水楊酸對(duì)沙打旺幼苗耐鹽性的影響

王寶增等

摘要：以沙打旺（Astragalus adsurgens Pall.）幼苗為材料，采用200 mmol/L NaCl 并添加不同濃度水楊酸（SA，0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mmol/L）的處理方法，通過(guò)測(cè)定沙打旺幼苗耐鹽生理指標(biāo)，確定外源SA對(duì)沙打旺幼苗耐鹽生理特性的影響。結(jié)果表明，一定濃度的SA能明顯提高鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片脯氨酸和可溶性糖含量；增強(qiáng)鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性，降低葉片丙二醛（MDA）含量；提高鹽脅迫下沙打旺幼苗的根系活力。0.6 mmol/L SA處理效果最為明顯。說(shuō)明外源SA能夠調(diào)節(jié)沙打旺幼苗有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和抗氧化酶系活性以及根系活力，緩解鹽脅迫對(duì)沙打旺幼苗的傷害。

關(guān)鍵詞：沙打旺（Astragalus adsurgens Pall.）；水楊酸（SA）；耐鹽性

中圖分類號(hào)：S551 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）18-4525-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.18.033

土壤鹽漬化是一個(gè)全球性的問(wèn)題，全球有20%的耕地和近半數(shù)的灌溉土地都受到不同程度的鹽害威脅[1]。鹽脅迫不但使植物吸水困難，還破壞植物活性氧產(chǎn)生與清除系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡，啟動(dòng)脂質(zhì)過(guò)氧化作用，破壞膜脂和膜蛋白，從而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。在目前人口不斷增加、耕地日趨減少的情況下，提高作物的耐鹽性是開發(fā)利用鹽堿地最根本、最經(jīng)濟(jì)和最有效的方法[2]。

水楊酸（Salicylic acid，SA）是植物體內(nèi)普遍存在的一種酚類次生代謝物質(zhì)，1992年被確定為植物激素[3]。SA能夠影響植物體內(nèi)的許多生理過(guò)程，包括氣孔開閉、種子萌發(fā)、離子吸收、質(zhì)膜透性等[4]。近年來(lái)的研究表明，SA與植物非生物脅迫的抗性密切相關(guān)[5]。外源SA通過(guò)提高番茄[6]、菜豆[6]、大麥[7]、甜瓜[8]等作物細(xì)胞的抗氧化酶活性，增強(qiáng)了這些作物對(duì)低溫、高溫、滲透脅迫和重金屬離子的耐受性。適當(dāng)濃度的外源SA還能明顯提高鹽脅迫下蕎麥[9]、玉米[10]、黑麥草[11]和阿月渾子幼苗[12]的耐鹽性。

沙打旺（Astragalus adsurgens Pall.），又名直立黃芪、斜莖黃芪，是豆科黃芪屬的多年生草本植物，同時(shí)也是優(yōu)質(zhì)的牧草和綠肥原料。沙打旺耐鹽堿，抗逆性強(qiáng)，是中國(guó)北方地區(qū)水土保持及快速綠化荒山的先鋒草種。近年來(lái)，生態(tài)環(huán)境建設(shè)及畜草業(yè)發(fā)展對(duì)沙打旺的需求不斷增大。筆者對(duì)沙打旺幼苗的耐鹽機(jī)理已做過(guò)初步探討[13]。然而，關(guān)于SA與沙打旺耐鹽性之間的關(guān)系尚缺乏研究。本試驗(yàn)通過(guò)研究SA對(duì)沙打旺耐鹽能力的影響，明確SA緩解沙打旺鹽害的生理機(jī)制，為提高沙打旺耐鹽性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料培養(yǎng)和處理

挑選大小一致、子粒飽滿的沙打旺種子，用2%的次氯酸鈉消毒8 min，然后用自來(lái)水與蒸餾水分別沖洗3次，用濾紙吸干種子外附水分。將種子置于墊有濕紗布的培養(yǎng)皿中，26 ℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)。待幼苗長(zhǎng)到3 cm左右，移栽到盛有干凈細(xì)沙的塑料盆中，澆灌Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，于溫室中培養(yǎng)。溫室晝夜溫度（25±5） ℃/（15±5） ℃，每天光照14 h，光照強(qiáng)度約為（700±100） μmol/（m2·s），相對(duì)濕度60%～70%。培養(yǎng)4周后，選取生長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，分成3組：第1組只供給Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，作對(duì)照處理；第2組采用200 mmol/L NaCl 溶液（NaCl 溶于Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液）處理，作NaCl 處理；第3組在200 mmol/L NaCl處理的基礎(chǔ)上分別添加不同濃度SA（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mmol/L），作SA+NaCl 處理。處理7 d后取樣進(jìn)行生理指標(biāo)測(cè)定，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。

1.2 測(cè)定方法

脯氨酸含量采用酸性茚三酮染色法[14]，可溶性糖含量采用苯酚法[15]，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[16]，根系活力采用TTC法[17]，過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性參照陳建勛等[18]的方法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS15.0進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源SA處理對(duì)鹽脅迫下沙打旺葉片脯氨酸含量的影響

由圖1可知，與對(duì)照組相比，NaCl處理的沙打旺幼苗葉片脯氨酸含量明顯增加；添加不同濃度SA，其脯氨酸含量均明顯高于對(duì)照。與單純NaCl脅迫比較，除了較低濃度的SA（0.2 mmol/L）處理組含量降低（P>0.05）外，其余各處理脯氨酸含量均有增加，0.6～0.8 mmol/L SA組增加較為明顯，分別比單純鹽脅迫增加了44.1%（P<0.01）和38.7%（P<0.01）。

2.2 外源SA處理對(duì)鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片可溶性糖含量的影響

由圖2可見，SA處理組的沙打旺幼苗其可溶性糖含量變化趨勢(shì)與脯氨酸基本一致，可溶性糖含量隨外源SA濃度增加也呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。在0.4～0.8 mmol/L SA濃度范圍內(nèi)，其可溶性糖含量比單純NaCl脅迫依次增加了19.3%（P>0.05）、35.9%（P<0.05）、44.8%（P<0.01）。

2.3 外源SA處理對(duì)鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片MDA含量的影響

由圖3可見，NaCl脅迫使沙打旺幼苗葉片MDA含量增加。添加不同濃度SA后，MDA含量雖然仍高于對(duì)照組，但與單純NaCl脅迫相比，均有不同程度降低，從低到高5個(gè)SA濃度處理組，其MDA含量比單純NaCl處理分別降低了20.7%（P<0.05）、26.0%（P<0.05）、30.6%（P<0.01）、21.4%（P<0.05）、18.6%（P<0.05）。

2.4 外源SA處理對(duì)鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片POD、CAT活性的影響

鹽脅迫降低了沙打旺幼苗葉片POD活性（圖4A）和CAT活性（圖4B）。添加不同濃度的SA后，兩種酶的活性均有不同程度的增加，且和單純NaCl脅迫比較，均表現(xiàn)出隨SA濃度增加先升高后降低的趨勢(shì)。其中，不同濃度SA處理組的沙打旺幼苗POD活性均高于對(duì)照（圖4A），而不同濃度SA處理組沙打旺幼苗的CAT活性基本與對(duì)照持平（圖4B）。0.6 mmol/L SA處理組沙打旺幼苗POD活性和CAT活性增幅最大，分別比單純鹽脅迫增加了106.2%（P<0.01）和56.7%（P<0.01）。

2.5 外源SA處理對(duì)鹽脅迫下沙打旺幼苗根系活力的影響

由圖5可見，鹽脅迫使沙打旺幼苗根系活力降低，而SA處理在一定程度上緩解了這種抑制效應(yīng)。添加SA的處理組其幼苗根系活力均高于單純NaCl處理組，且不同SA濃度下幼苗根系活力增幅不同，0.4～0.8 mmol/L SA處理下幼苗根系活力增幅較為明顯，分別比NaCl處理增加了38.5%（P<0.01）、53.6%（P<0.01）、29.5%（P<0.05）。

3 討論

積累有機(jī)溶質(zhì)進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)鹽脅迫的重要機(jī)制[19]。由于鹽脅迫往往引起胞質(zhì)Na+升高，Na+通過(guò)離子區(qū)域化作用被運(yùn)輸?shù)揭号輧?nèi)使胞質(zhì)免受傷害，胞質(zhì)則積累脯氨酸、可溶性糖等相容性溶質(zhì)來(lái)維持滲透平衡[20]。本研究表明，一定濃度的SA處理可使沙打旺幼苗葉片脯氨酸和可溶性糖含量明顯增加，以加強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)能力（圖1、圖2），這與尚慶茂等[21]的結(jié)果一致。積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，有利于增強(qiáng)沙打旺胞質(zhì)的親水吸附能力，降低細(xì)胞的滲透勢(shì)，防止鹽脅迫下的細(xì)胞失水，從而減輕植物鹽害。關(guān)于外源SA提高植物脯氨酸含量的原因已有相關(guān)報(bào)道。Misra等[22]在小扁豆的研究中，證實(shí)了SA可激活脯氨酸合成酶（P5CR）活性，同時(shí)抑制脯氨酸氧化酶（ProDH）活性，因而導(dǎo)致脯氨酸的積累。而關(guān)于可溶性糖含量的增加，Shakirova等[23]認(rèn)為外源SA可通過(guò)增強(qiáng)不溶性糖的水解反應(yīng)來(lái)提高細(xì)胞可溶性糖含量，進(jìn)而發(fā)揮重要的滲透調(diào)節(jié)作用。由此可以看出，SA通過(guò)介導(dǎo)脯氨酸合成、降解的調(diào)控以及不溶性糖類的水解反應(yīng)來(lái)提高二者含量，從而提高沙打旺對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)。

在正常條件下，植物細(xì)胞活性氧的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)平衡之中，因此活性氧處于低水平。鹽脅迫下，植物細(xì)胞活性氧會(huì)大量積累，過(guò)多的活性氧與膜脂不飽和脂肪酸發(fā)生氧化作用，導(dǎo)致脂質(zhì)的過(guò)氧化，進(jìn)而損害膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性，而MDA就是脂質(zhì)過(guò)氧化的最終產(chǎn)物。此外，活性氧也會(huì)破壞DNA、蛋白質(zhì)、葉綠素等分子?；钚匝醴e累及其過(guò)氧化作用被認(rèn)為是鹽脅迫傷害的又一重要機(jī)制[24]。POD和CAT作為清除活性氧的抗氧化酶類，其活性高低直接影響植物細(xì)胞活性氧水平。本研究中，外源SA能夠提高沙打旺幼苗葉片POD、CAT活性（圖4A、圖4B），有效抑制了活性氧的產(chǎn)生。再結(jié)合MDA含量，SA處理明顯降低了鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片MDA的含量（圖3），其原因可能是外源SA激活了抗氧化酶共同的轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)抗氧化酶的表達(dá)[25]。Pancheva等[26]的研究認(rèn)為SA可以在植物細(xì)胞膜疏水區(qū)積累，通過(guò)降低細(xì)胞電解質(zhì)外滲率，減輕膜脂過(guò)氧化作用，保護(hù)蛋白質(zhì)及保持膜結(jié)構(gòu)的完整性，從而緩解逆境脅迫造成的膜傷害。

根系不僅負(fù)責(zé)植物體對(duì)水分、礦物質(zhì)的吸收，同時(shí)也負(fù)責(zé)植物體許多重要物質(zhì)的同化、轉(zhuǎn)化或合成，根系活力強(qiáng)弱直接影響植物體的生命活動(dòng)。鹽脅迫首先影響到的就是根系，所以根系活力的檢測(cè)就成為檢驗(yàn)植株受害程度的一個(gè)重要指標(biāo)[27]。從本研究可以看出，鹽脅迫使沙打旺幼苗根系活力降低，外施SA逆轉(zhuǎn)了這種變化趨勢(shì)（圖5），這與董慧等[11]在黑麥草、張彥[27]在番茄中的研究結(jié)果一致。說(shuō)明一定濃度的SA可以通過(guò)提高鹽脅迫下沙打旺幼苗的根系活力，進(jìn)而增強(qiáng)其耐鹽能力。

綜上所述，SA能夠提高沙打旺幼苗的耐鹽性，主要由于SA可以提高其脯氨酸和可溶性糖含量，促進(jìn)抗氧化酶活性，降低脂質(zhì)過(guò)氧化，提高根系活力，這些因素共同作用，緩解了鹽脅迫對(duì)沙打旺幼苗的抑制作用。需要明確的是，SA對(duì)植物耐鹽性的效應(yīng)隨施用濃度的差異而變化[28，29]，因此，在探討水楊酸調(diào)節(jié)植物耐鹽性機(jī)制時(shí)應(yīng)注意水楊酸濃度的選擇。

4 結(jié)論

外源施用SA，能夠提高鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片脯氨酸、可溶性糖含量，增強(qiáng)其POD、CAT活性，降低其MDA含量，提高其根系活力。對(duì)于緩解NaCl脅迫，改善植株生長(zhǎng)發(fā)育具有重要作用。從本試驗(yàn)可以看出，0.4～0.8 mmol/L SA 處理效果較明顯，其中，0.6 mmol/L SA處理效果最佳。

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