氯化钠胁迫对菊芋幼苗生长和叶片抗氧化酶活性的影响

李晓梅，李爱卿，赵晓东，冯玉兰

(西北民族大学 生命科学与工程学院，甘肃 兰州 730030)

氯化钠胁迫对菊芋幼苗生长和叶片抗氧化酶活性的影响

李晓梅，李爱卿，赵晓东，冯玉兰*

(西北民族大学 生命科学与工程学院，甘肃 兰州 730030)

采用温室盆栽法，以青芋2号(QY-2)为试材，用含不同浓度NaCl(0、50、100、150、200 mmol·L-1)的溶液模拟盐胁迫，分析不同程度盐胁迫对菊芋幼苗株高、地上部鲜重、地下部鲜重、地上部干重、地下部干重、根冠比、各器官含水率，以及叶片抗氧化酶活性的影响。结果显示，50 mmol·L-1NaCl能够促进菊芋幼苗生长，除叶片含水率外，其他生长指标均高于对照组(NaCl浓度为0)，且株高、地下部鲜重、地上部干重、地下部干重与对照组差异显著(P<0.05)，而SOD(超氧化物歧化酶)、POD(过氧化物酶)、CAT(过氧化氢酶)活性均低于对照组。200 mmol·L-1NaCl胁迫下，菊芋株高、总鲜重、地上部鲜重、地上部干重、含水率、POD活性、CAT活性与对照组相比均降低，而地下部鲜重、地下部干重、根冠比、SOD活性均较对照组有小幅度提高。

盐胁迫； 菊芋； 抗氧化

盐渍化是制约植物生长和降低干旱和半干旱区作物产量的主要化学胁迫因子[1-2]，土壤的盐渍化已然成为同资源问题、环境问题和生态问题为一体的全球性问题[3-4]。我国是世界盐碱地大国之一，土地盐渍化严重影响我国农林业生产和植被分布，在降低经济效益的同时又破坏生态环境。目前最经济有效的利用盐渍化土地的生物途径之一就是筛选、利用耐盐植物。研究植物盐胁迫响应机制对选育合适的农林业耐盐品种，以及盐碱地区的生态环境建设和利用改良等极具理论和现实意义。

菊芋(Helianthustuberosus)是主要靠块茎繁殖，耐寒，耐旱，耐贫瘠，耐盐碱，繁殖力强的菊科向日葵属多年生草本植物[5]。菊芋的生态适应性很强，是耐盐胁迫研究的理想材料。菊芋地上茎叶是优质粗饲料，被联合国粮农组织称为“21 世纪人畜共用作物”[6]。其地下块茎亦具有很高的经济价值。菊芋块茎中菊糖含量较高，工业上用它提炼白酒和酒精。菊糖水解后的果糖，可用于医药生产，制作糖果、糕点等。同时菊芋块茎中富含淀粉，可食用或作酱菜，还可以利用芋粉转化生产乙醇，是极具前景的生物能源原料。有研究认为，植物苗期对盐胁迫的反应最为敏感。本研究特以青芋二号菊芋幼苗为研究对象，探究不同浓度NaCl处理对苗期菊芋生长指标和叶片抗氧化酶的胁迫效应，以探讨青芋二号菊芋品种对NaCl胁迫的适应机理，旨在为盐渍土地种植菊芋提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

以购自青海省农林科学院的青芋二号块茎为试验材料。

1.2 方法

选取具有发芽能力的青芋二号菊芋块茎，消毒后将芽眼完好的部分切成块，种于装有蛭石的穴盘中，将穴盘放入温室进行培养，昼/夜温度为31 ℃/22 ℃。待块茎萌发长出2～3对真叶后，挑选生长一致的幼苗，转移至装有石英砂和蛭石的具孔塑料盆中，每盆栽3株，每日用1/2 Hoagland营养液浇灌，且营养液要每天更换1次。苗龄20 d后，选择长势一致的菊芋幼苗分别用含不同浓度NaCl(0、50、100、150、200 mmol·L-1)的1/2 Hoagland培养液进行胁迫处理。浇灌量以没过细沙为准，使根部溶液彻底更新。蒸发、蒸腾损失的水通过称重加蒸馏水进行补充。

为避免幼苗受高浓度盐处理的冲击，选择每日胁迫浓度递增的方法处理幼苗，当各处理达到预期浓度后7 d进行指标测定。

1.3 指标测定

1.3.1 株高

用卷尺测量菊芋幼苗茎基部到植株顶叶的距离作为株高,测量时要舒展顶叶。

1.3.2 鲜重、干重、根冠比

随机拔取每个处理各6株菊芋幼苗，用自来水将根部冲洗干净，再用去离子水清洗，然后用滤纸吸干水分，用剪刀将根、茎、叶分开，然后用称重法称取各部位鲜重(m1)，之后将称重好的根、茎、叶置于恒温干燥箱先105 ℃杀青15 min，再60 ℃烘干至恒重，称取各部位干重(m2)，即为生物量。

含水率=(m1-m2)/m1×100；

根冠比=根生物量/(茎生物量+叶生物量)。

1.4 数据分析

使用SPSS 19.0软件进行数据分析，对有显著差异的处理采用Duncan法进行多重比较，用Excel 2010作图。

2 结果与分析

2.1 对幼苗生长的影响

2.1.1 株高

从图1可看出，50 mmol·L-1的NaCl处理下菊芋株高最高，且与对照组(NaCl浓度为0)差异显著(P<0.05)。当NaCl浓度≤50 mmol·L-1时，随着处理浓度的升高菊芋株高呈现上升趋势；当NaCl浓度>50 mmol·L-1时，随着NaCl浓度递增，菊芋株高呈现下降趋势。200 mmol·L-1NaCl处理下菊芋株高显著(P<0.05)低于对照组，说明菊芋幼苗生长受到抑制，植株表现为部分脱水，且整体呈现萎蔫现象，近根部叶片发黄。

各处理柱上无相同小写字母的表示差异显著(P<0.05)。图2～5同图1 不同NaCl浓度对菊芋株高的影响

2.1.2 鲜重

如图2所示，随着NaCl浓度递增，菊芋幼苗总鲜重、地上部鲜重、地下部鲜重均出现先上升后下降的变化趋势。当NaCl浓度为50 mmol·L-1时，前述3项指标均达到最高值，菊芋幼苗地下部鲜重较对照组增加85.8%，且差异显著(P<0.05)。这说明低浓度的NaCl处理对菊芋幼苗生长有促进作用。高浓度盐胁迫会抑制菊芋幼苗生长。当NaCl浓度为200 mmol·L-1时，与对照组对比，总鲜重下降了23.9%，地上部鲜重下降了34.9%，而地下部鲜重却上升了42.4%，说明高浓度盐处理对地上部的影响比地下部更明显。综上，菊芋幼苗地下部对NaCl胁迫的耐受力要强于地上部。

2.1.3 干重及根冠比

生长受抑制、生物量降低是植物在盐胁迫下最明显的生理变化。从图3可看出，当NaCl浓度为50 mmol·L-1时，菊芋幼苗地上部干重、地下部干重相对于对照组显著(P<0.05)上升。当NaCl浓度高于50 mmol·L-1时，干物质积累量随着NaCl浓度的增高而呈现减少的趋势。当NaCl浓度为200 mmol·L-1时，菊芋幼苗地下部干重和根冠比均小幅度增高。

2.1.4 各器官含水率

由图4可知，不同NaCl浓度下菊芋幼苗各器官含水率无显著差异。当NaCl浓度为25～100 mmol·L-1时，根、茎含水率较对照组上升，而叶含水率下降，表明低浓度的NaCl对菊芋幼苗叶片水分代谢率的影响相对较大。当NaCl浓度为150 mmol·L-1时，根部相对含水率的增幅高于茎和叶；当NaCl浓度为200 mmol·L-1时，根部相对含水率的降幅更小。

图2 不同NaCl浓度对菊芋幼苗地上部、地下部，及总鲜重的影响

图3 不同NaCl浓度对菊芋幼苗地上部、地下部干重，及根冠比的影响

图4 不同NaCl浓度对菊芋幼苗各器官含水率的影响

2.2 对叶片抗氧化酶活性的影响

从图5可以看出，随着NaCl浓度增大，菊芋幼苗叶片SOD、CAT活性均呈现先升后降再升再降的趋势，POD活性则是先下降，至50 mmol·L-1

起也呈现与SOD、CAT活性相同的变化趋势。当NaCl浓度为25 mmol·L-1时，幼苗叶片SOD与CAT活性均高于对照，但差异不显著；当NaCl浓度为50 mmol·L-1时，SOD、CAT、POD活性均下降，且SOD、CAT活性与对照组差异显著(P<0.05)；当NaCl浓度为150 mmol·L-1时，3种抗氧化酶的活性同时急剧上升，说明该浓度下幼苗叶片活性氧大量积累，细胞膜受到氧化反应的损害，此时，过氧化物酶体的氧化反应占主导作用，因此机体诱导产生了大量抗氧化酶以清除活性氧使机体免受伤害，这与Huang等[7]的研究一致。

所有酶活均以鲜重计图5 不同NaCl浓度对菊芋幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

3 讨论

研究发现，植物幼苗生长阶段对盐胁迫最为敏感[8-9]。本研究发现，随着NaCl浓度递增，菊芋幼苗株高、总鲜重、地上部鲜重、地下部鲜重、地上部干重均呈现先上升后下降的变化趋势，且在NaCl胁迫浓度为50 mmol·L-1时各指标数值均达最高值，表明低浓度NaCl处理能够促进菊芋幼苗生长，而高浓度则会抑制菊芋幼苗生长。这与秦娟等[10]对宇航四号朝天椒幼苗耐盐性的研究结论一致。根冠比增大是植物的一种保护效应，有利于其对营养物质和水分的吸收，降低蒸腾，缓解水分胁迫所造成的伤害[11]。本研究中，随着NaCl浓度提高，根冠比也随之提高，说明菊芋幼苗通过提高根冠比以适应盐胁迫。但当继续增大盐胁迫浓度时，其根冠比降低。地下部干重和根冠比在200 mmol·L-1NaCl浓度下高于对照组，且根部含水率在200 mmol·L-1NaCl胁迫浓度下降幅度较小。综上，50 mmol·L-1NaCl能促进菊芋幼苗生长，且菊芋幼苗的耐盐能力主要在于根部。

活性氧会介导膜脂的过氧化作用[11-13]。盐胁迫下活性氧的积累会导致植物细胞受损乃至死亡[14]，细胞抗氧化酶系统中的SOD、CAT和POD可清除植物体内的活性氧[15-17]。当盐浓度超过了一定量后，抗氧化酶系统的酶活性则会受到抑制[18]。以上结论在本研究中得到了充分验证。

盐化土壤的含盐率为0.2%～0.6%，盐土含盐率为0.6%～2%。含有50 mmol·L-1NaCl的1/2 Hoagland营养液含盐率为1%。依据本研究结果，50 mmol·L-1NaCl对青芋二号菊芋幼苗的生长有明显的促进作用，且该浓度下3种叶片抗氧化酶活性均比较低，说明此胁迫浓度下活性氧含量低，植株没有受到活性氧的损害。由此可初步确定，青芋二号菊芋幼苗具有较强的耐盐性。

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2017-07-19

国家民委科研项目(14XBZ013)；兰州市科技局项目(2015-3-112)；西北民族大学“一优三特”学科中央高校基本科研项目(31920170173)

李晓梅(1993—)，女，回族，宁夏中卫人，学士，研究方向为生物技术，E-mail：1065880098@qq.com。

冯玉兰(1979—)，女，甘肃秦安人，副教授，硕士，研究方向为生物技术，E-mail：fyl@xbmu.edu.cn。

文献著录格式：李晓梅，李爱卿，赵晓东，等. 氯化钠胁迫对菊芋幼苗生长和叶片抗氧化酶活性的影响[J].浙江农业科学，2017，58(12)：2206-2209.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171239

Q945.78

A

0528-9017(2017)12-2206-04

高 峻)