鹽脅迫對蒼術(shù)幼苗生理指標的影響

曹佳諾,王佳佳,項競儀,陳桂平

(1.唐山師范學院 生命科學系,河北 唐山 063000;2.河北師范大學 生命科學學院,河北 石家莊 050024;3.北京林業(yè)大學 生物科學與技術(shù)學院,北京 100091)

植物在鹽脅迫下會受到滲透脅迫、離子毒害、膜透性改變及生理代謝紊亂等影響,植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化,原本的體內(nèi)穩(wěn)態(tài)被打破,植物的生長和生物量被抑制[1]。鹽脅迫會使相關(guān)保護酶的活性降低,光合速率下降。此外,鹽脅迫會產(chǎn)生大量的活性氧(ROS)損害細胞膜系統(tǒng),影響離子運輸,阻礙植物細胞的生理生化活動,損害植物體內(nèi)蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)[2]。為維持植物內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡,植物通過多種方式緩解鹽脅迫對植物帶來的損害,如提高脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等含量來穩(wěn)定細胞結(jié)構(gòu),維持植物正常生理代謝,以及通過保護酶系統(tǒng)發(fā)揮作用。

蒼術(shù)(Atractylodeslancea)作為一味中醫(yī)常用藥,主要指菊科植物茅蒼術(shù)或北蒼術(shù)干燥的根莖[3]。蒼術(shù)為運脾藥,主治濕阻中焦、脘腹脹痛、祛風除濕、夜盲等癥[4]。前人對北蒼術(shù)的研究多集中在與其活性成分及其藥理活性方面,有關(guān)蒼術(shù)鹽脅迫方面的研究主要是關(guān)于蒼術(shù)鹽脅迫后的葉片、種子的變化規(guī)律[5,6],關(guān)于蒼術(shù)耐鹽機制的研究報道較少。本試驗通過測定鹽脅迫下蒼術(shù)的生理生化指標的變化來了解蒼術(shù)的耐鹽機制,為提高蒼術(shù)耐鹽能力,選育耐鹽品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

兩年生健康良好的蒼術(shù)幼苗根作為試驗材料。

1.2 試驗方法

1.2.1 蒼術(shù)幼苗的培養(yǎng)及鹽脅迫處理

將蒼術(shù)幼苗移至營養(yǎng)缽(營養(yǎng)土∶蛭石=3∶1)中。挑選生長狀況良好的蒼術(shù)幼苗進行水培2 d,然后進行鹽脅迫處理。

1.2.2 鹽脅迫處理

結(jié)合Amel的方法[7]選用0.6%、0.9%的NaCl鹽溶液處理0、12、24、48 h后,取根部進行生理指標測定。

1.2.3 測定指標方法

丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定[8];脯氨酸含量的測定采用磺基水楊酸法測定[9];可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法,計算公式為:

可溶性糖含量(μg/g)=C·V/W,

V-植物樣品稀釋后的體積(ml),C-提取液的含糖量(μg/ml),W-植物組織鮮重(g);相對電導率用DDS-11A型電導儀測定,計算公式為:

L=S1/S2·100%,

L-相對電導率(%),S1-初始電導率,S2-終電導率;可溶性蛋白含量采用試劑盒(南京建成生物工程公司,貨號:A045-2)測定;超氧化物歧化酶活性采用試劑盒(南京建成生物工程公司,貨號A001-1)測定;過氧化氫酶活性采用試劑盒(南京建成生物工程公司,貨號:A007-1)測定;過氧化物酶活性采用試劑盒(南京建成生物工程公司,貨號:A084-3)測定。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

應用SPSS19軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析。

2 試驗結(jié)果

蒼術(shù)幼苗在受到0.6%、0.9%鹽脅迫后,在0～48 h內(nèi)根部丙二醛含量測定結(jié)果,如圖1-A所示。脅迫組的丙二醛含量先上升后下降,CK組丙二醛含量則先下降而后上升。兩個脅迫組12 h和24 h時的丙二醛含量均高于CK組,但差異不顯著(P>0.05)。

蒼術(shù)根部在鹽脅迫時脯氨酸的含量變化呈上升趨勢,CK組脯氨酸含量變化不明顯,如圖1-B所示。在12h時,0.9% NaCl處理脯氨酸含量比CK組增加37.36 μg/g,差異極顯著(P<0.01);在48h時,0.6% NaCl處理與0.9% NaCl處理脯氨酸含量比CK組分別增加52.98 μg/g和68.82 μg/g,差異顯著(P<0.05)。其它脅迫處理與CK組相比,差異不顯著(P>0.05)。

蒼術(shù)根部在鹽脅迫時相對電導率的變化整體呈上升的趨勢,脅迫組相對電導率高于CK組,如圖1-C所示。在12 h時,0.6%NaCl處理與0.9%NaCl處理的相對電導率分別比CK組增加了14.21%和13.53%,差異極顯著(P<0.01);在24 h時,0.6% NaCl處理和0.9% NaCl處理與CK組差異顯著(P<0.05),分別提高了37.63%和26.69%;在48 h時,0.6% NaCl處理和0.9% NaCl處理比CK組分別增加21.87%和25.36%,差異顯著(P<0.05)。

鹽脅迫下蒼術(shù)根部可溶性糖含量整體上升,脅迫組含量高于CK組,如圖1-D所示。在12 h時,0.6% NaCl處理與0.9% NaCl處理比CK組分別增加194.45 μg/g和456.48 μg/g;在24 h時,0.6% NaCl處理與0.9% NaCl處理比CK組分別增加171.30 μg/g和769.44 μg/g。在48 h時,鹽脅迫組與CK組的可溶性糖含量差異顯著(P<0.05),0.6% NaCl處理比CK組增加了711.11 μg/g,0.9% NaCl處理增加了1 217.59 μg/g。

圖1 在0.6%、0.9% NaCl脅迫下蒼術(shù)幼根丙二醛(A)、脯氨酸(B)、相對電導率(C)和可溶性糖(D)變化

鹽脅迫后蒼術(shù)幼苗根部可溶性蛋白含量檢測結(jié)果,如圖2-A所示。隨處理時間的延長,CK組可溶性蛋白含量表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢,在24 h表現(xiàn)出最大值;鹽脅迫組整體呈先上升后下降再上升的趨勢,在48 h表現(xiàn)出最大值。脅迫組與CK組相比,各個時間點差異均不顯著。

鹽脅迫組和CK組蒼術(shù)根部SOD酶活性12 h后均大幅下降,然后隨脅迫時間延長呈現(xiàn)先降低后緩慢升高再降低的情況,如圖2-B所示。0.6% NaCl處理在脅迫12 h、24 h和48 h三個時間點的SOD酶活性均低于CK組,在48 h處最接近,兩者相差只有1.65 U/mgprot,在12 h時差距最大,相差10.56 U/mgprot。0.9% NaCl處理在脅迫12 h、24 h、48 h 3個時間點的SOD酶活性均略高于CK組但差異不顯著。在12 h、24 h和48 h時,0.9% NaCl處理的SOD活性全部高于0.6% NaCl處理,分別是0.6% NaCl處理的6.03倍、2.15倍和2.28倍。

隨著處理時間的延長,0.9% NaCl處理和CK組蒼術(shù)根部的CAT酶活性,均表現(xiàn)為先下降后上升再下降的波動情況,并在24 h表現(xiàn)出最大值,48 h表現(xiàn)出最小值;而0.6% NaCl處理表現(xiàn)出先下降后上升的趨勢,且差異不顯著,如圖2-C所示。在12 h和24 h時,0.9% NaCl處理的CAT活性全部高于0.6% NaCl處理,分別是0.6% NaCl處理的4.25倍和8.92倍。說明高鹽濃度會增加CAT活性,但鹽濃度越高CAT的活性波動越大,說明不同濃度的鹽脅迫對蒼術(shù)CAT活性產(chǎn)生了不同的影響。

隨著處理時間的延長,CK組蒼術(shù)根部POD活性呈持續(xù)下降的趨勢,在48 h表現(xiàn)出最小值;鹽脅迫組呈先下降后上升再下降的趨勢,均在24 h達到最高值,如圖2-D所示。除24 h外,其它處理時間時,0.6% NaCl處理的POD活性均低于CK組;在24 h和48 h時,0.9% NaCl處理的POD活性都高于CK組,分別是CK組的2.39倍和1.71倍。在12 h、24 h和48 h時,0.9% NaCl處理的POD活性全部高于0.6% NaCl處理,分別是0.6% NaCl處理的2.56倍、1.25倍和1.94倍。0.6% NaCl處理在脅迫12 h時顯著低于CK組(P<0.05),其它處理時間脅迫組與CK組差異不顯著。

ABCD

3 討論和結(jié)論

丙二醛含量是植物細胞膜質(zhì)過氧化程度的體現(xiàn),鹽脅迫下丙二醛含量隨著鹽質(zhì)量分數(shù)的增大而增多[10],但本試驗中蒼術(shù)幼苗受到鹽脅迫時根部丙二醛的含量升高,脅迫組鹽濃度0.6%時丙二醛含量大于0.9%時的丙二醛含量,可能是植物在鹽濃度為0.9%時受到的壓力更大,從而導致丙二醛的生成和清除過程發(fā)生了紊亂致其含量下降。脅迫48 h丙二醛的含量下降,可能是因為長時間的脅迫導致植物細胞的代謝和生理活動紊亂,從而影響丙二醛的含量,具體原因有待進一步分析。

試驗中鹽脅迫使蒼術(shù)脯氨酸含量上升,且隨鹽濃度和脅迫時間的增加而升高,可能是蒼術(shù)通過提高脯氨酸含量抵御鹽脅迫帶來的傷害[11,12]。

試驗結(jié)果顯示,在鹽脅迫的情況下,蒼術(shù)的相對電導率整體呈現(xiàn)上升趨勢,且顯著高于CK組,這與任智新[13]、霍彩蘭[14]等的研究結(jié)果一致。其機制是脅迫條件下細胞膜的完整性被破壞,損傷了植物細胞膜,增加了膜通透性致使電解質(zhì)外滲,進而導致細胞死亡[15]。

試驗結(jié)果可以看出,隨著鹽脅迫濃度增加以及時間的延長,可溶性糖的含量呈現(xiàn)上升的趨勢,在處理48 h時顯著高于CK組,因此,蒼術(shù)幼苗可能通過提高可溶性糖含量來緩解高鹽濃度的脅迫壓力。

試驗中,隨著處理時間的延長,脅迫組蒼術(shù)幼苗根部可溶性蛋白含量出現(xiàn)了先升高后小幅度降低再升高的趨勢,說明蒼術(shù)幼苗根部細胞正在通過滲透調(diào)節(jié)來保護生物膜,以此來抵抗鹽脅迫[16]。而隨著鹽濃度的增加,發(fā)現(xiàn)0.6%鹽脅迫的可溶性蛋白的含量整體都高于0.9%鹽脅迫,可能是因為高鹽脅迫不僅抑制蛋白質(zhì)合成,而且加速蛋白質(zhì)的降解[17]。

試驗結(jié)果表明,脅迫組SOD活性隨著時間的延長都有先降低后升高的趨勢,與夏蘊[18]和劉文東[19]等研究白術(shù)種子SOD活性在鹽脅迫下呈先降低后升高的結(jié)果一致,說明SOD酶活性的提高需要一定的適應時間。

試驗結(jié)果表明,脅迫組CAT活性隨時間的延長呈現(xiàn)不同的趨勢,低鹽脅迫使蒼術(shù)CAT活性先降低后升高,且整體低于對照組,高鹽脅迫使CAT降低后升高再降低,有很強的波動性,這與相關(guān)研究[19,20]略有差別,其中原因有待進一步研究。

試驗中脅迫組POD活性隨時間的延長呈現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢,且0.6% NaCl處理在12 h時顯著低于對照組,在24 h時均高于對照組,說明蒼術(shù)在受到鹽脅迫時主要是通過提高POD酶活性來緩解鹽脅迫壓力[21-22]。

綜上所述,蒼術(shù)受到鹽脅迫以后通過啟動一系列生理指標來應對脅迫響應,在0.6% NaCl脅迫下蒼術(shù)脯氨酸含量、可溶性糖對鹽脅迫表現(xiàn)出了明顯的耐受效果,相對電導率、POD活性對鹽脅迫表現(xiàn)出了明顯的不耐受效果,因此蒼術(shù)耐鹽性最適的鹽脅迫濃度為0.6% NaCl。