活性增高.CAT也是植物體內(nèi)一種普遍存在的抗氧化酶，并且是一系列抗氧化酶中的最后一道防線，能夠有效清除植物體內(nèi)過多的過氧化氫.
在25 mmol·L-1和50 mmol·L-1堿脅迫下，H O清除酶CAT和POD活性呈現(xiàn)相反的變化趨勢：CAT活性顯著升高，POD活性顯著下降；與此同時(shí)H2O2含量顯著下降，MDA含量未出現(xiàn)顯著變化.這些現(xiàn)象說明，CAT活性上升是紫花苜蓿響應(yīng)低濃度堿脅迫的主要方式，也說明在低濃度堿脅迫下，CAT是清除H2O2的主要酶.在100 mmol·L-1堿脅迫下，CAT和POD酶活性均呈現(xiàn)上升趨勢，H2O2含量也顯著升高，MDA含量和相對電導(dǎo)率也顯著增大，說明此時(shí)CAT和POD對高濃度的堿脅迫做出響應(yīng)，清除掉一部分因堿脅迫而誘導(dǎo)產(chǎn)生的H2O2，但是，高濃度堿脅迫引起的氧化傷害已超出了植物的自我修復(fù)閾值.
光合作用指植物吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有機(jī)物，同時(shí)釋放氧氣的過程.葉綠素是植物光合作用的重要元素，主要起吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的作用，是植物生長發(fā)育的關(guān)鍵.葉綠素是進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，葉綠素含量的高低在一定程度上可以反映植物光合作用的強(qiáng)弱[22].葉綠素代謝是一個(gè)動態(tài)平衡過程，鹽堿脅迫打破了這種平衡，造成葉綠素含量的變化[25].植物在土壤堿肋迫下，葉綠素結(jié)構(gòu)受到破壞，葉綠素含量發(fā)生改變，阻礙植物光合作用的正常進(jìn)行，影響植物的生長.上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，高濃度堿脅迫處理可使紫花苜蓿葉綠素的含量下降，但在脅迫的不同階段，葉綠素的反應(yīng)不同.當(dāng)堿處理濃度為25 mmol·L-1時(shí)葉綠素含量增加，說明紫花苜蓿可能受到低濃度堿脅迫的影響，通過提高葉綠素的合成，來增強(qiáng)葉片的光合作用以適應(yīng)環(huán)境脅迫.而隨著堿脅迫濃度的增加，葉綠素含量開始逐漸降低，表明紫花苜蓿受到堿脅迫的負(fù)影響增強(qiáng)，超過紫花苜蓿自我調(diào)節(jié)能力的極限，堿脅迫對葉綠素合成系統(tǒng)造成了一定的破壞，導(dǎo)致葉綠素含量降低.這與崔祿[26]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致.
脯氨酸是最重要和有效的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，本質(zhì)為游離氨基酸，具有很高的水溶性.幾乎所有的逆境脅迫都會造成植物體內(nèi)脯氨酸的積累，脯氨酸的積累會增強(qiáng)植物對環(huán)境的適應(yīng)能力[27]，植物體內(nèi)的脯氨酸含量可以反應(yīng)植物耐受能力的高低，可以保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)，防止植物過分失水死亡.隨著堿脅迫程度的增強(qiáng)，脯氨酸含量也在持續(xù)增加，脯氨酸作為一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，提高了紫花苜蓿對堿脅迫的抗性.
4 結(jié)論
當(dāng)植物遭受堿脅迫時(shí)，植物的各種生理代謝活動都會受到影響.堿脅迫打破了紫花苜蓿體內(nèi)活性氧代謝系統(tǒng)的平衡，增加了活性氧的產(chǎn)量，活性氧大量累積，細(xì)胞自身的防御保護(hù)系統(tǒng)會啟動，誘導(dǎo)了SOD、CAT、POD活性的變化，進(jìn)而清除氧自由基和過氧化物，保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)不被破壞.堿脅迫下，植物細(xì)胞膜容易發(fā)生破裂，導(dǎo)致胞液外滲，相對電導(dǎo)率顯著增大.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高濃度堿脅迫會對紫花苜蓿的生長造成一定的影響，相對電導(dǎo)率、脯氨酸含量、POD以及SOD活性均隨著堿濃度的升高而顯著升高，紫花苜蓿對低濃度的堿脅迫的耐受性更強(qiáng).
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