密胡楊對(duì)Na2SO4環(huán)境的生理響應(yīng)

唐宏宥，師建銀，韓占江，白夢(mèng)晗，孫 陽(yáng)，張 敏

（1塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/塔里木盆地生物資源保護(hù)利用兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾843300；2新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)林業(yè)工作管理總站，烏魯木齊830000）

0 引言

土壤鹽漬化對(duì)植物生長(zhǎng)和繁殖有很大影響，對(duì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展、食品安全和不可替代的生物多樣性也有著深遠(yuǎn)的影響。新疆是中國(guó)鹽漬化土壤集中分布區(qū)之一，約1/3的耕地受鹽分影響[1-3]，每年仍在增加。目前，該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一項(xiàng)緊迫而重要的任務(wù)就是合理利用和開(kāi)發(fā)鹽漬化土壤。鹽漬土壤綜合治理的主要手段之一就是生物措施，選育耐鹽植物是切實(shí)可行的途徑[4-6]。

密胡楊是以密葉楊和胡楊為親本雜交育種取得的新品種[7]，又被稱為胡雜[8]。密胡楊選育成功解決了胡楊雜交的世界性難題[9-11]，為國(guó)內(nèi)鹽漬區(qū)改良提供了新的優(yōu)良新品種[12]。密胡楊具有耐鹽、耐瘠、耐干旱、耐寒等抗逆的特性，又具有密葉楊扦插易成活的特性，可以在惡劣的環(huán)境下生存。塔里木盆地鹽漬土壤面積較大，鹽分含量有較大差異，栽植抗逆性強(qiáng)的密胡楊有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前相關(guān)研究報(bào)道還較少，前人研究主要集中在品種選育[13]、扦插繁育[12,14]、傷害適應(yīng)[15]等方面?；诖?，本研究以密胡楊為研究對(duì)象，設(shè)置不同濃度Na2SO4處理，對(duì)密胡楊在不同鹽漬環(huán)境下生長(zhǎng)的生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，旨在評(píng)估密胡楊的耐鹽性，為在鹽漬環(huán)境大面積種植密胡楊提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為1年生密胡楊幼苗。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 密胡楊的前期處理及材料收集 試驗(yàn)于2018年生長(zhǎng)季在塔里木大學(xué)園藝試驗(yàn)站（81°17'17″E、40°32'6.41″N，海拔963 m）進(jìn)行，采用盆栽的方法，塑料盆規(guī)格為上口徑35 cm、下口徑19 cm、高26 cm，苗圃熟土5 kg。將長(zhǎng)勢(shì)一致的密胡楊幼苗分成5組，每組10株，進(jìn)行Na2SO4處理，設(shè)置5個(gè)濃度梯度，即0（對(duì)照）、50、100、150、200 mmol/L，每5天處理一次，共處理6次。保持3個(gè)月相同條件生長(zhǎng)，定期觀察密胡楊幼苗的生長(zhǎng)情況，3個(gè)月后取樣，測(cè)定生理指標(biāo)，3次重復(fù)。

1.2.2 生理指標(biāo)的測(cè)定 取部分新鮮葉片采用電導(dǎo)儀法測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率；其他生理指標(biāo)采用液氮速凍后的葉片集中測(cè)定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定，過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，游離脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測(cè)定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[16-17]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖，用SPSS軟件進(jìn)行方差分析和多重比較(P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度Na2SO4處理對(duì)密胡楊幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

植物細(xì)胞膜為半透性生物膜，可以通過(guò)控制物質(zhì)的進(jìn)出來(lái)調(diào)解細(xì)胞內(nèi)滲透壓，當(dāng)植物受到傷害時(shí)，細(xì)胞膜的選擇性會(huì)根據(jù)受傷情況變化，細(xì)胞膜的相對(duì)透性增加，因此會(huì)有大量物質(zhì)滲透出來(lái)，導(dǎo)致相對(duì)電導(dǎo)率增加[16]。由圖1可以看出，與對(duì)照相比，50～200 mmol/L的Na2SO4溶液處理下，密胡楊幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率無(wú)顯著變化，說(shuō)明本試驗(yàn)的Na2SO4處理并未造成細(xì)胞膜透性的改變。

圖1 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率

2.2 不同濃度Na2SO4處理對(duì)密胡楊幼苗葉片丙二醛(MDA)含量的影響

丙二醛(MDA)是植物細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化的產(chǎn)物。植物在逆境下容易積累較多的自由基，導(dǎo)致發(fā)生膜脂質(zhì)過(guò)氧化作用，脂質(zhì)過(guò)氧化作用越強(qiáng)，MDA含量越高[17]。由圖2可以看出，密胡楊幼苗葉片中MDA含量隨Na2SO4濃度的增大呈先增后減的趨勢(shì)。各Na2SO4處理的密胡楊幼苗葉片的MDA含量均與對(duì)照有顯著差異。說(shuō)明Na2SO4環(huán)境造成了密胡楊幼苗葉片膜脂過(guò)氧化。

圖2 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的MDA含量

2.3 不同濃度Na2SO4處理對(duì)密胡楊幼苗葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

超氧化物歧化酶(SOD)是植物在逆境條件下的酶促防御系統(tǒng)中的重要保護(hù)酶也是關(guān)鍵酶。由圖3可以看出，與對(duì)照相比，50～200 mmol/L Na2SO4溶液處理下，密胡楊幼苗葉片SOD活性無(wú)顯著變化，說(shuō)明SOD對(duì)Na2SO4環(huán)境反應(yīng)不敏感。

圖3 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的SOD活性

2.4 不同濃度Na2SO4處理對(duì)密胡楊幼苗葉片過(guò)氧化氫酶(CAT)活性的影響

過(guò)氧化氫酶(CAT)可以催化植物體內(nèi)的H2O2分解成H2O和O2，進(jìn)而減少H2O2對(duì)植物的傷害。由圖4可以看出，與對(duì)照相比，密胡楊幼苗葉片的CAT活性隨Na2SO4濃度的增大呈先減后增的趨勢(shì)。50 mmol/L Na2SO4處理時(shí)，密胡楊幼苗葉片的CAT活性顯著低于對(duì)照，100～200 mmol/L Na2SO4處理時(shí)，密胡楊幼苗葉片的CAT活性顯著高于對(duì)照。說(shuō)明密胡楊幼苗葉片在遇到Na2SO4環(huán)境時(shí)，CAT活性有適應(yīng)和調(diào)節(jié)（先降低再恢復(fù)并增高）的過(guò)程。

圖4 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的CAT活性

2.5 不同濃度Na2SO4處理對(duì)密胡楊幼苗葉片過(guò)氧化物酶(POD)活性的影響

過(guò)氧化物酶(POD)也是植物體內(nèi)一種可以清除H2O2的重要保護(hù)酶。由圖5可以看出，與對(duì)照相比，50～200 mmol/L Na2SO4處理下，密胡楊幼苗葉片的POD活性顯著高于對(duì)照，說(shuō)明密胡楊幼苗葉片的POD活性對(duì)Na2SO4環(huán)境反應(yīng)靈敏，通過(guò)提高活性來(lái)提高密胡楊抗逆性。

圖5 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的POD活性

2.6 不同濃度Na2SO4處理對(duì)密胡楊幼苗葉片游離脯氨酸含量的影響

游離脯氨酸的主要作用是抗脫水，脯氨酸含量增加，葉片細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力也會(huì)增強(qiáng)[18]。由圖6可以看出，與對(duì)照相比，密胡楊幼苗葉片中游離脯氨酸含量隨著Na2SO4濃度的增加呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢(shì)。50 mmol/L Na2SO4濃度時(shí)，密胡楊幼苗葉片的游離脯氨酸含量顯著增加；Na2SO4濃度為100～200 mmol/L時(shí)，游離脯氨酸含量較50 mmol/L Na2SO4濃度時(shí)顯著降低，但與對(duì)照無(wú)顯著差異。說(shuō)明密胡楊幼苗葉片遇到低濃度Na2SO4時(shí)做出應(yīng)激反應(yīng)，大量合成游離脯氨酸，當(dāng)Na2SO4濃度增加時(shí)游離脯氨酸含量又恢復(fù)到對(duì)照水平，說(shuō)明密胡楊幼苗葉片仍能保持脯氨酸代謝的平衡，以適應(yīng)高濃度的Na2SO4環(huán)境。

圖6 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的游離脯氨酸含量

2.7 不同濃度Na2SO4處理對(duì)密胡楊幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響

逆境中植物的抗逆和植物體內(nèi)的可溶性蛋白有一定的關(guān)系[20]，可溶性蛋白的積累，不僅可以降低細(xì)胞內(nèi)的滲透勢(shì)，還可以平衡原生質(zhì)的內(nèi)外滲透壓[21]。由圖7可以看出，與對(duì)照相比，密胡楊幼苗葉片的可溶性蛋白含量隨著Na2SO4濃度的增大呈現(xiàn)先持平再降低又增加的趨勢(shì)，說(shuō)明密胡楊幼苗葉片的可溶性蛋白在Na2SO4環(huán)境下表現(xiàn)復(fù)雜的代謝適應(yīng)（先合成與分解保持代謝平衡，再分解大于合成，然后逐漸恢復(fù)代謝平衡）。

圖7 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的可溶性蛋白含量

2.8 不同濃度Na2SO4處理對(duì)密胡楊幼苗葉片可溶性糖含量的影響

植物在遭受逆境時(shí)，可溶性糖是起調(diào)節(jié)作用的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一[22]。由圖8可以看出，與對(duì)照相比，密胡楊幼苗葉片的可溶性糖含量隨著Na2SO4濃度的增大呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)，說(shuō)明密胡楊幼苗葉片的可溶性糖在Na2SO4環(huán)境下表現(xiàn)復(fù)雜的代謝適應(yīng)（先分解大于合成，然后逐漸恢復(fù)代謝平衡）。

圖8 不同濃度Na2SO4處理密胡楊幼苗葉片的可溶性糖含量

3 結(jié)論

密胡楊幼苗可以適應(yīng)50～200 mmol/L Na2SO4環(huán)境。與對(duì)照相比，50～200 mmol/L Na2SO4溶液處理下，密胡楊幼苗葉片發(fā)生了細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化作用（MDA含量增加），但細(xì)胞膜選擇透性未被破壞（相對(duì)電導(dǎo)率無(wú)顯著變化），3種保護(hù)酶活性呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)（SOD活性維持不變、CAT活性先減后增、POD活性增加），可溶性蛋白和可溶性糖在Na2SO4環(huán)境下表現(xiàn)復(fù)雜的代謝適應(yīng)。

4 討論

丙二醛(MDA)是細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的終產(chǎn)物之一，可以表示細(xì)胞膜損傷程度[23-24]。本研究結(jié)果顯示，50～200 mmol/L Na2SO4環(huán)境下，密胡楊幼苗葉片的MDA含量有所增加，提示細(xì)胞膜受到了傷害。細(xì)胞膜受傷程度越大，膜透性越大。根據(jù)相對(duì)電導(dǎo)率的大小可以判斷細(xì)胞膜受傷程度，本試驗(yàn)中的Na2SO4環(huán)境未造成膜透性增加。

SOD、POD、CAT是植物抗氧化系統(tǒng)的組成部分[25]，可以降低活性氧對(duì)植物體的傷害作用。本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，50～200 mmol/L Na2SO4溶液處理下，這3種保護(hù)酶活性呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)（SOD活性維持不變、CAT活性先減后增、POD活性增加），說(shuō)明密胡楊幼苗葉片在鹽漬環(huán)境下可以通過(guò)調(diào)節(jié)保護(hù)酶活性來(lái)維持細(xì)胞中的活性氧的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，降低鹽的傷害。鹽漬環(huán)境還會(huì)造成植物的生理干旱。本研究發(fā)現(xiàn)，密胡楊幼苗葉片通過(guò)合成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如游離脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓，這也是植物適應(yīng)逆境的重要方式[26-27]。如前所述，三者在Na2SO4環(huán)境下表現(xiàn)出復(fù)雜的代謝適應(yīng)，其產(chǎn)生原因尚待進(jìn)一步研究。另外，本研究結(jié)果提示密胡楊幼苗可能忍耐更高濃度的Na2SO4環(huán)境，這是未來(lái)研究的方向。