異甜菊醇對鹽脅迫下小麥幼苗生長的影響

王 燕 李廷友 王 豆 李佳薇 彭雯璐 芮海云

（泰州學(xué)院，225300，江蘇泰州）

土壤鹽堿化減少了人類可耕作土地的面積，造成土地資源的浪費(fèi)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面受到嚴(yán)重?fù)p失，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界約有10億hm2鹽堿地[1]。目前，提高農(nóng)作物的耐鹽堿性是開發(fā)利用鹽堿地的研究熱點(diǎn)[2-4]。有文獻(xiàn)[5-7]報(bào)道，通過施加外源精胺、赤霉素（GA3）和NO等可以提高農(nóng)作物的耐鹽性。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)培養(yǎng)耐鹽品種，但轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的安全性尚待明確[8]。

小麥?zhǔn)侵匾募Z食作物之一，國內(nèi)外學(xué)者對小麥在鹽堿脅迫下的生長作了大量研究工作。研究[9]表明，在鹽脅迫下，小麥細(xì)胞內(nèi)Na+大量積累，破壞了超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等對自由基的清除作用，造成小麥體內(nèi)自由基積累，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使植物新陳代謝受到抑制。

異甜菊醇是一種四環(huán)二萜類化合物，多個(gè)文獻(xiàn)[10]報(bào)道其具有廣泛的抗腫瘤、抑菌、降血壓、降血糖和抗氧化等生理活性。GA3作為一種植物激素，廣泛用于促進(jìn)植物的生長發(fā)育，高添樂等[11]報(bào)道了不同濃度的GA3葉面噴施對甜玉米幼苗CAT及SOD活性有不同程度的提高，王楠等[12]報(bào)道了GA3浸泡種子可使鹽脅迫下黃芪種子發(fā)芽率明顯提升，朱秀紅等[13]報(bào)道了GA3浸種處理提高了鹽脅迫下泡桐種子發(fā)芽率，促進(jìn)了根和芽的生長，增強(qiáng)了鹽脅迫下泡桐幼苗中氧化酶系活性。異甜菊醇作為赤霉素類似物，可由甜菊苷水解得到，國內(nèi)早期文獻(xiàn)曾報(bào)道，甜菊苷及其衍生物對水稻種子發(fā)芽的促進(jìn)作用相當(dāng)或好于GA3，其中對水稻種子的胚根和胚芽的生長發(fā)育促進(jìn)作用要好于GA3[14]，但對鹽脅迫下植物生長的促進(jìn)作用缺乏研究。本文以小麥品種揚(yáng)麥2號(hào)種子為試驗(yàn)材料，用不同濃度的異甜菊醇對小麥種子進(jìn)行預(yù)處理，研究不同濃度異甜菊醇對鹽脅迫條件下小麥幼苗生長指標(biāo)、SOD、POD及CAT活性的影響，探討異甜菊醇在鹽脅迫下對小麥幼苗生長的促進(jìn)作用及可能存在的機(jī)制，為小麥種子的抗鹽研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

小麥品種為揚(yáng)麥2號(hào)，購買于江蘇省自泰州市農(nóng)貿(mào)市場。異甜菊醇純度99.5%，購自南京金陵藥業(yè)，其余試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

挑選外形飽滿、大小均一、成熟度一致的種子，用1%NaClO溶液消毒，清水沖洗干凈，用濾紙吸干種子表面水分待用。于室溫下分別用10-7、10-8、10-9和10-10mol/L的異甜菊醇水溶液浸泡種子24h。將吸脹后的小麥種子腹溝向下整齊擺放在已滅菌的、鋪有雙層濾紙的中號(hào)培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中放50粒種子。設(shè)11個(gè)處理組，分別考察100和150mmol/L NaCl鹽脅迫條件下不同濃度異甜菊醇對小麥幼苗生長的影響，具體處理如表1所示。在室溫條件下正常培養(yǎng)7d，每天補(bǔ)充蒸餾水至首日劑量。

表1 因素水平Table 1 Factor levels

1.3 樣品采集與分析

培養(yǎng)7d后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測定。采用常規(guī)直尺測量苗長和根長，用電子天平稱苗鮮重和根鮮重。采用氮藍(lán)四唑（NBT）法[15]測定SOD活性，以抑制NBT光化還原的50%為1個(gè)酶活單位（U），酶活性以U/g表示；采用愈創(chuàng)木酚法[15]測定POD活性，以1min內(nèi)OD470變化0.01為1個(gè)酶活單位（U），酶活性以U/(g·min)表示；采用紫外吸收法[11]測定CAT活性，以1min內(nèi)OD240減少0.1為1個(gè)酶活單位（U），酶活性以U/(g·min)表示；采用硫代巴比妥酸法[15]測定丙二醛（MDA）含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 7.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著極差法（LSD）進(jìn)行差異顯著性分析（P＜0.05），并用Excel 2010軟件進(jìn)行圖表的繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 異甜菊醇對鹽脅迫條件小麥幼苗生長的影響

由表2可知，模型組和CK組的苗長和根長存在顯著差異，在100mmol/L NaCl脅迫下，小麥早期生長受到明顯抑制，CK組的苗鮮重和根鮮重也高于模型組，但無顯著差異。與模型組相比，A1、A2、A3和A4組的苗長分別提高了13.3%、16.0%、12.1%和9.1%；根長分別提高123.9%、106.3%、144.0%和75.5%；根鮮重分別提高了41.4%、89.7%、20.7%和72.4%；苗鮮重與模型組相比，雖然均有提高，但無顯著差異。說明異甜菊醇能夠顯著緩解鹽脅迫對小麥幼苗的生長脅迫，尤其是提高了小麥幼苗的根系生長發(fā)育，其中以A2組促進(jìn)作用最明顯。

表2 100mmol/L NaCl鹽脅迫下異甜菊醇對小麥幼苗生長的影響Table 2 Effects of isosteviol on growth of wheat seedlings under 100mmol/L NaCl salt stress

由表3可知，模型組和CK組的苗長、根長、苗鮮重及根鮮重均存在顯著差異，在150mmol/L NaCl濃度脅迫下，小麥早期生長受到明顯抑制，且模型組小麥各項(xiàng)指標(biāo)均低于100mmol/L NaCl濃度脅迫下的模型組，說明鹽濃度越高，小麥生長受到的抑制作用越強(qiáng)。與模型組相比，B1、B2和B3組的根長分別提高了34.5%、31.7%和46.4%，B4組對根長的提高不明顯；根鮮重分別提高了19.2%、19.2%、80.8%和15.4%；苗長和苗鮮重方面，除B3組的苗鮮重顯著提高外，其他均無顯著差異。說明在高濃度鹽脅迫條件下，異甜菊醇對小麥幼苗的生長脅迫仍有緩解作用，和低濃度鹽脅迫相同，主要促進(jìn)小麥幼苗的根系發(fā)育，其中以B3組促進(jìn)作用最明顯。

表3 150mmol/L NaCl鹽脅迫下異甜菊醇對小麥幼苗生長的影響Table 3 Effects of isosteviol on growth of wheat seedlings under 150mmol/L NaCl salt stress

2.2 異甜菊醇對鹽脅迫條件小麥葉片抗氧化酶系統(tǒng)的影響

由圖1可知，在100mmol/L NaCl鹽脅迫下，模型組小麥葉片中的MDA含量相比CK組顯著增加，SOD、POD及CAT活性顯著下降，說明鹽脅迫降低了小麥葉片中抗氧化酶的活性，從而使MDA含量增加。與模型組相比，A1、A2、A3和A4組MDA含量分別下降了10.6%、15.0%、11.6%和13.4%；SOD活性分別提高了9.7%、53.3%、39.0%和45.9%；POD活性分別提高了8.7%、19.6%、22.7%和17.8%；A3和A4組CAT活性分別提高了44.0%和34.0%，A1和A2組CAT活性也高于模型組，但無顯著差異。A2、A3和A4組的3種抗氧化酶活性均高于CK組，說明異甜菊醇提高了鹽脅迫條件下小麥幼苗的抗氧化酶活性，尤其是SOD活性顯著提高，其中A2組SOD活性提高最明顯，這與A2組小麥各項(xiàng)生長指標(biāo)均顯著提高的結(jié)果一致。

圖1 100mmol/L NaCl鹽脅迫下異甜菊醇對小麥葉片中MDA含量，SOD、POD及CAT活性的影響Fig.1 Effects of isosteviol on MDA content and SOD,POD,CAT activities of wheat leaves under 100mmol/L NaCl salt stress

由圖2可知，在150mmol/L NaCl高濃度鹽脅迫下，模型組小麥葉片中MDA含量與CK組相比極顯著增加，3種抗氧化酶活性顯著降低。與模型組相比，B1、B2、B3和B4組MDA含量均下降；SOD活性分別提高了20.1%、35.9%、203.9%和28.2%；POD活性分別提高了13.2%、23.6%、23.6%和27.9%；B1和B3組CAT活性分別提高了31.0%和23.8%，B2和B4組CAT活性也有所提高，但無顯著差異。說明在高濃度鹽脅迫條件下，異甜菊醇仍可以顯著提高小麥幼苗中抗氧化酶活性，尤其是SOD活性，其中B3組SOD活性提高最顯著，這與B3組小麥根系生長最發(fā)達(dá)的結(jié)果一致。同時(shí)，對比圖1和圖2中的模型組，高濃度鹽脅迫下的MDA高于低濃度鹽脅迫，各種酶活性低于低濃度鹽脅迫。說明鹽脅迫濃度越高，小麥葉片中抗氧化酶活性被破壞越強(qiáng)，有害物質(zhì)MDA含量越高。

圖2 150mmol/L NaCl鹽脅迫下異甜菊醇對小麥葉片中MDA含量，SOD、POD及CAT活性的影響Fig.2 Effects of isosteviol on MDA content and SOD,POD,CAT activities of wheat leaves under 150mmol/L NaCl salt stress

3 討論

3.1 異甜菊醇對小麥生長指標(biāo)的影響

鹽脅迫條件下，植物生長受到抑制，因此，生長量可以作為植物耐鹽性的直接指標(biāo)[16]。朱秀紅等[13]研究表明，適宜濃度的GA3浸種可調(diào)節(jié)內(nèi)源激素含量的變化及其比值平衡，可以緩解鹽脅迫對泡桐種子造成的傷害，且不同品種緩解所需最佳GA3濃度不同。本研究結(jié)果表明，作為赤霉素類似物，不同濃度的異甜菊醇也可顯著緩解鹽脅迫對小麥幼苗的生長抑制作用，尤其是根系生長的促進(jìn)作用，但其促進(jìn)作用與濃度不成比例關(guān)系，與前人[13]研究結(jié)果一致。本文研究結(jié)果表明，10-8和10-9mol/L的異甜菊醇分別對100和150mmol/LNaCl脅迫下小麥幼苗的生長促進(jìn)作用最明顯。說明不同濃度的鹽脅迫條件下，異甜菊醇對小麥抗鹽性的提高有不同的最佳濃度，該結(jié)論提示當(dāng)鹽脅迫程度不同時(shí)，植物生長促進(jìn)劑的適宜濃度也不同。適當(dāng)降低異甜菊醇的濃度，可以增加其對植物的生長促進(jìn)作用，這與低濃度植物激素可以促進(jìn)植物生長、高濃度激素抑制植物生長研究[17]結(jié)論一致。

3.2 異甜菊醇對小麥葉片抗氧化酶活性的影響

鹽脅迫下，植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生使平衡狀態(tài)遭到破壞，膜脂過氧化程度增加，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致細(xì)胞死亡?？寡趸窼OD、POD和CAT是植物體內(nèi)清除自由基的重要酶類，鹽脅迫條件下，植物通過提高抗氧酶活性，減輕逆境脅迫的傷害，維持正常生理功能[18]。SOD是細(xì)胞膜保護(hù)的第1道防線，其抗氧化機(jī)理是將毒性較強(qiáng)的O2-歧化為毒性較弱的H2O2，POD作為重要的H2O2清除酶，將H2O2還原為H2O，CAT也能將H2O2歧化為H2O和O2，但其清除效率較低[19]。朱金芳等[20]研究表明，在鹽脅迫濃度達(dá)150mmol/L時(shí)，中國檉柳中抗氧化酶SOD、POD、CAT活性顯著降低，MDA含量顯著升高。本研究結(jié)果顯示，在2種鹽濃度脅迫條件下（100和150mmol/L），模型組小麥幼苗中抗氧化酶體系活性均顯著降低，MDA含量顯著升高，這與前人[20]研究結(jié)果是一致的。同時(shí)，本文研究結(jié)果還揭示了鹽脅迫濃度越高，植物幼苗中的抗氧化酶活性被破壞越明顯，有害物質(zhì)MDA含量越高。朱秀紅等[13]研究表明，適宜GA3浸種可以顯著提高泡桐幼苗中抗氧化酶活性，提高泡桐的耐鹽性。本研究結(jié)果表明，赤霉素類似物異甜菊醇也能提高小麥葉片中SOD、POD及CAT活性，降低MDA含量，尤其是顯著提高了SOD活性。在鹽脅迫濃度不同時(shí)，提高酶活性的最適宜異甜菊醇濃度也有變化，其結(jié)果與最適宜提高小麥生長指標(biāo)的濃度是一致的。

4 結(jié)論

異甜菊醇作為GA3類似物，主要是通過提高小麥幼苗中抗氧酶活性，尤其是SOD活性來提高小麥幼苗的抗鹽性能，且鹽脅迫濃度不同時(shí)，最佳促進(jìn)作用的異甜菊醇濃度也不同。最適宜異甜菊醇浸種濃度（10-8和10-9mol/L）低于GA3常用最佳濃度（10-4和10-5mol/L），提示異甜菊醇作為提高植物抗逆性生長促進(jìn)劑用量更低，具有更好的應(yīng)用前景。