四倍體泡桐對鹽脅迫生理響應的差異

鄧敏捷 ，張曉申 ，2，范國強 ，趙振利 ，董焱鵬 ，魏 振

（1. 河南農(nóng)業(yè)大學 泡桐研究所，河南 鄭州 450002； 2. 鄭州市農(nóng)林科學研究所，河南 鄭州 450005）

四倍體泡桐對鹽脅迫生理響應的差異

鄧敏捷1，張曉申1，2，范國強1，趙振利1，董焱鵬1，魏 振1

（1. 河南農(nóng)業(yè)大學 泡桐研究所，河南 鄭州 450002； 2. 鄭州市農(nóng)林科學研究所，河南 鄭州 450005）

在不同Nacl濃度(0，0.2%，0.4%，0.6%)下研究二倍體毛泡桐（T2）和二倍體豫雜一號泡桐（TF2）及其四倍體泡桐T4和TF4的生理生態(tài)響應特征，并比較四倍體泡桐及其二倍體泡桐的耐鹽性。結(jié)果表明：隨著鹽脅迫濃度的增加，2種四倍體泡桐與其二倍體泡桐的生理生化指標變化規(guī)律一致，葉片相對含水量和葉綠素含量隨鹽脅迫濃度的升高呈下降趨勢，四倍體泡桐的葉片相對含水量和葉綠素含量均高于其二倍體；相對電導率和丙二醛含量隨鹽濃度增大呈升高趨勢，四倍體泡桐的相對電導率和丙二醛含量均小于其二倍體；SOD活性和可溶性蛋白質(zhì)含量隨鹽脅迫的加強先升高后下降；可溶性糖含量和脯氨酸含量隨鹽濃度的增大呈升高趨勢，并且四倍體泡桐高于其二倍體泡桐；對0.6%鹽濃度脅迫下四倍體泡桐及其二倍體泡桐的各項生理指標利用模糊隸屬函數(shù)進行抗鹽性評價，抗鹽性從強到弱排列為TF4＞T4＞TF2＞T2。

四倍體泡桐；鹽脅迫；生理響應

目前，全球鹽堿地面積已達9.5×108hm2，我國的鹽堿地面積約3.47×107hm2，并且面積還在不斷擴大，嚴重影響了國土生態(tài)安全，已經(jīng)成為重要的環(huán)境問題之一[1]。在鹽脅迫下，多數(shù)植物會通過形態(tài)和生理生化等代謝途徑的改變來適應該逆境條件，維持或部分維持其生理活動，保證其生長發(fā)育[2-6]。研究表明，多倍體植物對自然環(huán)境的適應能力強，四倍體植物比其二倍體植物抗逆性強[7-14]。泡桐Paulownia spp.是中國重要的速生用材和綠化樹種之一，大力發(fā)展泡桐對緩解我國木材供求矛盾、改善生態(tài)環(huán)境和提高人民生活水平等具有重要的生態(tài)、經(jīng)濟和社會意義[15]，但現(xiàn)有種（品種）不能在含鹽量大于0.05%（pH值＞8. 0）的土壤上正常生長[16]。近年來，國內(nèi)外科技工作者利用理化誘變和基因工程等方法獲得了獼猴桃[17]、高羊茅[18]、煙草[19]、枸杞[20]和楊樹[21-26]等植物的耐鹽突變體或耐鹽細胞系，經(jīng)選育部分植物突變體已在生產(chǎn)中推廣應用。對泡桐來說，只是獲得了豫雜一號泡桐耐鹽突變體組培苗[27]，至目前國內(nèi)外未見其它有關泡桐鹽脅迫的研究報道。為豐富泡桐種質(zhì)資源，擴大其遺傳背景，筆者成功創(chuàng)制了四倍體泡桐新種質(zhì)[28-33]，一方面擴大了泡桐的遺傳背景，另一方面也為篩選泡桐耐鹽新品種提供了材料。本文中采用盆栽法對2種四倍體及其二倍體泡桐幼苗進行鹽脅迫試驗研究，旨在研究2種四倍體及其二倍體泡桐對鹽脅迫的生理響應差異，為四倍體泡桐大面積推廣奠定堅實基礎。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

以河南農(nóng)業(yè)大學泡桐研究所誘導的四倍體毛泡桐Paulownia tomentosa（T4）、四倍體豫雜一號泡桐Paulownia tomentosa × Paulownia fortunei（TF4）及其二倍體T2、TF2為試驗材料，于2012年4月25日將培養(yǎng)30 d的T4、TF4、T2、和TF2試管苗移栽于溫室內(nèi)的營養(yǎng)缽內(nèi)，30 d后將成活的幼苗栽植于直徑為 30 cm、裝有普通園土的營養(yǎng)盆內(nèi)(每盆裝土量一致)，每盆1株。7月中旬選擇生長一致的泡桐幼苗進行濃度為0（對照）、0.2%、0.4%和0.6%的NaCl脅迫試驗，試驗用土壤NaCl含量為0.11%（土壤NaCl重量占土壤干重的百分數(shù)）。將NaCl溶于水，分3次將鹽施入盆土中，每3 d澆1次，盆底墊有托盤，滲出的水分別重新倒入其盆里。當鹽水全部施入盆土后開始計時，以后每2 d澆1次水，保持盆土含水量為田間持水量的70%左右，脅迫15 d后，采集不同濃度鹽處理植株新梢頂端第2對葉片，測量各項生理指標，3 次重復，取其平均值。

1.2 試驗方法

泡桐葉片相對含水量測定分別參考文獻[3]，相對電導率和超氧化物歧化酶活性、丙二醛（MDA）、可溶性蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量、葉綠素含量等測定參考文獻[34]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)在SPSS16.0處理軟件中進行，2種四倍體及其二倍體泡桐抗鹽能力綜合評定采用模糊隸屬函數(shù)法[35]。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫處理對泡桐葉片相對含水量和葉綠素含量的影響

由NaCl處理泡桐后泡桐葉片相對含水量和葉綠素含量的測定結(jié)果（見圖1和圖2）可以看出，四倍體及其二倍體泡桐葉片相對含水量和葉綠素含量均隨鹽脅迫程度加重而逐漸降低。此外，四倍體泡桐葉片相對含水量和葉綠素含量均大于其二倍體泡桐。在0.6%鹽濃度脅迫下，泡洞葉片相對含水量和葉綠素含量最大的分別為T4（75.17%）和 TF4（3.16 mg·g-1），最小的則為 TF2（72.89%）和 T2（2.85 mg·g-1）。

圖 1 鹽脅迫對葉片相對含水量的影響Fig.1 Effects of salt stress on leaf relative water content

圖 2 鹽脅迫對葉片葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of salt stress on leaf chlorophyll content

2.2 NaCl脅迫處理對葉片相對電導率和丙二醛含量的影響

NaCl脅迫處理對2種不同倍性泡桐葉片相對電導率和丙二醛含量影響結(jié)果（見圖3和圖4）表明，T2和T4及TF2和TF4葉片相對電導率和丙二醛含量均隨NaCl濃度增大而增大，并且在不同NaCl濃度脅迫下，2種四倍體泡桐葉片相對電導率和丙二醛含量均小于其二倍體泡桐。在0.6%鹽濃度脅迫下，葉片相對電導率和丙二醛含量最大的分別是 T2為（38.97%）和 T2（7.19 μmol·g-1），最小的則分別是 T4（37.83%）和 TF4（7.02 μmol·g-1）。

圖3 鹽脅迫對葉片相對電導率的影響Fig.3 Effects of salt stress on leaf conductivity

圖4 鹽脅迫對葉片丙二醛含量的影響Fig.4 Effects of salt stress on leaf content of MDA

2.3 NaCl脅迫處理對葉片SOD活性和可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

由NaCl脅迫處理對泡桐葉片SOD活性和可溶性蛋白質(zhì)含量影響結(jié)果（見圖5和圖6）可以看出，隨著NaCl濃度的增加，2種不同倍性泡桐葉片SOD活性和可溶性蛋白質(zhì)含量均呈現(xiàn)先升后降的趨勢。在不同NaCl濃度脅迫下，四倍體泡桐葉片SOD活性和可溶性蛋白質(zhì)含量皆大于其二倍體泡桐。當NaCl濃度為0.2%時，2種不同倍性泡桐葉片SOD活性和可溶性蛋白質(zhì)含量與CK相比上升幅度較?。划擭aCl濃度為0.4%時，其上升幅度較大，SOD活性和可溶性蛋白質(zhì)含量增幅最大的分別是TF4（80.08%）和TF4（45.18%）；當NaCl濃度為0.6%時，SOD活性和可溶性蛋白質(zhì)含量均有所下降，但仍分別高于CK。

2.4 NaCl脅迫處理對泡桐葉片可溶性糖和脯氨酸含量的影響

圖5 鹽脅迫對葉片SOD活性的影響Fig.5 Effects of salt stress on leaf SOD activity

圖6 鹽脅迫對葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的影響Fig.6 Effects of salt stress on content of leaf soluble protein

NaCl脅迫處理2種不同倍性泡桐葉片可溶性糖和脯氨酸含量測定結(jié)果（見圖7和圖8）表明，隨著NaCl濃度的增大，2種四倍體及其二倍體泡桐葉片可溶性糖含量和脯氨酸含量逐漸升高，在不同濃度脅迫下，四倍體泡桐可溶性糖和脯氨酸含量均大于其二倍體泡桐。在0.6%濃度脅迫下，可溶性糖和脯氨酸含量最高的分別是T4（8.34 mg·g-1）和 T4（119.7 μg·g-1），最小的則分別是TF2（7.95 mg·g-1）和 T2（111.2 μg·g-1)。

圖7 鹽脅迫對葉片可溶性糖含量的影響Fig.7 Effects of salt stress on content of leaf soluble sugar

2.5 四倍體泡桐耐NaCl的綜合評價

圖8 鹽脅迫對葉片脯氨酸含量的影響Fig.8 Effects of salt stress on leaf content of proline

用0.6% NaCl處理的2種四倍體及其二倍體泡桐葉片相對含水量、質(zhì)膜相對透性和SOD活性等8項指標的測定結(jié)果（見表1）進行模糊隸屬函數(shù)分析，并對其耐鹽性進行綜合評價。結(jié)果表明，2種四倍體及其二倍體泡桐耐鹽性從強到弱為TF4＞T4＞TF2＞T2，說明四倍體泡桐耐鹽性均大于其二倍體，并且TF4的耐鹽性最強，T2的耐鹽性最弱。

3 討 論

鹽脅迫通過改變細胞膜透性及抗氧化酶活性，增加MDA及滲透調(diào)節(jié)物含量影響植物的生長發(fā)育。高強度鹽脅迫條件下，植物細胞內(nèi)自由基產(chǎn)生與消除的平衡遭到破壞，膜脂過氧化作用增強，膜結(jié)構(gòu)破壞，導致相對電導率和MDA含量升高[3-4,36-39]、含水量和葉綠素含量下降[4,40]，最終導致植物的死亡。然而，通常情況下，植物會通過提高細胞內(nèi)脯氨酸、可溶性蛋白質(zhì)和糖含量及SOD活性維持其較低的滲透勢，減輕鹽脅迫對細胞的傷害，維持正常的生理代謝活動[41-42]。不同植物對鹽脅迫的生理響應有一定差異[2-6]，四倍體植物比其二倍體植物抗逆性強[7-14]。本試驗中，2種二倍體及其四倍體泡桐對鹽脅迫的響應變化趨勢與前人在其它植物上取得的結(jié)果一致[43-47]，但不同泡桐種耐鹽的程度不同，并且同種、倍性不同的泡桐對同一濃度NaCl處理后的生理響應也存在一定差異。造成四倍體泡桐較其二倍體耐鹽性強的原因，一方面可能與四倍體泡桐的基因劑量效應[9,48]和核質(zhì)不平衡[49-50]有關；另一方面也可能與四倍體泡桐核DNA發(fā)生表觀遺傳變化有關。同時，也不排除與四倍體泡桐葉片結(jié)構(gòu)的特殊性[51]有一定聯(lián)系的可能性。至于四倍體泡桐較其二倍體抗旱能力的分子機理我們將在以后的文章中給予報道。

表1 四倍體及其二倍體泡桐耐鹽性綜合評價Table 1 Comprehensive evaluation of salt stress of tetraploid and diploid Paulownia plants

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Comparative studies on physiological responses to salt stress in tetraploid Paulownia plants

DENG Min-jie1, ZHANG Xiao-shen1,2, FAN Guo-qiang1, ZHAO Zhen-li1, DONG Yan-peng1, WEI Zhen1

(1.Institute of Paulownia, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, Henan, China; 2.Zhengzhou Institute of Agricultural and Forestry Sciences, Zhengzhou 450005, Henan, China)

∶ The different physiological responses were studied by comparing their tolerances to 0, 0.2%, 0.4% and 0.6% NaCl concentrations in diploid Paulownia tomentosa (T2), Paulownia tomentosa × Paulownia fortunei (TF2) and tetraploid Paulownia T4and TF4plants. The results show that the changing trends of physiological and biochemical indexes of the leaves were consistent on the tetraploids and their dipoids with different salt concentrations; The leaf water and chlorophyll content went down with the increase of salt concentration, and the leaf water and chlorophyll content of the tetraploid Paulownia were higher than those of the diploid Paulownia; The relative conductivity and MDA content increased with the increase of salt concentration, and the tetraploids were less than the diploids; The SOD activity and soluble protein content increased first and decreased later; The soluble sugar and praline contents increased with the increase of salt concentrations, and the tetraploids were higher than the diploids; The salt resistance of Paulownia was comprehensively evaluated by subordinate function method based on the relationship between physiological-biochemical indices and salt resistance in the soil with 0.6% NaCl; The salt resistance order as followings: TF4＞T4＞TF2＞T2.

∶ tetraploid Paulownia; salt stress; physiological response

S718.43

A

1673-923X(2013)11-0042-05

2013-04-20

河南省杰出人才基金項目（122101110700）；鄭州市科技創(chuàng)新團隊資金（121PCXTD515）

鄧敏捷（1980-），女，講師，博士，主要從事立木生物技術(shù)方面的研究

范國強（1964-），男，教授，博士，主要從事立木生物技術(shù)方面的研究

[本文編校：謝榮秀]