Na2CO3脅迫對藜滲透調節物質和保護酶活性的影響

丁楚楚+黃鑫+金彗莉+李雪華+胡玉龍+趙蘋藝+孫存華

摘要：探討不同濃度Na2CO3脅迫對藜葉片中滲透調節物質和抗氧化酶活性的影響，用0.15%、0.30%、0.45% Na2CO3溶液對藜幼苗進行脅迫處理，測定相關生理參數的變化。結果表明：隨著脅迫程度的增加和脅迫時間的延長，藜幼苗生理特性發生明顯變化：滲透調節物質（可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白）與丙二醛含量在一定范圍內顯著提高;保護酶（超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶）活性隨脅迫時間的延長呈先升高后降低的趨勢。綜合比較可知，高濃度、長時間的堿性鹽脅迫會對藜造成一定的損傷。

關鍵詞：藜;Na2CO3堿性鹽脅迫;滲透調節物質;保護酶

中圖分類號： Q945.78 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）04-0338-03

收稿日期：2014-05-29

基金項目：國家科技重大專項（編號：2014ZX08012-002、2011ZX08012-002）;江蘇省優勢學科建設工程;江蘇省徐州市自然科學基金（編號：XF13C056）。

作者簡介：丁楚楚（ 1993—），女，江蘇徐州人，本科生，從事植物生理及分子生物學研究。E-mail：dingchuchu9393@163.com。

通信作者：孫存華，教授，碩士生導師，從事植物生理生態及分子生物學研究。E-mail：chsun@jsnu.edu.cn。

隨著全球環境的不斷惡化，土壤鹽堿化日益加重，威脅著人類賴以生存的土壤資源，是制約農業發展的主要環境問題。近年來，有關植物抗鹽堿機制方面的研究不斷深入，但多以NaCl脅迫為主要研究對象[1-2]。實際上，在我國大面積的鹽堿地中，有不少為復合型鹽堿地，即存在著鹽化和堿化相伴發生的情況[3]。顏宏等曾報道，中性鹽脅迫、堿性鹽脅迫是2種不同性質的脅迫，既有相關性又有明顯的區別[4]。有研究發現，碳酸鹽的累積使土壤的pH值升高，所造成的土壤堿化問題比NaCl等中性鹽更加嚴重[5]。因此，堿脅迫也是生產實踐中存在的主要問題，而目前關于堿性鹽脅迫對植物生理特性影響的研究相對較少[4-5]。

藜（Chenopodium album L.）為藜科藜屬的1年生草本植物，其葉和嫩莖可食用，種子可榨油，能止瀉痢、止癢、止疼，具有較高的營養價值和藥用價值。藜耐旱性較強，適應于干旱地區，在鹽堿地中也能正常生長[6]。目前有關藜的抗鹽堿研究報道不多[7-8]，有關藜在堿性鹽脅迫下的滲透調節物質和保護酶活性的研究未見報道。因此，本研究以藜為材料，通過人工控制Na2CO3濃度來研究藜對堿性鹽脅迫的生理生化反應，以探討其耐堿性鹽的能力，從而為鹽堿地區藜的人工栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為藜，選飽滿大小一致的種子，用0.1% HgCl2消毒后播種在裝有石英砂的塑料盒中，用Hoagland溶液在陽光充足的條件下培養。待藜苗長到6葉期時，用含0.15%、0.30%、0.45% Na2CO3的Hoagland溶液進行根部脅迫處理，同時以不含 Na2CO3的溶液作為對照。分別在處理后0、1、3、5、7 d，對植株上部第3～5對功能葉片進行各項生理指標的測定，每項指標的測定設3個重復。

1.2 測定方法

可溶性糖的鮮質量含量的測定采用蒽酮比色法[9];脯氨酸的鮮質量含量的測定用采用酸性茚三酮顯色法[9];丙二醛（MDA）的鮮質量含量的測定采用硫代巴比妥酸顯色法[9];可溶性蛋白的鮮質量含量的測定用采用紫外吸收法[10];超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用南京建成生物工程研究所生產的SOD試劑盒;過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創木酚法[10];過氧化氫酶（CAT）活性的測定參照Jablonski等的方法[11]。

1.3 數據處理

應用Excel作圖并進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 Na2CO3堿性鹽脅迫對藜幼苗滲透調節物質的影響

2.1.1 Na2CO3堿性鹽脅迫對藜幼苗可溶性糖含量的影響 從圖1可以看出，各處理濃度植物體內的可溶性糖含量隨著處理時間的延長和處理溶液濃度的增加大體呈不斷升高的趨勢。在前3 d，各處理濃度植物體內可溶性糖的含量與對照差異不明顯;5 d后，各處理濃度可溶性糖的含量急劇升高，部分處理間差異顯著（P<0.05）;在處理7 d后，0.15%、0.30%、0.45% Na2CO3濃度處理下藜幼苗可溶性糖的含量分別是對照的3.09、507、7.18倍。結果表明，可溶性糖是藜在堿脅迫下的重要滲透調節物質。

2.1.2 Na2CO3堿性鹽脅迫對藜幼苗脯氨酸含量的影響 滲透脅迫能誘導植物體內脯氨酸大量積累，它是植物體內重要的滲透調節物質，對于提高植物鹽堿脅迫耐受性具有重要作用[12]。從圖2可以看出，在Na2CO3脅迫下，藜幼苗葉片內脯氨酸含量大量積累，處理后1 d，各濃度Na2CO3堿脅迫下的藜幼苗葉片內脯氨酸含量與對照差異不明顯;隨著Na2CO3脅迫濃度的增加和處理時間的延長， 藜幼苗葉片內脯氨酸的

積累量急劇增加，尤其是0.45% Na2CO3脅迫處理3 d，藜幼苗葉片內脯氨酸含量與對照相比顯著增加（P<0.05），在處理5 d達到最大值，是對照的6.97倍。這些結果表明，藜幼苗葉片內的游離脯氨酸是藜的重要滲透調節物質。

2.1.3 Na2CO3堿性鹽脅迫對藜幼苗可溶性蛋白含量的影響 余叔文等的研究表明，可溶性蛋白與調節植物細胞的滲透勢有關，高含量的可溶性蛋白可幫助維持植物細胞較低的滲透勢，抵抗逆境產生的脅迫[13]。從圖3可以看出，處理開始時，各濃度Na2CO3堿性鹽脅迫下藜幼苗葉片內可溶性蛋白含量與對照差異不大;處理1 d后，各處理組藜幼苗葉片內可溶性蛋白含量呈上升趨勢;處理5 d和7 d，可溶性蛋白的含量明顯增加，0.45%Na2CO3處理濃度下，可溶性蛋白含量從處理后3 d起急劇增加，到處理7 d，各處理組可溶性蛋白含量高于對照，0.15%、0.30%、0.45% Na2CO3處理濃度下可溶性蛋白含量分別是對照的1.63、2.96、3.37倍。結果表明，可溶性蛋白是參與藜在堿脅迫下抗逆反應的重要滲透調節物質。endprint

2.2 Na2CO3堿性鹽脅迫對藜幼苗膜脂過氧化作用和保護酶的影響

2.2.1 Na2CO3堿性鹽脅迫對藜幼苗丙二醛含量的影響 丙二醛是膜脂過氧化作用的產物，也是反映膜脂過氧化導致膜損傷的主要標志[14]。從圖4可以看出，在處理1 d后，各處理組丙二醛含量增幅不明顯;從處理3 d開始，丙二醛含量增幅明顯，特別是0.45%Na2CO3脅迫下，丙二醛含量急劇上升;處理7 d后，各處理濃度的植物體內的丙二醛含量分別是對照的1.94、2.47、3.57倍，部分處理間差異顯著（P<005）?？傮w看出，各處理濃度下藜幼苗的丙二醛含量均有所增加且比對照高，這說明高濃度及長時間的Na2CO3脅迫會使藜幼苗的細胞膜受到嚴重傷害。

2.2.2 Na2CO3堿性鹽脅迫對藜幼苗SOD活性的影響 SOD活性的高低是植物抗逆性強弱的重要標志之一，SOD可以將超氧陰離子自由基歧化成H2O2，是抗氧化傷害的關鍵酶之一。從圖5可以看出，在處理1 d后，0.45%Na2CO3脅迫下藜幼苗SOD活性達到最大值，是對照的1.33倍，隨著處理時間的延續，活性下降;0.15%、0.30% Na2CO3脅迫下藜幼苗的SOD活性與對照相比差異不大。

2.2.3 Na2CO3堿性鹽脅迫對藜幼苗POD活性的影響 從圖6可以看出，各濃度Na2CO3脅迫下，藜幼苗POD活性是先上升后下降，但都比對照高。在處理3 d后，0.30%、0.45% Na2CO3脅迫下，藜幼苗POD活性達到最大值，分別是對照的4.37、4.59倍（P<0.05）;0.15% Na2CO3脅迫下，藜幼苗POD活性在處理5 d達到最大值，是對照的2.15倍，且差異顯著（P<005）。

2.2.4 Na2CO3堿性鹽脅迫對藜幼苗CAT活性的影響 CAT是抗氧化酶系統的重要組成成分，與SOD、POD協同作用防御活性氧及其他過氧化物自由基對細胞膜系統所造成的傷害，從而提高植物的抗逆性[15]。從圖7可以看出，隨脅迫時間的延長，不同濃度Na2CO3脅迫下的CAT活性變化很大。處理

1 d后，CAT的活性和對照相比增加不顯著;處理3 d后，各處理組的藜幼苗CAT的活性急劇增長;處理5 d后，各處理濃度達到最大值，0.15%、0.30%、0.45% Na2CO3脅迫下藜幼苗CAT的活性分別是對照的2.89、3.51、4.19倍（P<0.05）;處理7 d后，各處理濃度下CAT的活性又急劇下降，但總體比對照高。

3 結論與討論

滲透調節是植物適應鹽堿脅迫的一種重要的生理機制，在滲透脅迫下，植物會通過主動積累有機溶質，如可溶性糖、游離氨基酸（特別是脯氨酸）、可溶性蛋白等來降低滲透勢和水勢，適應環境帶來的變化，維持正常的代謝活動[16]。本研究中，藜幼苗中可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白的含量都隨堿性鹽濃度增加而增加，這與前人以芨芨草[17]、青山楊[18]等植物為試驗材料，在Na2CO3脅迫下的研究結果相一致。說明可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白是植物體內重要的滲透調節物質，而且藜具有一定的滲透調節能力，對鹽堿環境具有一定的適應性。

SOD、POD、CAT 都是細胞膜系統的保護酶，當植物處于逆境時，SOD能將超氧陰離子自由基歧化成H2O2，而POD、CAT可將H2O2變為H2O，3種酶協調作用可使活性氧維持于一個較低水平，減弱膜脂過氧化作用對細胞膜的傷害，對于保持植株體內的代謝平衡起著重要作用[5]。在本研究中，SOD、POD、CAT這3種酶的活性基本上呈先上升后下降的趨勢，說明在堿脅迫下，保護酶可以緩解膜脂過氧化傷害;但隨著脅迫時間的延長，這3種保護酶的活性有所下降，表明脅迫時間太長會超過藜自身的耐受程度，使膜脂過氧化嚴重，植株受到損害，導致酶活性下降。

處理結束時，0.45%濃度堿脅迫下的藜幼苗因脅迫強度過高導致全部死亡;幾天后，0.30%濃度堿脅迫下的藜幼苗葉片變紅也逐漸死亡;0.15%濃度的堿脅迫苗雖然能存活一段時間，但是生長緩慢不旺盛，說明高濃度、長時間的堿性鹽脅迫會對藜造成嚴重損傷。

綜上所述，在Na2CO3堿性鹽脅迫下，藜幼苗葉片通過增加滲透調節物質的含量來降低滲透勢和水勢，通過增強保護酶的活性來減弱膜脂過氧化作用。說明藜在滲透調節能力以及膜保護體系方面對堿脅迫具有一定的適應性，但是高濃度、長時間的堿脅迫會對藜造成一定的損傷。

參考文獻：

[1]高武軍，于美玲，鄧傳良，等. NaCl脅迫對6種紅花幼苗滲透調節物質及抗氧化系統的影響[J]. 武漢植物學研究，2010，28（5）：612-617.

[2]李 聰，郭夢陽，韓烈保. NaCl脅迫對煙草種子萌發及幼苗生理特性的影響[J]. 中國農學通報，2013，29（3）：103-107.

[3]李 彬，王志春，孫志高，等. 中國鹽堿地資源與可持續利用研究[J]. 干旱地區農業研究，2005，23（2）：154-158.

[4]顏 宏，趙 偉，盛艷敏，等. 堿脅迫對羊草和向日葵的影響[J]. 應用生態學報，2005，16（8）：1497-1501.

[5]武 德，曹幫華，鄭黎明，等. 堿式鹽脅迫對絨毛白蠟保護酶系統的影響[J]. 安徽農學通報，2007，13（9）：61-62.

[6]Sun C H，Li Y，He H Y，et al.Physiological and biochemical responses of Chenopodium album to drought stresses[J]. Acta Ecologica Sinica，2005，25（10）：2556-2561.

[7]油天鈺. 藜科植物藜在鹽脅迫下的形態結構及其對鹽的生理響應[D]. 烏魯木齊：新疆大學，2010.

[8]施劍杰，金慧麗，孫存華，等. NaCl脅迫對藜幼苗葉片滲透調節物質和保護酶的影響[J]. 安徽農業科學，2011，39（12）：6943-6946.

[9]李合生，孫 群，趙世杰，等. 植物生理生化實驗原理與技術[M]. 北京：高等教育出版社，2000：184-195.

[10]張志良，瞿偉菁. 植物生理學實驗指導[M]. 3版. 北京：高等教育出版社，2003：123-124.

[11]Jablonski P P，Anderson J W.Light-dependent reduction of dehydroascorbate by ruptured pea chloroplasts[J].Plant Physiol，1981，67（6）：1239-1244.

[12]趙福庚，劉友良. 脅迫條件下高等植物體內脯氨酸代謝及調節的研究進展[J]. 植物學通報，1999，16（5）：540-546.

[13]余叔文，湯章城. 植物生理和分子生物學[M]. 北京：科學出版社，1999：739-745.

[14]汪月霞，孫國榮，王建波，等. NaCl脅迫下星星草幼苗MDA含量與膜透性及葉綠素熒光參數之間的關系[J]. 生態學報，2006，26（1）：122-129.

[15]胡云云，楊 潔，張富春. NaCl脅迫對灰綠藜中保護酶活性及MDA含量的影響[J]. 生物技術，2010，20（4）：52-54.

[16]梁新華，劉鳳敏. NaCl和Na2CO3脅迫對甘草幼苗滲透調節物質含量的影響[J]. 農業科學研究，2006，27（2）：96-98.

[17]董秋麗，夏方山，董寬虎. 堿性鹽脅迫對芨芨草苗期脯氨酸和可溶性蛋白含量的影響[J]. 畜牧與飼料科學，2010，31（4）：11-12，28.

[18]閆永慶，王文杰，朱 虹，等. 混合鹽堿脅迫對青山楊滲透調節物質及活性氧代謝的影響[J]. 應用生態學報，2009，20（9）：2085-2091.endprint