不同盐碱胁迫下阿拉善荒漠区3种沙生植物幼苗体内脯氨酸变化规律的研究

王丽，张斌武，桂翔，杨阳，谢菲，刘俊良，马悦

(阿拉善盟林木种苗站，内蒙古 阿拉善盟 750300)

土壤盐渍化是全球性生态问题。世界范围内，受盐渍化影响的土地面积约为8.31×108hm2[1]，占全球土地总量的7%。此外，不合理的灌溉和耕作方式还导致了次生盐渍化的发生。目前，全球次生盐渍化土地面积约为7 700×104hm2[1]，其中58%均发生在具备灌溉条件的耕作区。盐渍化的发展严重影响适耕土地的生产力，威胁作物生产和粮食安全。

阿拉善地处三大沙漠交汇地带，区内沙漠面积广大，年均降水量小于200mm[2]，自然环境恶劣。区内物种结构较为单一，多为多年生的旱生灌木和半灌木[3]。脯氨酸是植物体内最为重要的渗透调节物质之一[4]。胁迫条件下，体内累积的脯氨酸具有清除胞内活性氧的作用[5]，还可作为储能物质存储参与细胞内的能量代谢，保证胁迫条件下的能量供给[6]。

本研究以阿拉善荒漠区内3种常见的旱生植物蒙古沙冬青(Ammopiptanthusmongolicus)、白沙蒿(Artemisiasphaerocephala)和花棒(Hedysarumscoparium)为材料，对此3种旱生植物不同类型盐碱胁迫条件下(NaCl、KCl、Na2CO3、NaHCO3)的脯氨酸变化规律进行研究，为探索荒漠植物的逆境适应机理提供有益借鉴和参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验中所使用的蒙古沙冬青、白沙蒿和花棒种子均采集于阿拉善左旗周边荒漠区内。分别挑选籽粒饱满的蒙古沙冬青、花棒种子，用蒸馏水冲洗干净后温水浸泡24h。将浸泡后的蒙古沙冬青、花棒种子经2%的高锰酸钾溶液消毒10min后冲洗干净。将蒙古沙冬青、花棒、白沙蒿种子分别拌沙点播至装有基质(草炭土和沙土各50%)的花盆中，待种子萌发至幼苗后进行间苗，每盆保留10株生长健壮且生长发育程度基本一致的幼苗植株用于不同浓度的盐胁迫处理。

1.2 胁迫处理

采用1月龄植株，设置50mmol/L、100mmol/L、200mmol/L和300mmol/L共4个NaCl浓度梯度及与上述4个浓度梯度相对应的KCl、Na2CO3和NaHCO3处理，于7月20日对幼苗进行盐碱胁迫。处理时，量取500mL预先配制好的盐碱溶液，缓慢浇至花盆中，将浇灌相同量蒸馏水的处理作为对照(0mmol/L)。各处理，每个采样时间点均设置3个重复。自8月31日起，每间隔2d采样1次。采集的叶片样本迅速转移至液氮中进行速冻，带回实验室后冻存于-80℃冰箱备用。

1.3 脯氨酸测定方法

使用酸性茚三酮法测定脯氨酸含量。称取0.5g叶片置于1个干净的研钵中，向其中加入10mL 3%的磺基水杨酸溶液在低温条件下迅速研磨。充分研磨后的匀浆使用滤纸进行过滤，取2mL滤液转移至1个新的试管中，并向其中加入2mL预先配制好的茚三酮溶液和2mL冰乙酸，转移至沸水中水浴1h。将试管迅速插入冰中冷却，并向其中加入4mL甲苯。吸取甲苯上清，使用分光光度计于520nm处测定吸光值。使用市售的标准品绘制脯氨酸标准曲线。

1.4 数据处理

使用SAS软件分析比较不同胁迫处理下的脯氨酸含量，使用Origin 8软件绘图。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对脯氨酸积累的影响

从总体变化趋势上来看，不同浓度的NaCl胁迫促进了脯氨酸在蒙古沙冬青、白沙蒿和花棒幼苗叶片中的积累(图1)。

图1 NaCl胁迫对脯氨酸积累的影响

观测期内，不同浓度的NaCl处理均显著提高了蒙古沙冬青幼苗中的脯氨酸水平(图1-A)。虽然随着处理时间的延长，观测期内3种植株体内的脯氨酸水平均表现出逐渐增高的趋势，但白沙蒿和花棒体内的脯氨酸累积水平显著高于蒙古沙冬青，300mmol/L NaCl处理24d后，白沙蒿和花棒幼苗叶片内的脯氨酸含量分别为959.02μg/g和828.89μg/g(图1-B和图1-C)。

2.2 KCl胁迫对蒙古沙冬青、白沙蒿和花棒脯氨酸积累的影响

与NaCl胁迫类似，KCl处理同样对蒙古沙冬青、白沙蒿和花棒幼苗叶片中的脯氨酸积累具有促进作用，见图2。

图2 KCl胁迫对脯氨酸积累的影响

经不同浓度KCl处理后，蒙古沙冬青幼苗中的脯氨酸含量在各采样时间点均显著高于对照(图2-A)。300mmol/L KCl处理24d后，蒙古沙冬青叶片中的脯氨酸含量为226.21μg/g(图2-A),而白沙蒿和花棒中的脯氨酸含量分别为824.89μg/g和704.05μg/g(图2-B和图2-C),均显著高于蒙古沙冬青。

2.3 Na2CO3胁迫对蒙古沙冬青、白沙蒿和花棒脯氨酸积累的影响

不同浓度Na2CO3处理后，随着处理时间的延长，蒙古沙冬青、白沙蒿和花棒幼苗叶片中的脯氨酸含量均有所增加，见图3。

图3 Na2CO3胁迫对脯氨酸积累的影响

观测期内，不同浓度的Na2CO3胁迫均显著提高了蒙古沙冬青幼苗叶片中的脯氨酸含量(图3-A)。300 mmol/L Na2CO3处理24d后，白沙蒿和花棒叶片内的脯氨酸含量持续上升达到最大，分别为989.33μg/g和923.04μg/g(图3-B和图3-C)。

2.4 NaHCO3胁迫对蒙古沙冬青、白沙蒿和花棒脯氨酸积累的影响

NaHCO3胁迫虽然对蒙古沙冬青、白沙蒿和花棒幼苗叶片中的脯氨酸积累有促进作用，但与Na2CO3相比，NaHCO3胁迫促进脯氨酸累积的水平均有所降低。如300mmol/L NaHCO3处理24d后，蒙古沙冬青中的脯氨酸含量为228.49μg/g(图4-A)，低于Na2CO3处理(249.82μg/g)。而300 mmol/L NaHCO3处理24 d后，白沙蒿和花棒中脯氨酸含量分别为782.37μg/g和631.69μg/g(图4-B和图4-C)，均显著低于相同条件下的Na2CO3处理。上述结果说明：与NaHCO3处理相比，相同浓度的Na2CO3对蒙古沙冬青、白沙蒿和花棒幼苗中的脯氨酸积累具有更强的促进作用。

图4 NaHCO3胁迫对脯氨酸积累的影响

3 结论与讨论

脯氨酸积累对植物的抗逆性具有十分重要的意义。高等植物中，生物[7]和非生物[8]胁迫诱导的脯氨酸积累已被证明广泛存在于多种植物中。通常情况下，相较于抗逆性较差的甜土植物，盐生植物在逆境条件下积累脯氨酸的能力更强[9]。因此，有些报道[10-11]直接将脯氨酸的累积水平与植物的抗逆性，尤其是抗盐性或抗旱性联系起来，认为两者间存在着相关性。由于脯氨酸是水溶性最大的氨基酸[12]，也是抗渗透压的小分子物质，本研究中，经不同浓度的NaCl、KCl、Na2CO3和NaHCO3处理后，蒙古沙冬青、白沙蒿和花棒植株周围的环境渗透压发生了变化，不同盐胁迫导致土壤环境渗透压不同，因此在植株体内积累的脯氨酸含量存在差异。随着胁迫时间的延长，蒙古沙冬青、白沙蒿和花棒幼苗叶片中的脯氨酸含量逐渐升高。不同浓度、不同类型的盐碱胁迫均显著提高了脯氨酸在上述3种沙生植物幼苗叶片中的累积水平。总体上看，NaCl胁迫诱导脯氨酸累积的能力大于KCl；Na2CO3胁迫诱导脯氨酸累积的能力大于NaHCO3。胁迫条件下，白沙蒿幼苗内脯氨酸的积累水平大于花棒，而花棒大于蒙古沙冬青，但脯氨酸的累积水平并不能直接等同于植物的抗逆性。事实上，近年来的多项研究表明：脯氨酸的累积与植物的抗逆性间的关系在不同的植物中存在差异。例如，Lv等[13]的研究表明，水稻幼苗对盐碱胁迫的抗性与脯氨酸含量的相关性较差，脯氨酸的累积水平不是评价水稻对盐碱胁迫抗性的可靠指标。植物对某种(类)胁迫的抗性是由多种生理过程共同参与和决定的综合性表现[14]。本研究对蒙古沙冬青、白沙蒿和花棒在不同盐碱胁迫下的脯氨酸含量进行了比较，是对这3种沙生植物盐碱胁迫响应机理解析的有益尝试，将对今后阿拉善荒漠区沙生植物资源的开发和利用提供参考。