两种外源物对盐胁迫下栀子幼苗抗氧化酶活性的影响

姚侠妹,偶春,殷明明,郭健

(1.阜阳师范学院生物与食品工程学院,安徽阜阳236037;2.林木遗传育种国家重点实验室,北京100091)

两种外源物对盐胁迫下栀子幼苗抗氧化酶活性的影响

姚侠妹1,2,偶春1,殷明明1,郭健1

(1.阜阳师范学院生物与食品工程学院,安徽阜阳236037;2.林木遗传育种国家重点实验室,北京100091)

以栀子幼苗为材料,采用水培法,研究5-氨基乙酰丙酸(ALA)、水杨酸(SA)对150 mmol/L NaCl胁迫下栀子幼苗抗氧化酶活性等生理指标的影响,探讨ALA和SA对盐胁迫的缓解作用.结果表明:150 mmol/L NaCl胁迫下,施加适量的ALA或SA可降低栀子幼苗叶片丙二醛含量,提高可溶性蛋白含量和抗氧化系统SOD、POD、CAT活性,其中以25～50 mg/L ALA或0.5～1.0 mmol/L SA的缓解效果最好.研究显示25～50 mg/L ALA或0.5～1.0 mmol/L SA能够有效缓解盐胁迫对栀子幼苗造成的生理伤害,提高其抗盐性.

栀子;5-氨基乙酰丙酸;水杨酸;NaCl胁迫;抗氧化酶

栀子(Gardenia jasminoides)是茜草科植物,其果实是传统中药,且含有天然栀子黄色素,是目前国际上流行的天然色素和食品添加剂[1],属卫生部颁布的药食两用资源之一[2].由于栀子的药用价值,国内外需求量大增,各地都进行人工栽培.而土壤盐渍化严重影响了农业生产和生态环境建设,制约了植物的生长和发育.如何保证植物在盐渍环境中的正常生长以及产量与质量,已经成为长期以来亟待解决的问题.

水杨酸(salicylic acid,SA)广泛存在于多种植物体内,是一种简单的酚类化合物,具有广泛的生理效应,参与调解植物的许多生理过程[3-4].研究发现SA能够诱导植物系统的抗病能力,提高植物对某些逆境的抗性.5-氨基乙酰丙酸(ALA)是生物化合物中非常重要的化合物,ALA可以提高作物的抗逆性,提高作物产量并改善作物品质[5-6].本研究以栀子幼苗为材料,对比不同外源物SA和ALA对盐胁迫下栀子幼苗抗氧化酶活性的影响,为解决栀子幼苗在栽培生产中遇到的盐胁迫问题提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料与处理

栀子一年生扦插苗由阜阳卜子东园林苗木基地提供.挑选长势一致、植株健康的栀子幼苗,用质量分数为0.5%的高锰酸钾消毒15 min,然后用蒸馏水反复冲洗,将幼苗放入塑料花盆(500 mL,3株/盆)进行1/2 Hoagland营养液水培,置于光照强度为2 000 lx,温度为白天25℃、12 h,夜间18℃、12 h的光照培养箱.培养2周后,进行不同剂量的ALA和SA处理,其中ALA由韩国KAIST提供,SA为分析纯,由上海国药集团生产.试验共设8个处理,每组设5个重复,分别为:以蒸馏水为对照1(CK);150 mmol/L NaCl为对照2(NaCl);ALA质量浓度为25、50、100、200 mg/L;SA浓度为0.5、1、2、4 mmol/L.处理14 d后取栀子叶片测定各项指标,各处理重复3次.试验期间隔天17:00更换处理溶液.

1.2 生理生化指标测定

超氧化物歧化酶(SOD)活性测定采用氮蓝四唑法;过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚法;过氧化氢酶(CAT)活性测定采用紫外分光光度法;丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸比色法;蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法[7-8].

1.3 数据处理

用Microsoft Excel 2003软件进行数据处理和绘图;用SPSS 16.0软件进行统计分析.

2 结果与分析

2.1 ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片MDA含量的影响

ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片MDA含量的影响见图1.

图1 ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片MDA含量的影响Fig.1 Effect of ALA and SA on MDA content of Gardenia jasminoides seedlings under salt stress

由图1可知,盐胁迫时的MDA含量是CK1的1.33倍,说明盐胁迫造成了MDA在植物体内的积累,适当浓度的ALA和SA能使MDA含量减少,在一定程度上缓解栀子幼苗的盐渍化.ALA和SA处理效果较好的分别是25 mg/L和1 mmol/L,之后随着浓度的增加MDA含量又开始逐渐变大.说明低浓度的ALA和SA可以使MDA含量减小,从而缓解栀子幼苗的盐胁迫,但较高浓度时反而有可能加剧盐胁迫的进程.

2.2 ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片SOD活性的影响

ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片SOD活性的影响见图2.

图2 ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片SOD活性的影响Fig.2 Effect of ALA and SA on SOD activity of Gardenia jasminoides seedlings under salt stress

由图2可知,盐胁迫(CK2)下栀子幼苗的SOD活性小于CK1,较CK1下降了17.34%(P＜0.05),外施25、50 mg/L的ALA和0.5、1 mmol/L的SA可显著提高盐胁迫下栀子幼苗叶片SOD含量,分别为盐胁迫时的1.18、1.32、1.12和1.29倍.随着SA浓度的升高,SOD活性先表现出增大的趋势,SA浓度为1mmol/L时, SOD达到最大值;当SA浓度继续升高后,SOD活性开始降低,且明显低于CK1.ALA质量浓度为50 mg/L时SOD活性达到最大值,为377.32 U/(g·min).

2.3 ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片POD活性的影响

ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片POD含量的影响见图3.

图3 ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片POD活性的影响Fig.3 Effect of ALA and SA on POD activity of Gardenia jasminoides seedlings under salt stress

由图3可知,CK1处理的栀子幼苗POD活性要比盐胁迫下的高出19%.SA的调节效果在浓度为1mmol/L时最好,POD活性为2465U/(g·min),但浓度增加到2mmol/L时,POD活性减小.适宜浓度的ALA在一定程度上可缓解栀子幼苗在盐胁迫下的破坏,在50mg/L质量浓度时,POD达到最大值(2553.33U/(g·min)),效果最好.对比两种外源物,可知ALA较SA更能明显提高盐胁迫下栀子幼苗的POD活性.

2.4 ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片CAT活性的影响

ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片CAT活性的影响见图4.

图4 ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片CAT活性的影响Fig.4 Effect of ALA and SA on CAT activity of Gardenia jasminoides seedlings under salt stress

由图4可知,盐胁迫栀子幼苗外施ALA或SA后,CAT活性明显高于盐胁迫时的CAT活性.但是相较于CK1来说,25～100 mg/L ALA或0.5～2 mmol/L SA提高盐胁迫栀子叶片CAT活性差异不显著,缓解胁迫效果明显.随着盐胁迫栀子幼苗外施SA浓度的增加,CAT活性呈现先升高后降低的趋势,并且在0.5 mmol/L时达到最大,其活性值为118.6 U/(g·min),比盐胁迫时的活性值升高了28.6%(P＜0.05).同样, ALA也能取得相应的效果,随着质量浓度的增加,到50 mg/L时,CAT活性达到最大为120.2 U/(g·min).与SA相同,较高质量浓度的ALA也能使CAT活性降低.由以上可知,较低浓度的ALA和SA都能够调节CAT活性,缓解植株的盐渍胁迫危害.

2.5 ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片可溶性蛋白含量的影响

ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片可溶性蛋白含量的影响见图5.

图5 ALA和SA对盐胁迫下栀子幼苗叶片可溶性蛋白含量的影响Fig.5 Effect of ALA and SA on soluble protein content of Gardenia jasminoides seedlings under salt stress

由图5可知,盐胁迫栀子幼苗外施50 mg/L ALA或1 mmol/L SA溶液,其叶片可溶性蛋白含量分别为CK2的1.21、1.45倍.0.5～1 mmol/L SA处理盐胁迫下栀子幼苗叶片可溶性蛋白含量高于CK2,到24.42 mg/g时达到最大值,随着浓度持续升高,可溶性蛋白含量减少,可知较低浓度的SA能够很好地缓解栀子幼苗盐胁迫的进程,而较高浓度的SA则会抑制可溶性蛋白含量的增加,或许会加剧盐胁迫的进程.与SA相比,ALA也能在一定程度上通过增加可溶性蛋白含量来缓解栀子幼苗盐胁迫程度,25～50 mg/L ALA溶液引起叶片可溶性蛋白含量提高,其中50 mg/LALA的外施效果最好.

3 结论与讨论

MDA是检验细胞膜过氧化程度和植物衰老指标对逆境条件反应强弱的重要标志之一,植物在逆境中会产生一系列的化学反应,MDA的含量升高,MDA的积累对膜和细胞造成不同程度的伤害[9].本试验中,NaCl处理显著促进了栀子植株叶片中MDA的积累,添加25～50 mg/L ALA或0.5～1 mmol/L SA则导致其含量显著降低,减轻了膜脂过氧化作用并增强了膜的稳定性,表明外施适宜浓度的ALA或SA可有效降低盐胁迫给栀子幼苗造成的伤害.

植物内存在SOD、POD、CAT等抗氧化物酶,其作为酶促抗氧化系统的重要组成部分,发挥协同作用,共同清除植株体内活性氧物质[10].盐胁迫时栀子幼苗叶片中SOD、POD、CAT三种酶的活性降低,影响了植物体内正常的生理生化反应.研究发现,通过施加外源SA和ALA调节植株体内三种酶的活性, SOD、POD、CAT活性随着外源物浓度的增加,表现为先增大后变小的趋势.并且在ALA质量浓度为50 mg/L或SA浓度为1 mmol/L时,缓解植株盐胁迫的伤害的效果最好.

逆境条件下蛋白的积累是植物响应外界不良环境的调节机制,这些蛋白不仅能够调节控制膜的透水性,而且在某种程度上也体现了植物的光合能力[11].本研究中,相较于CK1,NaCl胁迫(CK2)下可溶性蛋白含量显著降低,外施25～50 mg/L ALA或0.5～1 mmol/L SA均可显著提高栀子叶片中可溶性蛋白的含量,且在50 mg/L ALA或1 mmol/L SA处理下达到最高值.由此可知,适量的ALA或SA均能有效提高盐胁迫下栀子幼苗叶片中蛋白的合成,保证植物体水分运输和叶片光合功能正常进行,促进植株生长发育并提高其耐盐性.

总之,植物的抗氧化系统在缓解盐胁迫方面起着重要的作用,它可清除植物体内的一些有害物质.可通过施加外源物质SA和ALA来调节植物生理活动以适应逆境环境.25～50 mg/L ALA或0.5～1 mmol/L SA能缓解抗氧化酶在盐逆境下酶活性的降低,更好地调节植物的生长,增加产量.

[1]那莎,郭国田,王宗殿,等.栀子及其有效成分药理研究进展[J].中国中医信息杂志,2005,12(1):90-92.

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[11]张艳艳,刘威,宣亚楠,等.水杨酸对盐胁迫下唐古特白刺活性氧代谢和细胞膜透性抑制的缓解效应[J].东北林业大学学报,2012,41(12):56-59.

（责任编辑：邓天福）

ALA and salicylic acid on antioxidant enzymes in gardenia seedlings under salt stress mitigation effect of protection system

YAO Xiamei1,2,OU Chun1,YIN Mingming1,GUO Jian1
(1.School of Biotechnology and Food Engineering,Fuyang Normal College,Fuyang 236037,China; 2.State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding,Research Institute of Forestry,Chinese Academy of Forestry Sciences,Bejing 100091,China)

Gardenia jasminoides seedlings living in the circumstance were cultured with 150 mmol/L NaCl and different concentrations ALA and SA,physiological and biochemical indexes were studied,including malondialdehyde (MDA),soluble protein content and antioxidant system in order to discuss ALA and SA alleviate the damages to the seedlings of G.jasminoides under salt stress.The results showed that 150 mmol/L NaCl significantly inhibited the physiological and biochemical indexes of G.jasminoides seedlings.Appropriate concentration ALA and SA could improve soluble protein,superoxide(SOD),peroxidase(POD)and catalase(CAT)of G.jasminoides seedlings under 150 mmol/L NaCl,meanwhile reduced their malondialdehyde(MDA),especially their value with 25～50 mg/L ALA and 0.5～1.0 mmol/L SA reached the maximum or minimum value.25～50 mg/L ALA and 0.5～1.0 mmol/L SA could significantly alleviate the physiological damages to the seedlings of G.jasminoides under salt stress,and promote the salt resistance of the seedlings.

Gardenia jasminoides;5-aminolevulinic acid;salicylic acid;salt stress;antioxidant system

S182

：A

：1008-7516（2015）05-0015-05

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.05.004

2015-09-05

国家卓越农林人才教育培养计划项目(教高函[2014]7号);安徽省高校质量工程项目(2014jyxm231,2013zy049);阜阳师范学院质量工程项目(2012ZYJH03,2014SJJD01);安徽省大学生创新训练项目(AH201410371065);阜阳师范学院自然科学研究项目(2015FSKJ01ZD,2015FSKJ15).

姚侠妹(1981―),女,安徽蚌埠人,博士研究生,讲师.主要从事植物地理与应用研究.

偶春(1983―),男,安徽合肥人,硕士,副教授.主要从事景观规划与园林植物应用研究.