鳳仙花幼苗對鹽脅迫的生理響應(yīng)機(jī)制研究

談中玉 劉 瑩 趙銀玲 任 婷 劉 巖

（長春科技學(xué)院醫(yī)藥學(xué)院，吉林 長春 130118）

1 概述

鹽脅迫幾乎會影響植物從種子生長到植物體的全過程，如種子萌發(fā)、出苗、生長等，盡管鹽脅迫下所有植物的生長都會受到抑制，但是不同植物對于致死鹽濃度的耐受水平和生長降低率不同。

鳳仙花（L.）為鳳仙花科一年生草本植物，別名指甲花、急性子、金鳳花，原產(chǎn)于中國、馬來西亞和印度。鳳仙花性寒、味甘微苦，具有清熱解毒、祛風(fēng)除濕、活血定痛之功效，且花形奇特美麗，有較高的藥用和觀賞價值。鳳仙花的適應(yīng)性強(qiáng)，可在各種環(huán)境條件下生長發(fā)育。土壤鹽漬化會嚴(yán)重威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，也會對鳳仙花的引種和繁育造成嚴(yán)重影響，但至今關(guān)于鳳仙花在抗鹽性方面的研究少有報(bào)道。

因此，筆者以鳳仙花的幼苗為材料，設(shè)置盆栽試驗(yàn)，通過不同質(zhì)量濃度的鹽溶液模擬鹽環(huán)境，脅迫處理鳳仙花幼苗，測定其葉綠素、可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛（MDA）、膜相對透性。此試驗(yàn)旨在觀測鳳仙花幼苗對3種不同單鹽及1組混合鹽的耐受性，研究鳳仙花對不同質(zhì)量濃度鹽的生理適應(yīng)性反應(yīng)，為鳳仙花耐鹽機(jī)理的研究提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)用種

試驗(yàn)用種購自河北省保定市安國藥材市場，對種子進(jìn)行篩選后，挑選優(yōu)質(zhì)種子進(jìn)行育苗，然后在鳳仙花幼苗種植盆中挑選出發(fā)育良好的幼苗。對鳳仙花幼苗進(jìn)行鹽試劑脅迫處理。

2.2 試驗(yàn)試劑與儀器

試劑：蒸餾水、丙酮、無水乙醇、考馬斯亮藍(lán)法試劑、酸性茚三酮試劑、硫代巴比妥酸、磷酸鈉緩沖液、磺基水楊酸、甲苯及冰醋酸。

儀器：剪刀、塑料袋、牛皮帶、吸水紙、電熱恒溫烘箱、電子天平、離心管、紫外分光光度儀、比色皿、燒杯、量筒、高速離心機(jī)、離心管、恒溫水浴鍋、試管、刻度移液管、研缽、容量瓶及洗耳球。

2.3 試驗(yàn)方法

選用鹽試劑質(zhì)量濃度分別為0.2%、0.6%、0.8%（設(shè)置為輕度組D、中度組D及重度組D）的3種單鹽（Ⅰ處理組NaCl、Ⅱ處理組NaCO、Ⅲ處理組NaHCO）和一組混合鹽（Ⅳ處理組NaCl、NaSO）；其中空白對照（CK）組中無須加入鹽溶液，正常用水澆灌。從脅迫開始后的第6、12、18、24 d早上定時采摘鳳仙花幼苗7～10片成熟葉片，當(dāng)日取材當(dāng)日進(jìn)行測定。

測定鳳仙花葉綠素含量，采用分光光度法；測定鳳仙花可溶性蛋白含量，采用考馬斯亮藍(lán)法；測定鳳仙花脯氨酸（Pro）含量，采用分光光度法；測定鳳仙花丙二醛（MDA）含量，采用硫代巴比妥酸法。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同質(zhì)量濃度鹽溶液擬鹽脅迫對鳳仙花幼苗中葉綠素含量的影響

葉綠素含量是反映光合強(qiáng)度的重要生理指標(biāo)。植物受到鹽、堿脅迫時各種生理過程受到干擾，往往造成水分虧缺、礦質(zhì)營養(yǎng)不足、膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)破壞、有害代謝產(chǎn)物積累、蛋白質(zhì)合成速率下降及能量供應(yīng)不足等后果。葉綠素含量下降可以看成是植株受害后的重要生理反應(yīng)，從其下降幅度可以看出其受害程度。由圖1（a）、（d）可知，葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量在D濃度處理下較對照組（CK）差異不顯著（＞0.05）；由圖1（b）、（c）可知，由于高濃度的鹽堿脅迫，葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量在D濃度處理下較對照組差異顯著（CK）（＜0.05）。結(jié)果表明，輕度鹽脅迫對鳳仙花幼苗葉片的光合作用能力有影響，但是在較強(qiáng)鹽脅迫時其光合作用能力受到的影響更為顯著。表明隨著鹽質(zhì)量濃度的升高，光合酶活性下降，葉綠素受到破壞，導(dǎo)致總?cè)~綠素含量降低。

圖1 鹽脅迫下鳳仙花葉片葉綠素含量的變化

3.2 不同質(zhì)量濃度鹽溶液擬鹽脅迫對鳳仙花幼苗中可溶性蛋白含量的影響

由圖2可知，低質(zhì)量濃度混合鹽處理對鳳仙花幼苗可溶性蛋白含量無明顯影響，但高濃度組對其有一定脅迫作用。Ⅰ、Ⅲ處理組CK與D比較并無明顯差異（＞0.05），而隨著脅迫程度的增強(qiáng)和脅迫時間的延長，第18 d可溶性蛋白含量的積累量在D濃度下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ處理組較CK組依次升高19.48%、17.45%、17.92%、6.54%；第6 d可溶性蛋白含量的積累量在D濃度下Ⅱ、Ⅲ處理組達(dá)到峰值，相比CK分別升高了31.21%、8.60%；Ⅱ、Ⅲ處理組鹽質(zhì)量濃度持續(xù)升高，可溶性蛋白含量也持續(xù)增加，致使細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)失衡。因此，鹽脅迫對鳳仙花幼苗葉片可溶性蛋白含量影響較顯著（＜0.05）。

圖2 鹽脅迫下鳳仙花葉片可溶性蛋白含量的變化

3.3 不同質(zhì)量濃度鹽溶液擬鹽脅迫對鳳仙花幼苗中脯氨酸含量的影響

有試驗(yàn)證明，脯氨酸在細(xì)胞內(nèi)的大量積累可改善細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)機(jī)制，使細(xì)胞具有較強(qiáng)滲透能力，加快細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換與代謝。由圖3（b）、（d）可知，脅迫第6 d在D濃度處理下的鳳仙花幼苗葉片中的脯氨酸含量變化較CK處理無顯著差異。隨著脅迫天數(shù)的增加，第18 d在D濃度下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ處理組達(dá)到最高值后脯氨酸含量開始減少，表明隨著鹽脅迫時間的延長和鹽堿濃度的升高，Ⅰ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ處理組脯氨酸的含量依次降低。圖3表明鹽脅迫對于鳳仙花幼苗中的脯氨酸含量影響較顯著（＜0.05），也表明在一定的鹽濃度脅迫下，逆境中脯氨酸對植物體起到了保護(hù)作用。

圖3 鹽脅迫下鳳仙花葉片脯氨酸含量的變化

3.4 不同質(zhì)量濃度鹽溶液擬鹽脅迫對鳳仙花幼苗中MDA含量的影響

丙二醛是膜質(zhì)過氧化的產(chǎn)物之一，其質(zhì)量摩爾濃度越高，膜質(zhì)氧化程度越大，受到的鹽害也越重。由圖4可知，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組處理下，鳳仙花葉片內(nèi)MDA含量隨脅迫時間的延長，呈先降后升再降的趨勢。在Ⅰ、Ⅳ處理組中濃度為D時MDA水平偏低，且兩組間差異均不顯著（＞0.05）。在各處理組中，D濃度下MDA含量均在第6 d達(dá)到最高值，在6 d后MDA含量隨著脅迫時間的延長開始出現(xiàn)先降后升再降的變化趨勢。隨著植物受脅迫程度的變化，MDA含量也開始發(fā)生變化，在逆境脅迫中對植物體起到保護(hù)作用，即增強(qiáng)細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)作用。由此可見，鳳仙花幼苗面對干旱有著屬于自己的自我調(diào)節(jié)機(jī)制。

圖4 鹽脅迫下鳳仙花葉片丙二醛含量的變化

4 結(jié)論與討論

在鹽堿試劑模擬鹽脅迫的試驗(yàn)中，觀測葉綠素的研究結(jié)果表明，鹽脅迫對鳳仙花幼苗葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量的變化基本同步；隨著鹽質(zhì)量濃度的升高，植物葉綠素受到很大影響，從而影響光合作用；隨著鹽脅迫時間的延長，鳳仙花植株及幼苗葉片中葉綠素a、b的適應(yīng)性呈現(xiàn)明顯降低的變化趨勢，反映了鳳仙花幼苗對鹽脅迫的適應(yīng)性耐受力明顯下降，說明鹽脅迫降低了鳳仙花幼苗的光合能力，減少了有機(jī)物質(zhì)的合成，從而導(dǎo)致鳳仙花的生長受到了抑制。查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，有很多學(xué)者開展試驗(yàn)后認(rèn)為鳳仙花葉片內(nèi)部葉綠素a含量的多少主要與光照度和光照時間有關(guān)，而逆境的脅迫強(qiáng)度則不會直接導(dǎo)致鳳仙花幼苗植物的光合色素含量有明顯的變化。這也說明了植物除受逆境會導(dǎo)致葉綠素受到影響，還有光照所帶來的影響。

從圖2、圖3中，可明顯地觀察到可溶性蛋白、脯氨酸含量隨脅迫程度加深的變化。伴隨植物水分的缺失，脯氨酸含量升高，對植物體起到了一定保護(hù)作用?？扇苄缘鞍缀康脑黾涌删S持功能蛋白的數(shù)量和細(xì)胞滲透勢。圖2中，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ處理組在D濃度下可溶性蛋白含量均處于較高水平，除Ⅰ處理組中各濃度差異并不顯著外（＞0.05），其余組表明當(dāng)鹽濃度增加到一定程度時，可溶性蛋白含量增加，表明輕度脅迫下植物發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)，產(chǎn)生脅迫蛋白，導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量階段性增加。當(dāng)鹽脅迫超出細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)作用的上限時，蛋白酶活性變強(qiáng)。研究表明，可溶性蛋白與脯氨酸含量的升高，增加了細(xì)胞通透性，從而降低了MDA的合成速率。

根據(jù)此試驗(yàn)MDA測定結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隨著脅迫程度的增強(qiáng)和處理時間的延長，鳳仙花葉片內(nèi)MDA含量呈先降后升再降的趨勢，在脅迫的過程中，膜質(zhì)氧化程度越大，受到的鹽害也越重。研究認(rèn)為，高濃度的鹽堿脅迫（如此試驗(yàn)中D濃度的Ⅱ、Ⅲ處理組）可以導(dǎo)致種子積累較多的MDA，不利于幼苗生長，與林艷等的結(jié)論一致。該試驗(yàn)結(jié)果說明，在較強(qiáng)鹽脅迫下，鳳仙花幼苗體內(nèi)MDA含量會有所增加，植物體細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度變高，細(xì)胞膜會受到一定的損傷。

綜上所述，在較長時間的鹽脅迫條件下，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸）可清除活性氧自由基，調(diào)節(jié)了鳳仙花對鹽脅迫的響應(yīng)，減少了氧化傷害，提高了鳳仙花的耐鹽性，說明鳳仙花對鹽脅迫具有一定的耐受性，適合在鹽堿地種植。綜合分析試驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在3種單鹽和一組混合鹽中，首先Ⅰ處理組（NaCl）對鳳仙花幼苗的生長影響最小，其次是Ⅳ處理組（NaCl、NaSO混合鹽），再次是Ⅲ處理組（NaHCO），最后是Ⅱ處理組（NaCO）。