NaCl脅迫下羅漢果幼苗生長和生理特性的變化

趙英 何璐潔 鄧平

摘要：為了研究鹽脅迫對羅漢果幼苗生長及生理生化特征的影響，用不同濃度（40、80、120、160、200、240 mmol/L）NaCl溶液脅迫處理羅漢果幼苗，并觀察其生長和生理指標的變化。結(jié)果表明：隨著NaCl濃度的增加，羅漢果幼苗的生長量逐漸降低，當鹽濃度為120 mmol/L時，羅漢果地下部分、地上部分鮮質(zhì)量分別較CK減少26.76%、23.55%;超氧化物歧化酶（SOD）活性隨著鹽濃度的增加總體呈增強趨勢，過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性則隨鹽濃度的增加先增強后減弱;隨著鹽濃度的增加，可溶性蛋白、可溶性糖含量先增加后減小，在鹽濃度為120 mmol/L時達到最大值;隨著鹽濃度的增加，丙二醛（MDA）含量呈上升趨勢，并且始終顯著高于對照。此外，CAT活性與MDA含量、SOD活性呈極顯著正相關，與POD活性呈極顯著負相關，可溶性糖含量與SOD活性呈極顯著正相關。由此說明不同濃度的鹽脅迫對羅漢果幼苗生長和生理指標均有不同程度的抑制作用，當鹽濃度達 120 mmol/L 以上時，會嚴重抑制羅漢果幼苗的生長，甚至會造成幼苗死亡。

關鍵詞：鹽脅迫;羅漢果;生長指標;生理特性

中圖分類號： S567.901 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）15-0199-05

鹽漬土也稱為鹽堿土，在我國的分布范圍廣、面積大、類型多，總面積約為1億hm2[1]。鹽漬化土壤鹽分濃度過高導致植物產(chǎn)生滲透脅迫、氧化應激和離子毒害等;同時，由于長期鹽漬化導致土壤pH值升高，也會對植物造成進一步的傷害[2]。在鹽脅迫地區(qū)，植物生長受到抑制，表現(xiàn)為植株生長較正常、緩慢或停止生長，在高濃度的鹽脅迫條件下，植物會因為其體內(nèi)的細胞失水而死亡。

羅漢果是我國特有的珍貴藥材，素有良藥佳果之稱，果實中含有豐富的葡萄糖、果糖及多種維生素等[3]，用途廣泛。鹽害是制約羅漢果產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素之一，鹽脅迫會影響植物生長量、抗氧化酶活性及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量。楊宏偉等研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫會抑制藜麥幼苗的株高、根系生長和葉面積等植株生長指標[4];周靜等研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽脅迫濃度的增加，辣椒幼苗葉片中的丙二醛（MDA）含量呈上升趨勢，過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性先升高后降低[5];韓志平等研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫會導致黃花菜幼苗可溶性糖含量逐漸降低，可溶性蛋白在黃花菜抵抗?jié)B透脅迫的過程中沒有貢獻[6]。而目前關于羅漢果幼苗對鹽脅迫的反應尚未見報道，因此，研究羅漢果幼苗在鹽脅迫條件下的生長生理變化具有重要的現(xiàn)實意義。本試驗旨在通過研究鹽脅迫對羅漢果幼苗生長和生理特性的影響，探討羅漢果幼苗的耐鹽機制，以期為羅漢果幼苗的種植和推廣提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2019年在玉林師范學院苗圃基地及玉林師范學院生物與制藥學院實驗室進行。供試材料為1年生羅漢果幼苗，栽植于玉林師范學院苗圃基地，采用盆栽法種植，所選羅漢果幼苗生長一致，株高約35 cm，種植在內(nèi)徑25 cm、深 20 cm 的排水、透氣性良好的泥瓦盆中。針對羅漢果對土壤的要求，種植羅漢果的土壤按照園土、基質(zhì)、有機肥體積比=1 ∶ 1 ∶ 1的比例混合，將羅漢果幼苗隨機分成7組，每組設5個重復，正常水肥管理，緩苗3周后開始進行鹽脅迫試驗。為了保證羅漢果幼苗健康生長，控制緩苗期土壤含水量為（25.4±1.23）%。

1.2 試驗設計

選取長勢一致的羅漢果幼苗;配制濃度梯度為40、80、120、160、200、240 mmol/L的NaCl溶液，以蒸餾水作為對照（CK），共7個處理組，每組設5個重復。試驗開始后，每隔3 d對羅漢果植株澆灌1次NaCl溶液，每次澆200 mL/盆，共澆灌6次，直接澆灌根部，不得噴施葉片，以免影響結(jié)果，處理時間為16：00—18：00。脅迫結(jié)束后，取植株中部生長一致的葉片3張，每組分別從3盆植株中選取，葉片均勻混合剪碎并稱取0.2 g，測定各項生理指標，每個處理設3次重復，取平均值。

1.3 試驗方法

1.3.1 生長指標的測定 生長指標的測定參照李長有等的方法[7]，將用不同濃度NaCl處理的羅漢果從泥瓦盆中移出，每個處理、每個重復隨機選取10株羅漢果幼苗，洗凈植株并吸干表面水分，根部即為植物的地下部分，莖、葉即為植物的地上部分。稱取植物地上部分、地下部分的鮮質(zhì)量后，分別放入烘箱中，于105 ℃殺青15 min，然后調(diào)節(jié)溫度至75 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量。分別稱量并記錄地上部分干質(zhì)量、地下部分干質(zhì)量，取平均值。

1.3.2 可溶性蛋白含量的測定 采用考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量，具體參照文獻[8]。

1.3.3 可溶性糖含量的測定 采用蒽酮法測定可溶性糖含量，具體參照文獻[9]。

1.3.4 丙二醛含量的測定 采用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法測定丙二醛含量[10]。

1.3.5 抗氧化酶活性的測定 采用紫外吸收法測定CAT活性[9]，采用愈創(chuàng)木酚法測定POD活性[9]，采用氮藍四唑（NBT）光還原法測定SOD活性[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007制作圖表，用SPSS 16.0對試驗數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗，以P<0.05作為顯著性標準。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對羅漢果幼苗生物量的影響

在鹽脅迫處理條件下，植物受到外界高鹽度環(huán)境的影響，其中直接接觸外界環(huán)境的地下部分（根）受到的影響最大。外界高鹽度的滲透勢導致植物本身脫水，進而影響植物體一系列生理生化反應[11]。如果植物由于根系吸水量變少，會使其蒸騰作用減弱、氣孔關閉，進而使其光合作用減弱，制造的有機物質(zhì)減少，最終減少其生物量。由表1可知，羅漢果地上部分、地下部分的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均隨鹽脅迫濃度的升高而減小，當鹽濃度大于40 mmol/L時，羅漢果地上部分鮮質(zhì)量顯著低于CK（P<0.05）;當鹽濃度大于80 mmol/L時，羅漢果地上部分、地下部分的干質(zhì)量均顯著低于CK（P<0.05）;當鹽濃度為120 mmol/L時，羅漢果地下部分、地上部分的鮮質(zhì)量分別較CK減少26.76%、23.55%。由此可見，羅漢果幼苗的耐鹽性較弱，80 mmol/L及以上的鹽脅迫對其生長的影響較大，120 mmol/L以上的鹽脅迫則嚴重抑制了羅漢果幼苗的生長。

2.2 NaCl脅迫對羅漢果幼苗MDA含量的影響

細胞生物膜透性的增加與膜脂的過氧化作用有關，經(jīng)逆境脅迫（鹽脅迫）后，細胞產(chǎn)生 O-2 · ?、·OH 等，進而使脂質(zhì)過氧化，表現(xiàn)在生物膜結(jié)構(gòu)上即為膜脂過氧化，并生成MDA[12]。MDA具有一定的毒性，它能與膜結(jié)構(gòu)上的蛋白質(zhì)和酶結(jié)合、交聯(lián)而使其失去活性，并破壞膜的結(jié)構(gòu)，進而改變膜的透性。從圖1可以看出，隨著鹽濃度的升高，羅漢果幼苗得MDA含量逐漸增加，當鹽濃度大于 40 mmol/L 時，與CK相比不同鹽濃度羅漢果幼苗MDA含量顯著增加（P<0.05）;當鹽濃度為 40 mmol/L 時，與對照相比，羅漢果幼苗的MDA含量增加了1.09%，差異不顯著;當鹽濃度分別為200、240 mmol/L時，羅漢果幼苗的MDA含量與對照相比分別增加了79.32%、81.45%。以上結(jié)果表明，低濃度鹽脅迫對羅漢果幼苗的影響較小，高濃度鹽脅迫對羅漢果幼苗的影響較大，使其膜脂嚴重過氧化。

2.3 NaCl脅迫對羅漢果幼苗CAT、POD、SOD活性的影響

生長的植物細胞時刻在進行著分解代謝和合成代謝，同時伴隨著物質(zhì)代謝和能量代謝，在此過程中會產(chǎn)生 O-2 · ?、·OH和H2O2等，并且植物體內(nèi)也存在清除這些自由基的途徑和還原型物質(zhì)，以維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。SOD、POD和CAT是生物體內(nèi)重要的活性氧清除酶，在消除超氧化物自由基、減輕脂質(zhì)過氧化和減輕膜傷害方面起著重要作用[13]。SOD可以消除 O-2 · ?，而H2O2可以被CAT分解，POD可以將H2O2分解為H2O。由表2可見，隨著鹽濃度的增加，羅漢果幼苗的SOD活性在一定范圍內(nèi)顯著升高，表明在NaCl脅迫下，羅漢果幼苗細胞內(nèi)產(chǎn)生了較多超氧自由基，SOD的合成量增加可以消除部分 O-2 · ?，以保證細胞內(nèi)各種代謝的正常進行。由表2還可以看出，隨著鹽濃度的增加，羅漢果幼苗的CAT活性先升高后降低，當鹽濃度為 80 mmol/L 時，羅漢果幼苗的CAT活性與其他鹽濃度處理明顯不同（P<0.05）;在部分鹽濃度范圍內(nèi)，CAT活性隨著鹽濃度的升高而緩慢上升，當鹽濃度小于160 mmol/L時，CAT活性升高;當鹽濃度為160 mmol/L時，CAT活性達到最高值;當鹽濃度大于160 mmol/L時，隨著鹽濃度的增加，CAT活性受到抑制，清除自由基的能力減弱。隨著鹽濃度的增加，羅漢果幼苗的POD活性先升高后降低，當鹽濃度為80 mmol/L時，羅漢果幼苗的POD活性顯著高于其他鹽濃度處理（P<0.05）。

2.4 NaCl脅迫對羅漢果幼苗可溶性蛋白含量的影響

可溶性蛋白不僅是光合作用的產(chǎn)物之一，也是光合作用中的酶、電子傳遞體和光合色素的主要組分。在逆境脅迫處理下，植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)與脯氨酸相互作用，蛋白質(zhì)的可溶性增強，即蛋白質(zhì)的水合作用增強[14]。由圖2可以看出，隨著鹽脅迫濃度的增加，羅漢果幼苗的可溶性蛋白含量呈先升后降的趨勢，并且均與CK間差異顯著（P<0.05）;當鹽濃度達到120 mmol/L時，羅漢果幼苗的可溶性蛋白含量達到最大值，比CK顯著提高了111.1%（P<0.05）;當鹽濃度等于240 mmol/L時，可溶性蛋白含量顯著減小，但仍顯著高于CK（P<0.05）。

2.5 NaCl脅迫對羅漢果幼苗可溶性糖含量的影響

植物細胞的滲透調(diào)節(jié)作用是使植物適應環(huán)境，其調(diào)節(jié)能力的強弱直接決定著植株抗逆性的大小以及適應性能力的強弱。大多數(shù)種類的植物在遭受環(huán)境脅迫時，能夠在體內(nèi)積累一些可溶性物質(zhì)（如可溶性蛋白、可溶性糖等），它們對滲透勢的調(diào)節(jié)具有重要作用[15]。這種作用主要表現(xiàn)為保護植物細胞在鹽脅迫下的滲透失衡[16]、穩(wěn)定亞細胞組織如細胞膜和蛋白質(zhì)、清除抗氧化系統(tǒng)等。可溶性糖是很多植物的“滲透調(diào)節(jié)劑”，也是合成其他有機分子的框架（碳架）成分;同時，糖類是細胞生命活動的主要能源物質(zhì)，能夠為細胞進行的新陳代謝提供源源不斷的能量[17]。由圖3可知，隨著鹽脅迫濃度的增加，可溶性糖含量呈現(xiàn)先升后降的趨勢;當鹽脅迫濃度為40～120 mmol/L時，羅漢果幼苗的可溶性糖含量明顯增加，部分處理與CK間差異顯著（P<0.05）;當鹽脅迫濃度達到120 mmol/L時，羅漢果幼苗的可溶性糖含量達到最大值，與CK相比顯著增加了7.01%（P<0.05）;當鹽脅迫濃度大于120 mmol/L時，隨著鹽濃度的增加，羅漢果幼苗的可溶性糖含量逐漸減少，并且各濃度處理間的差異不顯著。在各鹽脅迫處理下，可溶性糖含量仍明顯高于CK，部分差異顯著（P<0.05），可能是由于羅漢果幼苗通過增加可溶性糖含量來增大膨壓，從而增強自身的抗逆性[18]，在逆境脅迫下，植物體內(nèi)積累的可溶性糖越多，其抗逆性就越強。

2.6 鹽脅迫對羅漢果幼苗部分生理指標的相關性分析

植物的生理代謝是一個復雜、有序的過程。在鹽脅迫下，植株的某些生理指標會發(fā)生改變，并引起其他生理指標的改變，從而影響植株的正常代謝[19]。由表3可見，可溶性糖含量與SOD活性呈極顯著正相關，與可溶性蛋白含量呈顯著正相關，與POD活性呈顯著負相關;SOD活性與可溶性蛋白含量、MDA含量呈顯著正相關，與CAT活性呈極顯著正相關;MDA含量與CAT活性呈極顯著正相關;POD活性與CAT活性呈極顯著負相關。由此可見，可溶性蛋白含量隨著可溶性糖含量的增加而增加，MDA含量與SOD、POD、CAT活性的相關性較大，隨著鹽脅迫的增大，最終導致膜透性增加，膜功能受損，3種保護酶的合成量改變;在各個生理指標中，可溶性糖含量與3種酶活性能較好地反映羅漢果幼苗對鹽脅迫的抗性生理變化。

3 討論與結(jié)論

鹽脅迫對植物的傷害巨大，其傷害程度取決于鹽脅迫濃度和植物對鹽脅迫的耐受能力[20]。在逆境脅迫下，植物的活性氧清除系統(tǒng)功能降低，導致活性氧在植物體內(nèi)大量積累，從而擾亂細胞的正常代謝，破壞細胞膜的功能，抑制植物的生長發(fā)育[21-22]。本研究通過分析鹽脅迫對羅漢果幼苗生長和生理特性的影響發(fā)現(xiàn)，羅漢果幼苗地上部分、地下部分的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均隨著鹽脅迫濃度的提高而減小，在120 mmol/L及以上鹽脅迫下，羅漢果地上部分、地下部分的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均顯著低于CK（P<0.05）。鹽脅迫使植物體內(nèi)產(chǎn)生MDA，使得植物細胞膜系統(tǒng)受到破壞，膜通透性增強，電解質(zhì)外滲。CAT、SOD和POD等抗氧化酶能保護膜結(jié)構(gòu)，清除活性氧，維持活性氧代謝平衡，從而增強植物抵抗逆境脅迫的能力[23-25]。在本研究中，隨著鹽濃度的升高，羅漢果幼苗的MDA含量逐漸增加，并且當鹽濃度大于80 mmol/L時，MDA含量顯著增加;隨著鹽濃度的增加，SOD活性總體呈增加趨勢。大量研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫下，作物的MDA含量、SOD活性隨著脅迫濃度的增加而升高[26-27]，這與本試驗結(jié)果一致。而隨著鹽濃度的增加，CAT、POD活性先升高后降低，分別在鹽濃度為160、120 mmol/L達到最大值，說明120 mmol/L及以上濃度的鹽脅迫已超過羅漢果幼苗的耐鹽脅迫能力，嚴重時可造成幼苗死亡。

在鹽脅迫下，植物會積累大量可溶性物質(zhì)（包括可溶性蛋白和可溶性糖），用以維持細胞的正常滲透壓，減輕水分過度損失對細胞的傷害，為鹽脅迫下植物體內(nèi)水分的正常供應提供保障[28]?？扇苄晕镔|(zhì)在植物抵抗逆境脅迫的過程中具有重要作用，但其含量變化在不同植物中的差異較大。本試驗結(jié)果表明，隨著鹽脅迫濃度的增加，羅漢果幼苗的可溶性糖和可溶性蛋白含量先增加后降低，均在鹽濃度為120 mmol/L達到最大值，其含量的增加有利于提高羅漢果幼苗的抗鹽性。當鹽濃度高于 120 mmol/L 時，可溶性糖、可溶性蛋白含量降低，說明高濃度的鹽脅迫對植物幼苗造成了嚴重傷害，這與高茜等的研結(jié)果[29]一致。

綜合來看，羅漢果幼苗的耐鹽性較弱，80 mmol/L 以上濃度的鹽脅迫對其生長的影響較大，120 mmol/L以上濃度的鹽脅迫則嚴重抑制了羅漢果幼苗的生長，甚至造成幼苗死亡。

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