NaCl脅迫對狗牙根生理生化特性的影響

王太亮,韓兆勝,龐妙甜,董寬虎,朱慧森)

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科技學(xué)院，山西 太谷 030801)

NaCl脅迫對狗牙根生理生化特性的影響

王太亮,韓兆勝,龐妙甜,董寬虎,朱慧森)

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科技學(xué)院，山西 太谷 030801)

試驗采用不同濃度NaCl(0、100、200、300、400、500 mmol/L)對山西野生狗牙根進(jìn)行鹽脅迫處理，15 d后取樣測定葉綠素含量、相對含水量、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等指標(biāo)。結(jié)果表明：隨著NaCl濃度的升高，葉綠素含量、相對含水量顯著降低(P<0.05)；脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量增加；SOD和POD活性呈先升高后降低的趨勢。綜合分析可知，山西野生狗牙根對NaCl溶液的耐受上限為400 mmol/L，且不同部位對NaCl的敏感性不同，依次表現(xiàn)為葉>莖>根。

鹽脅迫；野生狗牙根；生理特性

土壤鹽漬化是威脅生態(tài)安全和人類生存的重要環(huán)境問題之一，也是影響農(nóng)業(yè)開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展的重大限制條件和障礙因素[1]。目前，我國鹽漬土約占國土面積的1/3，選育和培育耐鹽品種以適應(yīng)鹽漬土的環(huán)境，并最終達(dá)到改善和利用鹽漬土已成為研究的焦點[2]。當(dāng)植物遭受鹽脅迫時表現(xiàn)為發(fā)育遲緩，植物組織和器官的生長和分化受到抑制，植物的發(fā)育進(jìn)程提前，植物也產(chǎn)生了一系列生理生化的改變以調(diào)節(jié)水分及離子平衡，來維持正常的生理機(jī)能。

狗牙根(Cynodondactylon)是暖季型多年生禾草，廣泛分布于溫暖濕潤的熱帶和亞熱帶地區(qū)，在我國主要分布在黃河以南地區(qū)，在新疆，河北等地也有野生狗牙根分布[3，4]。狗牙根適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱[5]、耐踐踏[6]、繁殖能力及再生能力強(qiáng)[7]，被廣泛應(yīng)用于公路、庭院、足球場、高爾夫球場等場合，同時因其質(zhì)地柔軟、味淡、莖微甜、葉量豐富，亦可作為一種優(yōu)質(zhì)牧草[8]，近幾年，狗牙根還被開發(fā)用作生物燃料，同時也具有一定藥用價值[9，10]。

目前，國內(nèi)外對鹽脅迫下不同品種狗牙根的形態(tài)特征、生理特性均有研究[11-14]，但從狗牙根不同組織器官對鹽脅迫響應(yīng)的角度揭示其耐鹽機(jī)制的報道較少。不同濃度NaCl處理山西野生狗牙根，比較其抗氧化酶活性，脯氨酸和丙二醛的變化，旨在為狗牙根耐鹽機(jī)理的研究提供科學(xué)依據(jù)，為其作為鹽堿地草坪建植材料提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地在山西省晉中太谷縣山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院草坪草標(biāo)本區(qū)，地理位置N 37°25′，E 112°23′，海拔799 m。光、熱資源比較豐富，無霜期160～175 d，屬暖溫帶氣候，土壤類型為淡褐土，pH 7.5。

1.2 供試材料

試驗材料為2012年6月采自山西運(yùn)城鹽湖區(qū)(N 34°94′，E 110°96′，海拔325 m)的山西野生狗牙根，2013年5月，將狗牙根三節(jié)莖段扦插于沙子與珍珠巖體積比為1∶1、直徑為25 cm、高為20 cm的塑料盆進(jìn)行培養(yǎng)，晝夜溫度25℃/17℃，相對濕度為65%～80%，每周用1/2 Hongland營養(yǎng)液進(jìn)行澆灌，其余時間采用稱重法補(bǔ)充丟失水分。30 d后，分別采用0、100、200、300、400、500 mmol/L的NaCl溶液對其進(jìn)行脅迫處理，各處理3次重復(fù)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

在脅迫處理15 d后，取樣并分離葉片，莖和根，除葉片的部分樣品用于葉綠素及相對含水量的測定外，其余樣品置于-80 ℃超低溫冰箱貯存?zhèn)溆?，用于測定POD活性(愈創(chuàng)木酚法)，SOD活性(氮藍(lán)四唑NBT法)，SOD活性單位以抑制NBT光化學(xué)還原50%作為一個酶活性單位(U)，丙二醛(硫代巴比妥酸法)，脯氨酸(磺基水楊酸提取法)，可溶性糖(蒽酮法)和可溶性蛋白(考馬斯亮藍(lán)法)[15]等指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，SAS統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對野生狗牙根葉綠素及相對含水量的影響

鹽脅迫處理后，狗牙根葉綠素含量隨著NaCl濃度的增高呈下降趨勢(表1)，當(dāng)NaCl濃度為400，500 mmol/L時，葉綠素含量顯著低于對照(P<0.05)。狗牙根地上部、地下部相對含水量均隨著NaCl濃度的增高呈下降趨勢，500 mmol/L NaCl處理的狗牙根地上部相對含水量顯著低于其余各處理，同時地下部相對含水量最低，且與對照及100 mmol/L NaCl處理差異顯著(P<0.05)。

2.2 NaCl脅迫對野生狗牙根POD、SOD活性的影響

隨著NaCl濃度的增加，狗牙根不同部位的POD活性均呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(表2)。葉片中POD活性在NaCl濃度為300 mmol/L時達(dá)到最大，與對照差異顯著(P<0.05)，當(dāng)NaCl濃度為200 mmol/L時，莖中POD活性達(dá)到最大，但與其余各處理間均無顯著性差異(P>0.05)；根中POD活性以400 mmol/L NaCl處理最高，顯著高于對照(P<0.05)。

表1 NaCl脅迫下野生狗牙根不同部位葉綠素含量及相對含水量Table1 Chlorophyll contents and RWC in above/underground parts of wild bermudagrass under NaCl stress

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下同

狗牙根葉中SOD活性在500 mmol/L NaCl處理時顯著高于對照及100 mmol/L NaCl處理，與其余各處理間差異不顯著。根、莖中SOD活性隨著NaCl濃度的增加均呈先升高后降低的趨勢，在300 mmol/L時達(dá)到最大值，與對照差異顯著(P<0.05)。莖中SOD活性500 mmol/L NaCl處理時最低。

表2 NaCl脅迫下野生狗牙根的POD和SOD活性Table2 POD and SOD activities in above/underground parts of wild bermudagrass under NaCl stress

2.3 NaCl脅迫對野生狗牙根MDA含量的影響

狗牙根葉和莖中的MDA含量隨NaCl濃度的升高呈先增加后降低的變化趨勢(表3)。當(dāng)NaCl濃度為400 mmol/L時，葉中MDA含量高于其余各處理，且各處理間差異不顯著(P>0.05)。莖中丙二醛含量以300 mmol/L脅迫時最高，與除200 mmol/L外的其余各處理差異均顯著。根中丙二醛含量則隨著NaCl濃度的升高呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢，500 mmol/L處理時MDA最高。

2.4 NaCl脅迫對野生狗牙根Pro含量的影響

隨著NaCl濃度的升高，狗牙根各器官中的脯氨酸含量呈增加趨勢(表4)。500 mmol/L NaCl脅迫處理時，根、莖、葉中的脯氨酸含量均達(dá)到最高，且與對照及中低濃度脅迫處理組間存在顯著差異(P<0.05)。

表3 NaCl脅迫下野生狗牙根丙二醛含量變化Table3 MDA contents in above/underground parts of wild bermudagrass under NaCl stress

2.5 NaCl脅迫對野生狗牙根可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

NaCl脅迫下狗牙根不同器官的可溶性糖含量呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(表5)。當(dāng)NaCl濃度為400 mmol/L時，狗牙根葉和莖中的可溶性糖含量達(dá)到最大值，與對照相比，分別增加了38.9%和71.8%。植株根部的可溶性糖含量在300 mmol/L時最大，與對照組差異顯著(表5)。

表4 NaCl脅迫下野生狗牙根脯氨酸含量Table4 Proline contents in above/underground parts of wild bermudagrass under NaCl stress

葉中可溶性蛋白含量在400 mmol/L處理時顯著高于其余各處理，根和莖中的可溶性糖含量則以500 mmol/L處理時最高。

表5 NaCl脅迫下野生狗牙根的可溶性糖和可溶性蛋白Table5 Soluble sugar and soluble protein contents in above/underground parts of wild bermudagrass under NaCl stress mg/g FW

3 討論與結(jié)論

植物組織的含水量是植物生理狀態(tài)的一個重要指標(biāo)。在植物體內(nèi)不被膠體微粒所固著的自由水參與各種代謝作用，其含量高時，代謝活動強(qiáng)，但抗性降低，因此，植物體內(nèi)束縛水和自由水含量及其比值常與植物的抗性密切相關(guān)[16]。試驗中野生狗牙根地上部和地下部相對含水量隨著NaCl濃度的升高逐漸降低，500 mmol/L處理較對照分別下降23.9%和21.9%，表明高濃度鹽分會促進(jìn)植物細(xì)胞失水，地上部較地下部受脅迫影響大，這與Chakraborty K等[17]對不同基因型甘藍(lán)型油菜的研究結(jié)果一致。鹽脅迫下葉綠素降解，葉綠體的超微結(jié)構(gòu)破壞，在抗逆生理研究中，葉綠素含量常作為反應(yīng)逆境對植物造成傷害程度的生理指標(biāo)之一[18]。試驗中，隨著NaCl濃度的升高，野生狗牙根葉綠素含量顯著降低，當(dāng)鹽濃度達(dá)500 mmol/L時，葉綠素含量較對照下降30.1%，原因是鹽脅迫提高了葉綠素酶活性，促進(jìn)了葉綠素降解[19]，這與秦景等[20]對沙棘幼苗的研究和周萬海等[21]對甘肅紅豆草的研究結(jié)果一致。

活性氧是指由氧形成、化學(xué)性質(zhì)活潑、氧化能力強(qiáng)的幾種含氧物質(zhì)的總稱，正常條件下，植物體內(nèi)活性氧處于不斷產(chǎn)生和清除的動態(tài)平衡之中，而一旦遭受鹽、干旱、低溫等逆境脅迫，這種平衡就會被破壞，活性氧水平上升。在鹽脅迫下，植物體內(nèi)活性氧的積累，能夠破壞膜結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定性，是引起傷害的原因之一，POD、SOD等是植物體內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)，它們之間相互協(xié)調(diào)，共同協(xié)作，清除膜脂過氧化過程中產(chǎn)生的活性氧[22,23]。試驗中，野生狗牙根不同部位的POD和SOD活性的變化隨著NaCl濃度的增加大體呈先升高后降低的趨勢，在300～400 mmol/L時達(dá)到最大值，之后開始下降，這可能是因為高鹽度對狗牙根產(chǎn)生了離子毒害，狗牙根通過自身調(diào)節(jié)抵抗鹽脅迫的能力降低，這與田曉艷等[24]對景天三七保護(hù)酶的研究和杜利霞等[25]對賴草鹽脅迫的研究結(jié)果一致。

植物器官在逆境下受到傷害，通常發(fā)生膜脂過氧化作用，產(chǎn)生脂類過氧化物、丙二醛等，其中丙二醛是膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，其含量的高低反映了細(xì)胞膜脂過氧化水平[26,27]。試驗中狗牙根根中的丙二醛含量隨著鹽濃度的升高呈現(xiàn)上升趨勢，而葉和莖中的丙二醛升高后會略有下降，可能高鹽脅迫下，地上部分膜脂氧化作用加大，部分細(xì)胞受到損傷，這與陶晶等[28]的研究結(jié)果一致。

脯氨酸是植物體內(nèi)重要的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，當(dāng)植物受到環(huán)境脅迫時，在體內(nèi)大量積累脯氨酸，由此植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性[29]。試驗中，野生狗牙根不同部位脯氨酸隨著鹽脅迫濃度的升高而增加，與董秋麗等[30]對芨芨草苗期脯氨酸的測定結(jié)果相似，說明狗牙根通過自身合成脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以適應(yīng)鹽漬條件。

可溶性糖和可溶性蛋白是植物在鹽脅迫下重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[31]。Hameed和Ashraf[32]對不同抗鹽性的兩個生態(tài)型狗牙根鹽脅迫的結(jié)果表明，總可溶性蛋白和可溶性糖均隨著鹽脅迫濃度的增加而增加。該試驗中500 mmol/L NaCl處理下狗牙根根、莖、葉各組織中可溶性蛋白和可溶性糖含量均高于對照。同一脅迫濃度下，葉和莖中可溶性糖以及可溶性蛋白含量都較根中高，說明地上部分滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在鹽脅迫下相比根較為敏感。

綜合各項指標(biāo)測定結(jié)果分析得出，低濃度的NaCl對狗牙根各器官的生理特性沒有顯著影響，但隨著NaCl濃度的增加，葉綠素含量、相對含水量顯著降低，而滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以及抗氧化酶活性升高，從而降低膜脂氧化程度，緩解脅迫效應(yīng)。綜合分析，山西野生狗牙根在NaCl濃度為400mmol/L以內(nèi)時可以正常生長，各器官對NaCl的敏感程度為葉片>莖>根。

[1] 買買提·阿扎提,艾力克木·卡德爾,吐爾遜·哈斯木.土壤鹽漬化及其治理措施研究綜述[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2008,33(5):29-33.

[2] 王遵親,祝壽泉,俞仁培,等.中國鹽漬土[M].北京:科學(xué)出版社,1993:2-6.

[3] Taliaferro C M.Diversity and vulnerability of bermuda turfgrass species [J].Crop Science,1995,35:327-331.

[4] 黃春瓊,張永發(fā),劉國道.狗牙根種質(zhì)資源研究與改良進(jìn)展[J].草地學(xué)報,2011,19(3):531-538.

[5] 王玉剛,阿不來提，齊曼.兩狗芽根品種對干旱脅迫反應(yīng)的差異[J].草業(yè)學(xué)報,2006(4):58-64.

[6] 戴其根，周蘭勝，陳后天，等.踐踏強(qiáng)度對不同坪床結(jié)構(gòu)狗芽根地上部生長的影響[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版)，2006，27(2)：86-90.

[7] 葉少萍,曾秀華,辛國榮,等.不同磷水平下叢枝菌根真菌(AMF)對狗牙根生長與再生的影響[J].草業(yè)學(xué)報,2013,22(1):46-52.

[8] 林鳳棲,李冠一.植物耐鹽性研究進(jìn)展[J].生物工程進(jìn)展,2000,20(2):20-25.

[9] Xu J L,Wang Z Y,Cheng J J.Bermuda grass as feedstock for biofuel production[J].Bioresource Technology,2011,102:7613-7620.

[10] Désirée Larenas-Linnemann,Alfredo Arias Cruz,Isabel Rojo Gutierrez,etal.European and Mexican vs US diagnostic extracts of Bermuda grass and cat in skin testing[J].Annals of Allergy,Asthma & Immunology,2011,5(5):421-428.

[11] 陳靜波,閻君,張婷婷,等.四種暖季型草坪草對長期鹽脅迫的生長反應(yīng)[J].草業(yè)學(xué)報,2008,17(5):30-36.

[12] Reza Manuchehri,Hassan Salehi.Physiological and biochemical changes of common bermudagrass (Cynodondactylon[L.] Pers.) under combined salinity and deficit irrigation stresses [J].South African Journal of Botany,2014,92:83-88.

[13] Chen J B,Yan J,Qian Y L,etal.Growth responses and ion regulation of four warm season turfgrasses to long-term salinity stress[J].Scientia Horticulturae,2009,122(4):620-625.

[14] Bauer B K,Poulter R E,Troughton A D,etal.Salinity tolerance of twelve hybrid bermudagrass[Cynodondactylon(L.) Pers.XC.transvaalensisBurtt Davy] genotypes[J].International Turfgrass Society Research Journal,2009,11:313-326.

[15] 李合生,孫群,趙世杰,等.植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,1999.

[16] Neto A D,Priseo J T,Filho-Eneas J,etal.Effect of salt stress on antioxidative enzymes and lipid peroxideation in leave and roots of salt-tolerant and salt-sentive maize genotypes[J].Environment and Experimental Botany,2006,56:87-94.

[17] Chakraborty K,Raj K,Sairam,etal.Differential expression of salt overly sensitive pathway genes determines salinity stress tolerance in Brassica genotypes[J].Plant Physiology and Biochemistry,2012,51(2):90-101.

[18] Xun Z,Zhang E H,Ervin A J,etal.Metabolic defense responses of seeded Bermudagrass during acclimation to freezing stress[J].Crop Science,2006,46:2598-2605

[19] 張其德.鹽脅迫對植物及其光合作用的影響[J].植物雜志,2000(1):28-29.

[20] 秦景,董雯怡,賀康寧,等.鹽脅迫對沙棘幼苗生長與光合生理特征的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2009,18(3):1031-1036.

[21] 周萬海,師尚禮,周娟娟.NaCl脅迫對甘肅紅豆草生理特性的影響[J].草原與草坪,2012,32(3):1-5.

[22] 馮建燦,張玉潔,楊天柱.低溫脅迫對喜樹幼苗POD活性、MDA活性和脯氨酸含量的影響[J].林業(yè)科學(xué)研究,2002,15(2):197-202.

[23] 孫國榮,關(guān)煬,閻秀峰.鹽脅迫對星星草幼苗保護(hù)酶系統(tǒng)的影響[J].草地學(xué)報,2001,9(1):34-38.

[24] 田曉艷,劉延吉,張蕾,等.鹽脅迫對景天三七保護(hù)酶系統(tǒng)、MDA、Pro及可溶性糖的影響[J].草原與草坪,2009,29(6):11-14.

[25] 杜利霞,董寬虎,喬志宏,等.NaCl脅迫對賴草幼苗生理特性的影響[J].草原與草坪,2013,33(1):1-4.

[26] 湯章成.逆境條件植物脯氨酸的積累及可能的意義[J].植物生理學(xué)通訊,1984(1):15-21.

[27] Akihiro Ueda,Yuko Yamamoto-Yamane.Salt stress enhances proline utilization in the apical region of barley roots [J].Biochemical and Biophysical Research Communications,2007,3(1):61-66.

[28] Mittler R.Oxidative stress,antioxidants and stress tolerance[J].Trends Plant Science,2002(7):405-410.

[29] 陶晶,陳士剛,秦彩云，等.鹽堿脅迫對楊樹各品種丙二醛及保護(hù)酶活性的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2005,33(3):13-15.

[30] 董秋麗,夏方山,董寬虎.NaCl脅迫對芨芨草苗期脯氨酸代謝的影響[J].草業(yè)學(xué)報,2010,10(5):71-76.

[31] 劉祖祺,張石城.植物抗性生理學(xué)[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1994:371-372.

[32] Hameed M,Ashraf M.Physiological and biochemical adaptations ofCynodon(L.) Per.(Pakistan) to salinity stress[J].Flora,2008,203:683-694.

Effect of NaCl stress on physiological characteristics of bermudagrass

WANG Tai-liang,HAN Zhao-sheng,PANG Miao-tian,DONG Kuan-hu,ZHU Hui-sen

(CollegeofAnimalScienceandTechnology,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

The wild bermudagrass originated from Shanxi Province was selected as the test materials,and treated by different concentrations of NaCl (0，100,200,300,400,500 mmol/L).After treated for 15 days,the contents of chlorophyll,relative water,soluble sugar,soluble protein,proline,MDA and enzyme activities of SOD and POD were tested.Results showed that with the NaCl concentration increasing,relative water and chlorophyll contents decreased significantly (P<0.05),contents of proline,soluble sugar and soluble protein increased obviously,SOD and POD activities presented a tendency of elevated first and then decreased.It suggested that wild bermudagrass could grow normally under NaCl stress at concentration of 400 mmol/L.The order of sensitiveness to salt stress was leaf >stem>root.

salt stress；wild bermudagrass；physiological characteristics

2014-11-10；

2015-01-04

中國博士后科學(xué)基金項目(124434)；山西省科技攻關(guān)項目(20120311015-3)資助

王太亮(1988-)，男，山東海陽人，在讀碩士。 E-mail：wangtailiang0714@163.com 朱慧森為通訊作者。

Q 945.78

A

1009-5500(2015)01-0063-05