盐胁迫对苍术幼苗生理指标的影响

曹佳诺,王佳佳,项竞仪,陈桂平

(1.唐山师范学院 生命科学系,河北 唐山 063000;2.河北师范大学 生命科学学院,河北 石家庄 050024;3.北京林业大学 生物科学与技术学院,北京 100091)

植物在盐胁迫下会受到渗透胁迫、离子毒害、膜透性改变及生理代谢紊乱等影响,植物的形态结构会发生变化,原本的体内稳态被打破,植物的生长和生物量被抑制[1]。盐胁迫会使相关保护酶的活性降低,光合速率下降。此外,盐胁迫会产生大量的活性氧(ROS)损害细胞膜系统,影响离子运输,阻碍植物细胞的生理生化活动,损害植物体内蛋白质等大分子物质[2]。为维持植物内稳态平衡,植物通过多种方式缓解盐胁迫对植物带来的损害,如提高脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等含量来稳定细胞结构,维持植物正常生理代谢,以及通过保护酶系统发挥作用。

苍术(Atractylodeslancea)作为一味中医常用药,主要指菊科植物茅苍术或北苍术干燥的根茎[3]。苍术为运脾药,主治湿阻中焦、脘腹胀痛、祛风除湿、夜盲等症[4]。前人对北苍术的研究多集中在与其活性成分及其药理活性方面,有关苍术盐胁迫方面的研究主要是关于苍术盐胁迫后的叶片、种子的变化规律[5,6],关于苍术耐盐机制的研究报道较少。本试验通过测定盐胁迫下苍术的生理生化指标的变化来了解苍术的耐盐机制,为提高苍术耐盐能力,选育耐盐品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

两年生健康良好的苍术幼苗根作为试验材料。

1.2 试验方法

1.2.1 苍术幼苗的培养及盐胁迫处理

将苍术幼苗移至营养钵(营养土∶蛭石=3∶1)中。挑选生长状况良好的苍术幼苗进行水培2 d,然后进行盐胁迫处理。

1.2.2 盐胁迫处理

结合Amel的方法[7]选用0.6%、0.9%的NaCl盐溶液处理0、12、24、48 h后,取根部进行生理指标测定。

1.2.3 测定指标方法

丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法测定[8];脯氨酸含量的测定采用磺基水杨酸法测定[9];可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法,计算公式为:

可溶性糖含量(μg/g)=C·V/W,

V-植物样品稀释后的体积(ml),C-提取液的含糖量(μg/ml),W-植物组织鲜重(g);相对电导率用DDS-11A型电导仪测定,计算公式为:

L=S1/S2·100%,

L-相对电导率(%),S1-初始电导率,S2-终电导率;可溶性蛋白含量采用试剂盒(南京建成生物工程公司,货号:A045-2)测定;超氧化物歧化酶活性采用试剂盒(南京建成生物工程公司,货号A001-1)测定;过氧化氢酶活性采用试剂盒(南京建成生物工程公司,货号:A007-1)测定;过氧化物酶活性采用试剂盒(南京建成生物工程公司,货号:A084-3)测定。

1.2.4 数据分析

应用SPSS19软件对数据进行方差分析。

2 试验结果

苍术幼苗在受到0.6%、0.9%盐胁迫后,在0～48 h内根部丙二醛含量测定结果,如图1-A所示。胁迫组的丙二醛含量先上升后下降,CK组丙二醛含量则先下降而后上升。两个胁迫组12 h和24 h时的丙二醛含量均高于CK组,但差异不显著(P>0.05)。

苍术根部在盐胁迫时脯氨酸的含量变化呈上升趋势,CK组脯氨酸含量变化不明显,如图1-B所示。在12h时,0.9% NaCl处理脯氨酸含量比CK组增加37.36 μg/g,差异极显著(P<0.01);在48h时,0.6% NaCl处理与0.9% NaCl处理脯氨酸含量比CK组分别增加52.98 μg/g和68.82 μg/g,差异显著(P<0.05)。其它胁迫处理与CK组相比,差异不显著(P>0.05)。

苍术根部在盐胁迫时相对电导率的变化整体呈上升的趋势,胁迫组相对电导率高于CK组,如图1-C所示。在12 h时,0.6%NaCl处理与0.9%NaCl处理的相对电导率分别比CK组增加了14.21%和13.53%,差异极显著(P<0.01);在24 h时,0.6% NaCl处理和0.9% NaCl处理与CK组差异显著(P<0.05),分别提高了37.63%和26.69%;在48 h时,0.6% NaCl处理和0.9% NaCl处理比CK组分别增加21.87%和25.36%,差异显著(P<0.05)。

盐胁迫下苍术根部可溶性糖含量整体上升,胁迫组含量高于CK组,如图1-D所示。在12 h时,0.6% NaCl处理与0.9% NaCl处理比CK组分别增加194.45 μg/g和456.48 μg/g;在24 h时,0.6% NaCl处理与0.9% NaCl处理比CK组分别增加171.30 μg/g和769.44 μg/g。在48 h时,盐胁迫组与CK组的可溶性糖含量差异显著(P<0.05),0.6% NaCl处理比CK组增加了711.11 μg/g,0.9% NaCl处理增加了1 217.59 μg/g。

图1 在0.6%、0.9% NaCl胁迫下苍术幼根丙二醛(A)、脯氨酸(B)、相对电导率(C)和可溶性糖(D)变化

盐胁迫后苍术幼苗根部可溶性蛋白含量检测结果,如图2-A所示。随处理时间的延长,CK组可溶性蛋白含量表现出先上升后下降的趋势,在24 h表现出最大值;盐胁迫组整体呈先上升后下降再上升的趋势,在48 h表现出最大值。胁迫组与CK组相比,各个时间点差异均不显著。

盐胁迫组和CK组苍术根部SOD酶活性12 h后均大幅下降,然后随胁迫时间延长呈现先降低后缓慢升高再降低的情况,如图2-B所示。0.6% NaCl处理在胁迫12 h、24 h和48 h三个时间点的SOD酶活性均低于CK组,在48 h处最接近,两者相差只有1.65 U/mgprot,在12 h时差距最大,相差10.56 U/mgprot。0.9% NaCl处理在胁迫12 h、24 h、48 h 3个时间点的SOD酶活性均略高于CK组但差异不显著。在12 h、24 h和48 h时,0.9% NaCl处理的SOD活性全部高于0.6% NaCl处理,分别是0.6% NaCl处理的6.03倍、2.15倍和2.28倍。

随着处理时间的延长,0.9% NaCl处理和CK组苍术根部的CAT酶活性,均表现为先下降后上升再下降的波动情况,并在24 h表现出最大值,48 h表现出最小值;而0.6% NaCl处理表现出先下降后上升的趋势,且差异不显著,如图2-C所示。在12 h和24 h时,0.9% NaCl处理的CAT活性全部高于0.6% NaCl处理,分别是0.6% NaCl处理的4.25倍和8.92倍。说明高盐浓度会增加CAT活性,但盐浓度越高CAT的活性波动越大,说明不同浓度的盐胁迫对苍术CAT活性产生了不同的影响。

随着处理时间的延长,CK组苍术根部POD活性呈持续下降的趋势,在48 h表现出最小值;盐胁迫组呈先下降后上升再下降的趋势,均在24 h达到最高值,如图2-D所示。除24 h外,其它处理时间时,0.6% NaCl处理的POD活性均低于CK组;在24 h和48 h时,0.9% NaCl处理的POD活性都高于CK组,分别是CK组的2.39倍和1.71倍。在12 h、24 h和48 h时,0.9% NaCl处理的POD活性全部高于0.6% NaCl处理,分别是0.6% NaCl处理的2.56倍、1.25倍和1.94倍。0.6% NaCl处理在胁迫12 h时显著低于CK组(P<0.05),其它处理时间胁迫组与CK组差异不显著。

ABCD

3 讨论和结论

丙二醛含量是植物细胞膜质过氧化程度的体现,盐胁迫下丙二醛含量随着盐质量分数的增大而增多[10],但本试验中苍术幼苗受到盐胁迫时根部丙二醛的含量升高,胁迫组盐浓度0.6%时丙二醛含量大于0.9%时的丙二醛含量,可能是植物在盐浓度为0.9%时受到的压力更大,从而导致丙二醛的生成和清除过程发生了紊乱致其含量下降。胁迫48 h丙二醛的含量下降,可能是因为长时间的胁迫导致植物细胞的代谢和生理活动紊乱,从而影响丙二醛的含量,具体原因有待进一步分析。

试验中盐胁迫使苍术脯氨酸含量上升,且随盐浓度和胁迫时间的增加而升高,可能是苍术通过提高脯氨酸含量抵御盐胁迫带来的伤害[11,12]。

试验结果显示,在盐胁迫的情况下,苍术的相对电导率整体呈现上升趋势,且显著高于CK组,这与任智新[13]、霍彩兰[14]等的研究结果一致。其机制是胁迫条件下细胞膜的完整性被破坏,损伤了植物细胞膜,增加了膜通透性致使电解质外渗,进而导致细胞死亡[15]。

试验结果可以看出,随着盐胁迫浓度增加以及时间的延长,可溶性糖的含量呈现上升的趋势,在处理48 h时显著高于CK组,因此,苍术幼苗可能通过提高可溶性糖含量来缓解高盐浓度的胁迫压力。

试验中,随着处理时间的延长,胁迫组苍术幼苗根部可溶性蛋白含量出现了先升高后小幅度降低再升高的趋势,说明苍术幼苗根部细胞正在通过渗透调节来保护生物膜,以此来抵抗盐胁迫[16]。而随着盐浓度的增加,发现0.6%盐胁迫的可溶性蛋白的含量整体都高于0.9%盐胁迫,可能是因为高盐胁迫不仅抑制蛋白质合成,而且加速蛋白质的降解[17]。

试验结果表明,胁迫组SOD活性随着时间的延长都有先降低后升高的趋势,与夏蕴[18]和刘文东[19]等研究白术种子SOD活性在盐胁迫下呈先降低后升高的结果一致,说明SOD酶活性的提高需要一定的适应时间。

试验结果表明,胁迫组CAT活性随时间的延长呈现不同的趋势,低盐胁迫使苍术CAT活性先降低后升高,且整体低于对照组,高盐胁迫使CAT降低后升高再降低,有很强的波动性,这与相关研究[19,20]略有差别,其中原因有待进一步研究。

试验中胁迫组POD活性随时间的延长呈现先降低后升高再降低的趋势,且0.6% NaCl处理在12 h时显著低于对照组,在24 h时均高于对照组,说明苍术在受到盐胁迫时主要是通过提高POD酶活性来缓解盐胁迫压力[21-22]。

综上所述,苍术受到盐胁迫以后通过启动一系列生理指标来应对胁迫响应,在0.6% NaCl胁迫下苍术脯氨酸含量、可溶性糖对盐胁迫表现出了明显的耐受效果,相对电导率、POD活性对盐胁迫表现出了明显的不耐受效果,因此苍术耐盐性最适的盐胁迫浓度为0.6% NaCl。