摘" " 要:【目的】探究不同濃度鹽處理對紅陽獼猴桃生理生化特性和相關基因表達的影響,揭示該品種獼猴桃的抗鹽性?!痉椒ā恳约t陽獼猴桃苗為試材,NaCl濃度分別為0、50、100、150和200 mmol·L-1,處理10 d后測定植株的生理生化指標及鹽脅迫相關基因的表達情況。【結果】隨著鹽濃度的升高,植株的凈光合速率(Pn)、過氧化氫酶(CAT)活性和維生素C(VC)含量顯著下降,相對電導率(REC)、脯氨酸(Pro)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性顯著上升,過氧化物酶(POD)活性呈先下降后上升趨勢,可溶性糖、可溶性蛋白和丙二醛(MDA)含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。qRT-PCR分析發(fā)現(xiàn),鹽脅迫下乙烯受體、褪黑素響應、ABA反饋調(diào)節(jié)、滲透脅迫響應和活性氧(ROS)生成基因被誘導表達;ABA分解代謝和VC合成基因的表達被抑制?!窘Y論】紅陽獼猴桃幼苗可有效調(diào)節(jié)100 mmol·L-1及以下的NaCl鹽脅迫,試驗結果為鹽堿地種植獼猴桃提供了理論參考。
關鍵詞:紅陽獼猴桃;鹽脅迫;生理生化指標;基因表達
中圖分類號:S663.4 文獻標志碼:A 文章編號:1009-9980(2024)11-2224-11
Physiological and biochemical response and related gene expression of Hongyang kiwiftuit seedlings under salt stress
ZHU Runjie, WEN Mengmeng, LANG Hongshan, DUAN Haoxin, LI Yue, TANG Xiaoli*
(College of Horticulture, Ludong University, Yantai 264025, Shandong, China)
Abstract: 【Objective】 Kiwifruit is rich in vitamin C, dietary fiber and a variety of minerals, and has rich nutritional value. It is one of the most popular fruits in the world, but it is also a fruit crop that is sensitive to salt stress. The saline land in China has a wide distribution, and affects plant growth and soil permeability. It results in soil hardening and ion imbalance in plants, limiting the cultivation of kiwifruit seriously. Therefore, it is of great significance to study the salt tolerance of kiwifruit and solve the problem of kiwifruit cultivation in the saline land. In this research, physiological and biochemical response and related gene expression of Hongyang seedlings under salt stress were analyzed. 【Methods】 The seedlings under the same growth conditions were transplanted into a pure vermiculite culture dish and cultured in the greenhouse for 1 month. The method of NaCl treatment was to pour Hoagland nutrient solution every 3 days, and the NaCl concentrations of Hoagland nutrient solution were 0, 50, 100, 150 and 200 mmol·L-1, respectively. The net photosynthesis rate (Pn) and relative conductivity (REC) was detected immediately after NaCl treatment. The antioxidant enzyme activities, the contents of osmotic adjustment substances, vitamin C (VC) and malondiadehyde (MDA) as well as the expressions of the salt-stress related genes were measured subsequently. 【Results】 Along with the increase of NaCl concentrations, the growth condition of Hongyang seedlings was gradually deteriorated and limited. Compared with the control, the plants of experimental groups were dwarfed and wilted, and the leaf edge became scorched. The treatments of 50 and 100 mmol·L-1 had relatively little effect on young seedlings. With 150 mmol·L-1 treatment, the plants began to show obvious yellowing, wilting and dwarfing. When the concentration achieved 200 mmol·L-1, the plants showed wilted and stunted seriously. Meanwhile, with the increasing of NaCl concentrations, the Pn decreased and the REC increased. The activity of peroxidase (POD) decreased at first and then increased. The activity of superoxide dismutase (SOD) increased, whereas the activity of catalase (CAT) decreased. The contents of soluble sugar and protein ascended first and then descended. The content of malondialdehyde (MDA) increased first and then decreased. The content of VC decreased, and the content of proline (Pro) increased significantly. Real-time quantitative PCR showed that NaCl treatment promoted the expressions of ethylene receptor genes, melatonin responsive genes, salt-tolerance genes, ABA positive feedback genes, osmotic stress response genes and reactive oxygen species (ROS) regulation genes. Meanwhile, the expressions of ABA catabolic genes and VC synthetic genes were inhibited. More importantly, the expressions of genes related to salt stress were consistent with the physiological indexes of plants. 【Conclusion】 This research explored the intrinsic regulatory mechanisms of Hongyang seedlings at physiological, biochemical and molecular levels. It showed that Hongyang seedlings can withstand 100 mmol·L-1 NaCl at most without obvious inhibition and damages. Therefore, it provides a reference for the cultivation of kiwifruit in saline land and has great significance for improving the yield and quality of kiwifruit.
Key words: Hongyang seedling; Salt stress; Physiological and biochemical indexes; Gene expression
獼猴桃隸屬獼猴桃科(Actinidiaceae)獼猴桃屬(Actinidia Lindl.)植物,該屬有54個種和21個變種,共75個分類群[1]。獼猴桃果實風味獨特,富含維生素C、膳食纖維和多種礦物質(zhì)。紅陽獼猴桃屬于中華獼猴桃(Actinidia chinensis Planch.),富含維生素、礦物質(zhì)、氨基酸、膳食纖維等,營養(yǎng)價值極高[2]。獼猴桃是一種不耐鹽堿的果樹,當土壤含鹽量達0.2%時,植株地上部和地下部干質(zhì)量均極顯著降低,并存在少數(shù)植株死亡的情況[3]。
土壤鹽漬化問題在全球范圍內(nèi)日漸嚴重,據(jù)統(tǒng)計,目前全球鹽漬土面積已達11億hm2 [4]。我國的鹽漬土分布廣泛,總面積約為1億hm2,其中具有農(nóng)業(yè)利用潛力的鹽漬土總面積近666.67萬hm2 [5]。鹽漬土也影響植物的正常生長,給生態(tài)環(huán)境帶來了不利影響,造成土壤板結,導致土壤的通透性變差,還會使植物體內(nèi)離子間動態(tài)失衡[6]。
研究發(fā)現(xiàn),植物通過提升可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖等有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量,來調(diào)節(jié)細胞內(nèi)滲透勢,這些有機化合物能夠幫助植物在鹽脅迫條件下維持正常的細胞滲透壓和代謝活動[7]。而植物激素通過感知傳遞鹽脅迫信號和建立防御系統(tǒng)以調(diào)節(jié)植物在鹽脅迫下的生長和發(fā)育適應性[8]。同時鹽脅迫促進了植株根莖中脫落酸、乙烯等抑制生長類激素的產(chǎn)生[9]。在鹽脅迫條件下,植物體內(nèi)一系列的抗氧化酶如SOD、CAT、POD等,能夠通過相互協(xié)作清除氧化脅迫產(chǎn)生的過量活性氧自由基(ROS)。SOD是ROS清除系統(tǒng)的第一道防線,負責將超氧陰離子(O2-)轉(zhuǎn)變?yōu)檫^氧化氫(H2O2)和氧氣(O2),高濃度的H2O2 再由CAT分解為H2O和O2,由此緩解氧化脅迫[8]。在鹽脅迫條件下,植物還會激發(fā)脅迫相關基因的表達,目前植物中已經(jīng)研究報道了大量鹽脅迫相關基因。因此,在生理生化和分子機制水平上研究鹽脅迫對紅陽獼猴桃生理特性的影響,可以更好地揭示其抗性的內(nèi)在作用機制,為進一步開展獼猴桃逆境抗性研究打好堅實基礎,對提高獼猴桃產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義[10]。
1 材料和方法
1.1 試驗材料
選用魯東大學農(nóng)林工程研究院植物培養(yǎng)室生長良好且長勢一致的紅陽獼猴桃苗為試驗材料。
1.2 試驗設計
選取生長健壯、長勢相同的獼猴桃苗15盆,分為5組,每組3盆,每盆1株。鹽脅迫處理方法采用每隔3 d澆1次Hoagland營養(yǎng)液,設置Hoagland營養(yǎng)液中NaCl濃度分別為0、50、100、150和200 mmol·L-1。獼猴桃苗溫室的溫度設定為(24±2)℃,光周期為14 h光照/10 h黑暗,培養(yǎng)室的濕度60%~70%,所有獼猴桃苗生長條件一致。鹽脅迫處理時間為10 d。電導率和光合速率的測定在處理結束后立即進行,測定結束后對試驗材料進行取材,液氮速凍,置于-80 ℃冰箱保存,用于后續(xù)生理指標和總RNA的提取。鹽脅迫處理、取材及相關指標的測定均設3次生物學重復。
1.3 生理指標的測定
1.3.1 凈光合速率的測定 處理結束后,選取不同處理組植株相同生理部位的葉片,采用Li-6800便攜式光合速率測定儀于當日09:00左右開始測定植物氣體交換參數(shù),測定其凈光合速率(Pn),設3次重復。光合儀系統(tǒng)控制葉片溫度25 ℃,測定系統(tǒng)采用開放式氣路,設置CO2含量400 μmol·mol-1,環(huán)境濕度為70%。
1.3.2 相對電導率的測定 相對電導率(REC)采用電導法測定[11]。
1.3.3 抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的測定 丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法[12]測定;SOD酶活性采用氮藍四唑(NBT)還原法比色法[12]測定;POD活性采用愈創(chuàng)木酚法[12]測定;CAT活性采用鉬酸銨比色法[12]測定;可溶性蛋白含量采用南京建成生物試劑盒利用考馬斯亮藍法測定;可溶性糖含量采用硫代巴比妥酸法[13]測定;脯氨酸(Pro)含量采用磺基水楊酸法[14]測定。
1.3.4 維生素C(VC)含量的測定 維生素C含量采用南京建成生物工程研究所試劑盒利用比色法測定。
1.3.5 獼猴桃總RNA提取和qRT-PCR分析 按照FastPure?Plant Total RNA Isolation Kit(Vazyme,Beijing China)RNA提取試劑盒的操作流程對獼猴桃不同脅迫處理后的試驗樣品材料分別提取總RNA。按照反轉(zhuǎn)錄試劑盒HiScript Ⅲ 1st Strand cDNA Synthesis Kit(+gDNA wiper)(Vazyme,Beijing China)的操作說明進行反轉(zhuǎn)錄獲得cDNA。
利用引物設計軟件PrimerPrimer 5.0設計引物,并交由生工?生物有限公司(Sangon Biotech)進行引物的合成(表1)。實時熒光定量PCR選用ChamQ Universal SYBR qPCR Master Mix(Vazyme,Beijing China)熒光定量PCR試劑,采用20 μL的反應體系:2×ChamQ Universal SYBR qPCR Master Mix 10 μL、基因上下游引物各0.6 μL、模板cDNA 2 μL、50×Reference Dye 2 μL和ddH2O 4.8 μL。熒光定量PCR的反應程序:95 ℃ 15 min;95 ℃ 10 s,60 ℃ 20 s,共40個循環(huán)。以獼猴桃AcActin作為內(nèi)參基因,采用2-△△Ct法計算分析各基因的表達情況。
1.4 數(shù)據(jù)處理與分析
使用Excel 2018整理統(tǒng)計數(shù)據(jù),使用軟件SPSS 17.0對試驗數(shù)據(jù)進行單因素方差分析和相關性分析,并比較不同數(shù)據(jù)組間的差異顯著性(LSD,α=0.05)。采用GraphPad Prism 8.0.2軟件作圖,圖中數(shù)據(jù)均為3次生物學重復的平均值。
2 結果與分析
2.1 不同濃度鹽處理抑制獼猴桃的生長
用0、50、100、150和200 mmol·L-1 NaCl的Hoagland營養(yǎng)液,每隔3 d處理一次紅陽獼猴桃苗,處理10 d。結果如圖1所示,隨著NaCl濃度的升高,紅陽獼猴桃的生長狀況逐漸變差,植株生長受到限制,植株矮化并開始出現(xiàn)萎蔫,葉片黃化,其中50和100 mmol·L-1的鹽濃度對紅陽獼猴桃苗的影響較小,150 mmol·L-1處理后植株開始出現(xiàn)明顯黃化并開始萎蔫,植株矮化,200 mmol·L-1處理后植株萎蔫嚴重,并出現(xiàn)落葉現(xiàn)象。隨著NaCl濃度的升高,植株葉片逐漸變小并且表現(xiàn)出卷邊、焦邊、葉色暗綠并出現(xiàn)枯斑等,不同濃度處理下植株和葉片形態(tài)差異明顯,表明鹽脅迫顯著抑制了紅陽獼猴桃正常的生長發(fā)育。
2.2 不同濃度鹽處理降低了獼猴桃葉片的凈光合速率
基于鹽脅迫下獼猴桃植株生長緩慢、矮小的表型,首先對植株葉片的光合速率進行了測定。結果如圖2所示,隨著鹽處理濃度的升高,獼猴桃葉片凈CO2代謝速率逐漸降低,且各鹽處理濃度之間呈現(xiàn)出顯著差異。上述結果說明,鹽處理顯著抑制了獼猴桃的光合作用和凈光合速率,進而引起植株生長緩慢、植株矮小,并且鹽濃度越高抑制作用越明顯。
2.3 不同濃度的鹽處理影響了獼猴桃細胞質(zhì)膜透性
研究表明,細胞膜作為細胞與環(huán)境之間的屏障,植物遭受逆境傷害時細胞膜結構最先遭到損傷,細胞內(nèi)的電解質(zhì)會外滲[15]。由圖3可知,隨著鹽處理濃度的增加,相對電導率呈上升趨勢,表明細胞膜受損程度增大。200 mmol·L-1時相對電導率達到最高,與0、50、100和150 mmol·L-1鹽處理濃度相比差異顯著,表明此時紅陽獼猴桃的細胞質(zhì)膜已遭受到嚴重傷害。顯著性差異分析顯示,100 mmol·L-1時相對電導率與對照之間就出現(xiàn)了顯著差異,之后再隨著鹽處理濃度的持續(xù)增高,細胞膜透性的增幅越大。高濃度的鹽分甚至破壞了獼猴桃的質(zhì)膜系統(tǒng)。
2.4 不同濃度鹽處理下紅陽獼猴桃抗氧化酶活性的變化
POD是廣泛存在于植物體內(nèi)的氧化還原酶,其作用在于維持細胞結構的完整性,增強細胞的抗衰老能力以及對抗不良環(huán)境的影響[16]。由圖4可以看出,隨著NaCl濃度的增加,POD活性呈先下降后上升的趨勢。50和100 mmol·L-1鹽處理下POD活性顯著低于對照,100 mmol·L-1時,POD活性最低。隨著鹽濃度的繼續(xù)升高,POD活性開始增加,200 mmol·L-1時,POD活性達到最高,與對照相比差異顯著,說明POD對不同的鹽濃度有不同的響應。
SOD可催化歧化反應,作為植物體第一道防線清除累積的ROS,保護細胞免受氧化損傷[17]。由圖4可以看出,隨著NaCl處理濃度的增加,SOD活性呈現(xiàn)上升趨勢,當鹽處理濃度為200 mmol·L-1時,SOD活性達到最高,與對照相比差異顯著。說明鹽處理濃度越高,紅陽獼猴桃遭受的氧化脅迫越嚴重,SOD活性升高可以保護細胞免受氧化脅迫。
CAT作為一種專門去除H2O2的保護酶,其活性與植物的抗逆性息息相關,當H2O2積累時會引發(fā)破壞性氧化反應,而CAT與SOD的協(xié)同作用則可有效去除植物體內(nèi)的H2O2,避免其對植物細胞膜系統(tǒng)造成破壞[18]。由圖4可以看出,鹽處理下CAT活性總體呈下降趨勢,說明鹽脅迫對植物的過氧化傷害不是通過產(chǎn)生過量的H2O2。特別是50和100 mmol·L-1之間,CAT的活性變化不顯著。當鹽濃度為150和200 mmol·L-1時,CAT活性顯著低于對照,說明兩種濃度的鹽脅迫已經(jīng)對植物體造成了較嚴重的傷害。
2.5 不同濃度鹽處理下獼猴桃滲透物質(zhì)的變化
當受到鹽脅迫時,植物會通過調(diào)節(jié)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成來調(diào)節(jié)自身細胞的滲透壓,從而緩解鹽脅迫[19]。因此當植物受到脅迫時,細胞內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)劑含量將會發(fā)生變化[20]。由圖5可以看出,隨著鹽處理濃度的升高,可溶性糖和可溶性蛋白含量變化一致,呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。鹽處理濃度為100 mmol·L-1時,可溶性糖和可溶性蛋白含量均達到最大,說明紅陽獼猴桃在此鹽脅迫條件下,通過積累可溶性糖和可溶性蛋白來維持細胞滲透勢,緩解鹽害。當鹽處理濃度大于100 mmol·L-1時,隨著鹽處理濃度的升高,可溶性糖和可溶性蛋白含量逐漸增加,說明當鹽濃度超過100 mmol·L-1時,超過了獼猴桃細胞可調(diào)節(jié)的滲透勢范圍。隨著鹽處理濃度的升高,脯氨酸含量逐漸上升,在鹽處理濃度為200 mmol·L-1時,達到最高。說明在鹽脅迫條件下,紅陽獼猴桃通過提高脯氨酸含量以提高細胞水勢,從而提高自身對鹽脅迫的抵抗能力。
2.6 不同濃度鹽處理下MDA和VC含量的變化
MDA含量反映了植物質(zhì)膜過氧化的程度,可間接評價植物細胞膜的受損狀況,也是鑒定植物耐鹽性的重要生理指標[21]。由圖6可以看出,隨著鹽處理濃度的升高,MDA含量先升高后降低。在鹽濃度為100 mmol·L-1時,含量達到最高,說明紅陽獼猴桃鹽脅迫下活性氧大量積累,膜脂發(fā)生過氧化,MDA含量升高。當鹽濃度超過100 mmol·L-1時,MDA含量不再持續(xù)升高,推測此時超出了紅陽獼猴桃對膜脂過氧化的有效調(diào)節(jié)范圍。
在植物中,維生素C是重要的還原劑,可以清除生物和非生物脅迫產(chǎn)生的活性氧,從而保護植物細胞免受活性氧傷害,增強其抗逆能力[22-23]。由圖6可以看出,隨著鹽處理濃度的升高,VC含量逐漸降低。當鹽濃度為50 mmol·L-1時,VC含量雖然相比對照有所下降,但是差異不顯著;當鹽濃度為100 mmol·L-1時,VC含量相比對照顯著降低,說明此濃度下,獼猴桃植株體內(nèi)發(fā)生了一定程度的氧化脅迫;200 mmol·L-1時,VC含量進一步顯著降低,說明更多的VC用于清除生成的過氧化產(chǎn)物。
2.7 不同濃度鹽處理下鹽脅迫相關基因表達情況
為了從分子水平上進一步探究紅陽獼猴桃對鹽脅迫的響應,筆者在本研究中通過熒光定量PCR技術對鹽脅迫相關基因的表達情況進行了分析,結果如圖7所示。在鹽濃度為150 mmol·L-1時,乙烯受體基因Acc04179和Acc33422表達量顯著升高,在50和100 mmol·L-1時Acc04179和Acc33422的表達量無顯著變化。說明紅陽獼猴桃受到高鹽脅迫時,通過對乙烯信號通路的調(diào)節(jié)響應鹽脅迫。褪黑素途徑響應基因Acc02578和Acc03074的表達變化大致相同,在50、100和150 mmol·L-1時,基因表達升高;當鹽濃度為200 mmol·L-1時,基因表達降低。而褪黑素另一響應基因Acc16343在高鹽處理下表達量明顯升高,說明不同褪黑素響應途徑的基因?qū)Σ煌}處理濃度的敏感程度不同,鹽處理會促進褪黑素途徑基因的表達來響應鹽脅迫[24]。
由圖7可以看出,鹽處理下耐鹽基因Acc15636和Acc21754的表達量均上調(diào),參與紅陽獼猴桃對鹽脅迫的應答響應。其中Acc15636的表達量隨著鹽濃度的增加而上升,說明鹽處理濃度越高,獼猴桃對鹽脅迫的響應越明顯,這與本研究中SOD活性和脯氨酸含量的變化趨勢相同。Acc21754在鹽濃度為200 mmol·L-1時表達量明顯上升,說明高鹽處理顯著促進了耐鹽基因的表達,獼猴桃從分子水平上通過調(diào)動耐鹽基因的表達來響應鹽脅迫。
Acc09261基因可以促進植物體中ABA的積累,在ABA生物合成中發(fā)揮重要作用[25]。由圖7可以看出,鹽處理下Acc09261上調(diào),說明鹽處理促進了紅陽獼猴桃植株中ABA的積累。基因Acc04722編碼了ABA羥基化作用過程中關鍵限速酶——ABA羥化酶[26]。Liu等[27]通過RNAi技術抑制水稻中該基因OsABA8oxl的表達,提高了水稻內(nèi)源ABA水平,顯著提高了水稻對堿脅迫的耐受性。由圖7可以看出,紅陽獼猴桃在100 mmol·L-1鹽處理下Acc04722基因的表達顯著降低,抑制了ABA的分解代謝,提高了植株中的ABA含量;而在150和200 mmol·L-1鹽處理下Acc04722顯著上調(diào),加速了ABA降解使ABA含量下降。說明當鹽脅迫在獼猴桃可調(diào)控范圍內(nèi)時,其通過抑制ABA的分解代謝以提高ABA含量,提高植株的耐鹽能力,而高濃度鹽脅迫則可能超出了獼猴桃ABA代謝調(diào)節(jié)的可控范圍。
Acc09764和Acc24491分別為滲透調(diào)節(jié)響應基因和活性氧(H2O2)生成調(diào)節(jié)基因,由圖7可以看出,Acc09764和Acc24491的表達量變化趨勢大致相同,先上升后下降,說明鹽脅迫促進了紅陽獼猴桃滲透脅迫相應基因的表達,進而提高自身的耐鹽性;而活性氧合成基因的表達會使獼猴桃積累大量活性氧,因此高鹽處理抑制了滲調(diào)基因和活性氧合成基因的表達。Acc20521為VC生物合成途徑基因,由圖7可以看出,鹽脅迫下Acc20521的表達量變化不明顯,說明紅陽獼猴桃未通過提高VC含量的途徑來提高自身的抗鹽能力。但本研究的生理指標測定顯示鹽處理后VC含量下降,推測是植株原有的VC被氧化的結果。
3 討 論
鹽脅迫引起土壤鹽漬化和離子失衡,導致植物代謝紊亂、營養(yǎng)缺乏和氧化損傷等,對光合作用、呼吸作用和能量代謝等一系列生理過程產(chǎn)生抑制作用[28]。本試驗探究了不同鹽濃度處理下紅陽獼猴桃植株形態(tài)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化物酶活性以及相關基因表達量的變化。本試驗中隨著鹽濃度的升高,紅陽獼猴桃開始出現(xiàn)植株矮化、萎蔫、葉片黃化等現(xiàn)象并且植株凈光合速率降低,細胞質(zhì)膜透性增大,這與呂廷良等[29]鹽處理紫荊所測Pn變化結果以及劉會超等[30]鹽處理三色堇所測細胞質(zhì)膜透性變化結果一致。鹽脅迫會抑制紅陽獼猴桃的光合作用,破壞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性并影響其正常的生長發(fā)育。
本研究中,隨著鹽處理濃度的升高,POD活性呈先下降后上升的趨勢,低中濃度鹽處理對紅陽獼猴桃POD活性影響較大,這一結果與劉會超等[30]鹽脅迫導致三色堇莖POD活性變化的結果一致。SOD活性呈現(xiàn)上升趨勢,鹽處理濃度越高,紅陽獼猴桃遭受的氧化脅迫越嚴重,SOD活性的提高可保護細胞免受氧化脅迫,這一結果與王舒鑰[31]對軟棗獼猴桃進行鹽處理,SOD活性上升的結果一致。CAT活性總體呈下降趨勢,表明紅陽獼猴桃CAT活性受鹽脅迫影響較大。
在滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)變化方面,本研究發(fā)現(xiàn)隨著鹽處理濃度升高,獼猴桃植株中可溶性糖和蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢,這與張偉等[32]對鹽處理紅花草莓托斯卡納,所得可溶性糖和蛋白質(zhì)含量變化趨勢一致。當鹽濃度為100 mmol·L-1時,可溶性糖和蛋白含量達到最大。說明獼猴桃在鹽脅迫下,通過積累可溶性糖和蛋白來維持細胞滲透勢,保護細胞結構,緩解鹽害。MDA含量反映了植物質(zhì)膜過氧化的程度,間接評價植物細胞膜的受損狀況,也是鑒定植物耐鹽性的重要生理指標[21]。植物遭受鹽脅迫傷害后,會造成植物體內(nèi)MDA的大量累積,其原因是植物體內(nèi)活性氧清除能力和活性氧的產(chǎn)生能力的動態(tài)平衡被破壞,活性氧水平的提高,導致植物自身膜脂過氧化,此時的植物膜蛋白就會受到損傷,植物的細胞結構就遭到了損害[33]。紅陽獼猴桃MDA含量隨鹽濃度的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢,在100 mmol·L-1時,MDA含量達到最高,說明此時膜脂過氧化程度最高。維生素C是重要的抗氧化劑,可以清除生物和非生物脅迫產(chǎn)生的活性氧,從而保護植物細胞免受活性氧傷害,增強其抗逆能力,調(diào)節(jié)其正常生長發(fā)育[22-23]。筆者在本研究中也發(fā)現(xiàn)隨著鹽濃度的升高,VC含量逐漸降低,在獼猴桃的抗氧化損傷中具有重要作用。
通過分析紅陽獼猴桃鹽脅迫相關基因的表達發(fā)現(xiàn),在一定NaCl濃度下,乙烯受體基因、ROS生成調(diào)節(jié)基因、耐鹽基因、ABA正反饋調(diào)節(jié)基因、滲透脅迫響應基因和褪黑素響應基因被誘導表達。VC合成和ABA分解代謝基因的表達被抑制,這與汪文杰等[34]對鹽脅迫獼猴桃葉片維生素C合成基因表達分析和梁旺利等[35]對NaCl脅迫下寧夏枸杞ABA代謝相關基因差異表達分析的結果一致。已有研究證明褪黑素途徑基因的表達可促進獼猴桃葉片中脯氨酸和可溶性糖積累,進而增加可溶性蛋白含量[24]。本研究中鹽脅迫相關基因表達變化也與生理指標所測結果具有一致性,因此鹽脅迫下,紅陽獼猴桃也通過調(diào)節(jié)脅迫相關基因表達,來緩解氧化脅迫,提高抗鹽能力。
4 結 論
在一定的鹽濃度條件下,紅陽獼猴桃可以通過滲透調(diào)節(jié)、抗氧化酶系統(tǒng)調(diào)節(jié)以及抗逆基因的響應來調(diào)節(jié)自身的新陳代謝,維持正常的生命活動,維持體內(nèi)水分平衡,清除有毒有害物質(zhì),提高自身的耐鹽能力。本研究結果表明100 mmol·L-1的NaCl濃度為紅陽獼猴桃可有效調(diào)節(jié)的最大范疇,為獼猴桃在鹽堿地的大面積種植提供了參考。
參考文獻 References:
[1] 呂正鑫,賀艷群,賈東峰,黃春輝,鐘敏,廖光聯(lián),朱壹,袁開昌,劉傳浩,徐小彪. 獼猴桃種質(zhì)資源表型性狀遺傳多樣性分析[J]. 園藝學報,2022,49(7):1571-1581.
Lü Zhengxin,HE Yanqun,JIA Dongfeng,HUANG Chunhui,ZHONG Min,LIAO Guanglian,ZHU Yi,YUAN Kaichang,LIU Chuanhao,XU Xiaobiao. Genetic diversity analysis of phenotypic traits for kiwifruit germplasm resources[J]. Acta Horticulturae Sinica,2022,49(7):1571-1581.
[2] 黃亞欣,李秋萍,朱童,焦玉茹,楊慧,權美英,吳素芳,譚永元,趙曉蕾,牛艷艷,馬華,李添群,劉藝,侯開宇. 不同品種獼猴桃的營養(yǎng)品質(zhì)對比分析[J]. 中國食品,2024(6):154-157.
HUANG Yaxin,LI Qiuping,ZHU Tong,JIAO Yuru,YANG Hui,QUAN Meiying,WU Sufang,TAN Yongyuan,ZHAO Xiaolei,NIU Yanyan,MA Hua,LI Tianqun,LIU Yi,HOU Kaiyu. Comparative analysis of nutritional quality of different varieties of kiwifruit[J]. China Food,2024(6):154-157.
[3] 齊貝貝,莫權輝,王發(fā)明,葉開玉,李潔維. 獼猴桃逆境脅迫研究進展[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2024(18):72-77.
QI Beibei,MO Quanhui,WANG Faming,YE Kaiyu,LI Jiewei. Research progress on adversity stress of kiwifruit[J]. Modern Agricultural Science and Technology,2024(18):72-77.
[4] 趙起越,夏夜,鄒本東. 土壤鹽漬化成因危害及恢復[J]. 農(nóng)業(yè)與技術,2022,42(11):115-119.
ZHAO Qiyue,XIA Ye,ZOU Bendong. Genetic damage and restoration of soil salinization[J]. Agriculture and Technology,2022,42(11):115-119.
[5] 李春景,劉山林. 鹽堿地改良技術評價及應用研究:評《鹽堿地改良技術實用問答及案例分析》[J]. 灌溉排水學報,2024,43(4):121.
LI Chunjing,LIU Shanlin. Research on evaluation and application of saline:Alkali land improvement technology-review of Practical Questions and Case Analysis of Saline-alkali Land Improvement Technology[J]. Journal of Irrigation and Drainage,2024,43(4):121.
[6] 陸寶金,田生昌,左忠,楊英,張禎. 鹽漬化土地可持續(xù)利用研究綜述及展望[J]. 寧夏大學學報(自然科學版),2023,44(1):79-88.
LU Baojin,TIAN Shengchang,ZUO Zhong,YANG Ying,ZHANG Zhen. Review and prospect on sustainable utilization of salinized land[J]. Journal of Ningxia University (Natural Science Edition),2023,44(1):79-88.
[7] 林余樂. 鹽生植物對鹽脅迫的響應機制綜述[J]. 福建輕紡,2024(6):29-32.
LIN Yule. Review on response mechanism of halophytes to salt stress[J]. The Light amp; Textile Industries of Fujian,2024(6):29-32.
[8] 魏國慶. 基于多組學聯(lián)合分析楊樹MPK7基因應答鹽脅迫的調(diào)控機制[D]. 泰安:山東農(nóng)業(yè)大學,2023.
WEI Guoqing. Analysis of the regulatory mechanism of poplar MPK7 gene in response to salt stress based on the combination of multi-omics[D]. Tai’an:Shandong Agricultural University,2023.
[9] 趙昊陽,朱俊杰. 植物激素對鹽脅迫的響應、適應及調(diào)控機制研究進展[J/OL]. 分子植物育種,2023:1-22 (2023-07-24). https://kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20230724.1431.005.html.
ZHAO Haoyang,ZHU Junjie. Research progress on response, adaptation and regulation mechanisms of plant hormones to salt stress[J/OL]. Molecular Plant Breeding,2023:1-22 (2023-07-24). https://kns.cnki.net/kcms/detail/46.1068.S.20230724.1431.005.html.
[10] ABID M,GU S C,ZHANG Y J,SUN S H,LI Z,BAI D F,SUN L M,QI X J,ZHONG Y P,F(xiàn)ANG J B. Comparative transcriptome and metabolome analysis reveal key regulatory defense networks and genes involved in enhanced salt tolerance of Actinidia (kiwifruit)[J]. Horticulture Research,2022,9:uhac189.
[11] 鄒琦. 植物生理生化實驗指導[M]. 北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2003.
ZOU Qi. Plant Physiology and biochemistry experimental manual[M]. Beijing:China Agricultural Press,2003.
[12] 王學奎. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 2版. 北京:高等教育出版社,2006.
WANG Xuekui. Principles and techniques of plant physiological biochemical experiment[M]. 2nd ed. Beijing:Higher Education Press,2006.
[13] 李合生. 現(xiàn)代植物生理學[M]. 3版. 北京:高等教育出版社,2012:361-366.
LI Hesheng. Modern plant physiology[M]. 3rd ed. Beijing:Higher Education Press,2012:361-366.
[14] 汪耀富,張瑞霞,胡筱嵐,靖軍領. 滲透脅迫下氮肥形態(tài)對煙葉脯氨酸和內(nèi)源激素含量的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學,2004,32(4):738-741.
WANG Yaofu,ZHANG Ruixia,HU Xiaolan,JING Junling. Effect of osmotic stress on proline and endogenous hormone content in flue-cured tobacco leaves under different nitrogen forms[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences,2004,32(4):738-741.
[15] 姚玉濤,張國新,丁守鵬,孫葉爍. 鹽脅迫對草莓苗期生長及氧化還原系統(tǒng)的影響[J]. 北方園藝,2021(17):22-29.
YAO Yutao,ZHANG Guoxin,DING Shoupeng,SUN Yeshuo. Effects of salt stress on strawberry seedling growth and antioxidant system[J]. Northern Horticulture,2021(17):22-29.
[16] 黃一波,汪結明,李瑞雪,向言詞,宋禹,顏玲玉. 7種木蓮屬植物抗寒性評價及其生理機制[J]. 熱帶亞熱帶植物學報,2021,29(5):519-529.
HUANG Yibo,WANG Jieming,LI Ruixue,XIANG Yanci,SONG Yu,YAN Lingyu. Evaluation of cold resistance and physiological mechanism of seven Manglietia species[J]. Journal of Tropical and Subtropical Botany,2021,29(5):519-529.
[17] 魯松松,黃宇哲,張夢洋. 紅尾沙蜥超氧化物歧化酶適應高原的分子機制[J]. 蘭州大學學報(自然科學版),2022,58(1):69-78.
LU Songsong,HUANG Yuzhe,ZHANG Mengyang. Molecular mechanism of superoxide dismutase’s adaptation to plateau in Phrynocephalus erythrurus[J]. Journal of Lanzhou University (Natural Sciences),2022,58(1):69-78.
[18] 位杰,張琦,林彩霞,蔣媛. 不同梨品種(系)葉片解剖結構及其與抗寒性的關系[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學,2021,50(8):103-112.
WEI Jie,ZHANG Qi,LIN Caixia,JIANG Yuan. Relationship between cold tolerance and leaf structure of different pear varieties (strains)[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences,2021,50(8):103-112.
[19] 何子華. 鹽脅迫下脹果甘草和烏拉爾甘草滲透調(diào)節(jié)特征的比較分析[D]. 蘭州:蘭州大學,2022.
HE Zihua. Comparative analysis on the osmoregulatory characteristics of Glycyrrhiza inflata and G. uralensis under salt stress[D]. Lanzhou:Lanzhou University,2022.
[20] 倪強. NaCl脅迫對不同種源黑果枸杞組培苗生理及熒光特性的影響[D]. 蘭州:甘肅農(nóng)業(yè)大學,2020.
NI Qiang. Effect of NaCl stress on physiological and fluorescence characteristics of different provenances Lycium ruthenicum Murr. tissue culture seeding[D]. Lanzhou:Gansu Agricultural University,2020.
[21] 張曉婷,王雪松,賈文飛,徐振彪,王穎,吳林. 植物在鹽處理下的研究進展[J]. 北方園藝,2021(6):137-143.
ZHANG Xiaoting,WANG Xuesong,JIA Wenfei,XU Zhenbiao,WANG Ying,WU Lin. Research progress of plants under salt treatment[J]. Northern Horticulture,2021(6):137-143.
[22] HAN X,ZHANG Y L,ZHANG Q,MA N,LIU X Y,TAO W J,LOU Z Y,ZHONG C H,DENG X W,LI D W,HE H. Two haplotype-resolved,gap-free genome assemblies for Actinidia latifolia and Actinidia chinensis shed light on the regulatory mechanisms of vitamin C and sucrose metabolism in kiwifruit[J]. Molecular Plant,2023,16(2):452-470.
[23] 陳衛(wèi)芳,袁偉玲,劉志雄,嚴承歡,陳磊夫,張文格. 植物抗壞血酸合成調(diào)控研究進展[J]. 植物生理學報,2023,59(3):481-489.
CHEN Weifang,YUAN Weiling,LIU Zhixiong,YAN Chenghuan,CHEN Leifu,ZHANG Wenge. Research progress on regulation of ascorbic acid synthesis in plant[J]. Plant Physiology Journal,2023,59(3):481-489.
[24] 倪知游,夏惠,高帆,劉繼,胡容平,梁東. 外源褪黑素對獼猴桃幼苗鹽脅迫的緩解作用[J]. 四川農(nóng)業(yè)大學學報,2017,35(4):535-539.
NI Zhiyou,XIA Hui,GAO Fan,LIU Ji,HU Rongping,LIANG Dong. Alleviation of exogenous melatonin on kiwifruit seedlings under salt stress[J]. Journal of Sichuan Agricultural University,2017,35(4):535-539.
[25] LI Y X,ZHOU J H,LI Z,QIAO J Z,QUAN R D,WANG J,HUANG R F,QIN H. Salt and ABA response ERF1 improves seed germination and salt tolerance by repressing ABA signaling in rice[J]. Plant Physiology,2022,189(2):1110-1127.
[26] YOSHIDA T,CHRISTMANN A,YAMAGUCHI-SHINOZAKI K,GRILL E,F(xiàn)ERNIE A R. Revisiting the basal role of ABA-roles outside of stress[J]. Trends in Plant Science,2019,24(7):625-635.
[27] LIU X L,XIE X Z,ZHENG C K,WEI L X,LI X W,JIN Y Y,ZHANG G H,JIANG C J,LIANG Z W. RNAi-mediated suppression of the abscisic acid catabolism gene OsABA8ox1 increases abscisic acid content and tolerance to saline-alkaline stress in rice (Oryza sativa L.)[J]. The Crop Journal,2022,10(2):354-367.
[28] ZHU D,LUO F,ZOU R,LIU J X,YAN Y M. Integrated physiological and chloroplast proteome analysis of wheat seedling leaves under salt and osmotic stresses[J]. Journal of Proteomics,2021,234:104097.
[29] 呂廷良,孫明高,宋尚文,馬萬俠,張鵬. 鹽、旱及其交叉脅迫對紫荊幼苗凈光合速率及其葉綠素含量的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版),2010,41(2):191-195.
Lü Tingliang,SUN Minggao,SONG Shangwen,MA Wanxia,ZHANG Peng. Study on photosynthesis characteristics of Cercis chinensis bunge under drought and salt stress[J]. Journal of Shandong Agricultural University (Natural Science Edition),2010,41(2):191-195.
[30] 劉會超,姚連芳,賈文慶,朱婷婷. 鹽脅迫對三色堇莖CAT、POD及細胞質(zhì)膜透性的影響[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學,2010,38(4):51-53.
LIU Huichao,YAO Lianfang,JIA Wenqing,ZHU Tingting. Effects of salt stress on CAT,POD and the cell membrane permeability of Viola tricolor stems[J]. Guizhou Agricultural Sciences,2010,38(4):51-53.
[31] 王舒鑰. 光照及鹽水灌溉對軟棗獼猴桃葉片生理功能的影響[D]. 烏魯木齊:新疆農(nóng)業(yè)大學,2022.
WANG Shuyue. Effects of light and saline irrigation on the physiological functions in leaves of Actinidia arguta[D]. Urumqi:Xinjiang Agricultural University,2022.
[32] 張偉,陳毓蔚,牛亞菲,馮悅,侯非凡,亢秀萍. 紅花草莓‘托斯卡納’鹽脅迫下的生長發(fā)育及生理響應[J]. 北方園藝,2023(13):28-35.
ZHANG Wei,CHEN Yuwei,NIU Yafei,F(xiàn)ENG Yue,HOU Feifan,KANG Xiuping. Growth and physiological responses of red-flowered strawberry ‘Toscana’ under salt stress[J]. Northern Horticulture,2023(13):28-35.
[33] LI M,WU Z Y,GU H,CHENG D W,GUO X Z,LI L,SHI C Y,XU G Y,GU S C,ABID M,ZHONG Y P,QI X J,CHEN J Y. AvNAC030,a NAC domain transcription factor,enhances salt stress tolerance in kiwifruit[J]. International Journal of Molecular Sciences,2021,22(21):11897.
[34] 汪文杰,劉曉瑩,成暢,解瀟冬,李璐璐,白潔,劉普,鐘彩虹,李大衛(wèi). 鹽和干旱脅迫及光質(zhì)對獼猴桃葉片維生素C含量與合成基因表達的影響[J]. 果樹學報,2022,39(2):203-210.
WANG Wenjie,LIU Xiaoying,CHENG Chang,XIE Xiaodong,LI Lulu,BAI Jie,LIU Pu,ZHONG Caihong,LI Dawei. Effects of salt and drought stresses and light quality on vitamin C content and expression of synthetic genes in kiwifruit leaves[J]. Journal of Fruit Science,2022,39(2):203-210.
[35] 梁旺利,于雯靜,胡進紅,宋繁,王玲霞,梁文裕. NaCl脅迫下寧夏枸杞ABA代謝相關基因差異表達分析[J]. 西北農(nóng)業(yè)學報,2024,33(4):664-672.
LIANG Wangli,YU Wenjing,HU Jinhong,SONG Fan,WANG Lingxia,LIANG Wenyu. Differential expression of ABA metabolism-related genes in Lycium barbarum under NaCl stress[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica,2024,33(4):664-672.