硝普鈉對(duì)鹽脅迫下薄荷植株生理指標(biāo)的影響

郝曉華，雷曉琪，高如霞

(忻州師范學(xué)院 生物系，山西 忻州 034300)

當(dāng)前，土壤鹽漬化是全球范圍內(nèi)的一個(gè)重大環(huán)境問(wèn)題，鹽害是影響植物品質(zhì)和產(chǎn)量，限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要非生物脅迫之一[1].在我國(guó)的東北、西北、華北內(nèi)陸以及沿海地區(qū)鹽堿地面積可達(dá)1億 hm2[2]，土壤中內(nèi)含的高濃度鹽分會(huì)影響植物種子萌發(fā)，幼苗生長(zhǎng)，改變細(xì)胞膜通透性，產(chǎn)生滲透脅迫、離子毒害等，進(jìn)而破壞生物體正常代謝，影響酶活性，抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育，甚至造成植物死亡[3-6].薄荷為唇形科多年生草本植物[7]，可用于大棚栽培和園林觀賞植物，植株具特殊香氣，聞之提神醒腦，可驅(qū)蚊避害，故可藥用，其莖、葉可提取精油、芳香醇、薄荷腦等物質(zhì)，用途廣泛[8].NO是植物體內(nèi)廣泛存在的易擴(kuò)散氣體信號(hào)分子，可作為防御反應(yīng)中的關(guān)鍵信號(hào)分子參與植物對(duì)外界環(huán)境脅迫的應(yīng)答[9-10]，起著調(diào)節(jié)高溫、干旱、重金屬、鹽堿等脅迫反應(yīng)的作用[11].

硝普鈉(SNP)是外源NO的常用供體.本實(shí)驗(yàn)以一年生留蘭香薄荷為實(shí)驗(yàn)材料，通過(guò)NaCl模擬鹽脅迫環(huán)境，了解不同濃度硝普鈉處理對(duì)NaCl脅迫下留蘭香薄荷生理生化指標(biāo)的影響.研究外源NO對(duì)鹽脅迫下薄荷幼苗的調(diào)控效應(yīng)及作用機(jī)理可為提高作物耐鹽性提供理論依據(jù)，且對(duì)實(shí)驗(yàn)薄荷的高產(chǎn)栽培種植提供理論參考.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用材料為留蘭香薄荷的一年生植株，購(gòu)于忻州萬(wàn)菁花卉市場(chǎng).

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)于2017年3月在忻州師范學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行.實(shí)驗(yàn)條件為日溫22 ℃，夜溫20 ℃.自然光照條件下生長(zhǎng).

本實(shí)驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理：正常生長(zhǎng)植株(CK)，1/2 Hongland營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)；鹽脅迫處理(SS)，100 mmol/L NaCl營(yíng)養(yǎng)液；SS+SNP50，0.05 mmol/L SNP+100 mmol/L NaCl 營(yíng)養(yǎng)液；SS+SNP100，0.10 mmol/L SNP+100 mmol/L NaCl營(yíng)養(yǎng)液；SS+SNP150，0.15 mmol/L SNP+100 mmol/L NaCl營(yíng)養(yǎng)液；SS+SNP200，0.20 mmol/L SNP+100 mmol/L NaCl營(yíng)養(yǎng)液；SS+SNP250，0.25 mmol/L SNP+100 mmol/L NaCl營(yíng)養(yǎng)液.

薄荷購(gòu)回后，以1/2Hongland營(yíng)養(yǎng)液澆灌植株根部使植株適應(yīng)生長(zhǎng)2周，再用含100 mmol/L NaCl的營(yíng)養(yǎng)液澆灌植株進(jìn)行鹽脅迫.脅迫2周后采用葉面噴施法對(duì)薄荷施加外源SNP，每個(gè)處理供試植株為45株，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共處理7 d，之后取莖、葉測(cè)定各項(xiàng)生理生化指標(biāo).

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定及方法

株高(cm)：用軟尺測(cè)量莖基部到最高生長(zhǎng)點(diǎn)的距離.

鮮重(FW)、干重(DW)測(cè)定：分別取植株地上部分和地下部分，用清水沖洗表面雜土，再用蒸餾水沖洗干凈，用吸水紙吸干后稱量鮮株質(zhì)量，75 ℃烘至恒重，稱重其干樣質(zhì)量.

根冠比：地下部分鮮重(干重)與地上部分鮮重(干重)之比.

含水量(%)：植株的鮮重與干重之差占鮮重的百分比.

1.3.2 生理指標(biāo)含量的測(cè)定方法

可溶性蛋白：張蜀秋等的考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定[12]；

丙二醛：李合生等的硫代巴比妥酸(TBA)法測(cè)定[13]；

可溶性糖：雙組分光光度計(jì)法[13]；

脯氨酸：職明星等的酸性茚三酮比色法[14]；

超氧化物歧化酶(SOD)：鄒琦的氮藍(lán)四唑(NBT)法[15]；

過(guò)氧化物酶(POD)活力：陳建勛等的愈創(chuàng)木酚法[16]；

過(guò)氧化氫酶(CAT)活力：張治安等的紫外吸收法[17].

1.4 數(shù)據(jù)處理

Excel2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和繪圖，SPSS20.0軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)及誤差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 外源NO對(duì)NaCl脅迫下薄荷生長(zhǎng)的影響

由表1可知：在100 mmol/L NaCl脅迫下，與對(duì)照組(CK)相比，各脅迫組株高、干重、鮮重、根冠比、含水量都明顯降低，表明100 mmol/L的NaCl起到了脅迫抑制作用.施加不同濃度的外源NO供體硝普鈉(SNP)后，與鹽對(duì)照(SS)相比，各組的株高、干重、鮮重、根冠比都增加，其中SNP濃度為0.15 mmol/L時(shí)增加最顯著，株高是鹽脅迫下的1.52倍，干重是鹽脅迫下的1.16倍，鮮重是鹽脅迫下的1.2倍，表明SNP對(duì)鹽脅迫起到緩解作用.當(dāng)SNP濃度增加到0.20 mmol/L時(shí)，含水量開(kāi)始下降，且低于鹽對(duì)照，說(shuō)明SNP濃度與緩解效果并不呈線性正相關(guān)的關(guān)系.

表1 外源NO對(duì)NaCl脅迫下薄荷植株生長(zhǎng)的影響

2.2 外源NO對(duì)NaCl脅迫下薄荷可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量的影響

由圖1可知：在100 mmol/L NaCl脅迫下，與CK組相比，SS組的可溶性糖含量降低51%，可溶性蛋白含量降低4%，脯氨酸含量是對(duì)照組的2.3倍.在施加外源NO供體SNP后，與SS相比，實(shí)驗(yàn)處理組的可溶性糖、可溶性蛋白含量增加，脯氨酸含量下降.施加SNP后，可溶性糖相比SS組分別增加20%，120%，198%，167%，134%.脯氨酸含量相比SS組分別降低27.6%，35.7%，46.7%，57.3%，20%.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致薄荷幼苗體內(nèi)糖分和蛋白質(zhì)含量的下降，推測(cè)可能是由于脅迫作用導(dǎo)致細(xì)胞外滲透壓過(guò)高，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞，胞內(nèi)糖和蛋白質(zhì)流失.而施加SNP后糖、蛋白質(zhì)、脯氨酸含量都有所上升，說(shuō)明SNP可通過(guò)增加這些物質(zhì)的含量來(lái)提高細(xì)胞滲透壓，使植物細(xì)胞免受脅迫危害.

圖1 外源NO對(duì)NaCl脅迫下薄荷可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量的影響

2.3 外源NO對(duì)NaCl脅迫下薄荷POD，CAT，SOD等植物保護(hù)酶活性的影響

由圖2可知，在100 mmol/L的NaCl脅迫(SS組)下，與CK組相比，SS組的植物保護(hù)酶活性雖然變化幅度不一樣，但是都有上升.說(shuō)明鹽脅迫下植株體內(nèi)保護(hù)酶活性都有所增強(qiáng).其中過(guò)氧化氫酶CAT的活性變化最大，SS組CAT活性是CK組的2.9倍.施加不同濃度的SNP后，實(shí)驗(yàn)組過(guò)氧化物酶的活性均有所下降，但還是高于SS組，說(shuō)明雖然鹽脅迫作用依然存在，但是SNP可有效緩解脅迫效應(yīng).

圖2 外源NO對(duì)NaCl脅迫下薄荷POD，CAT，SOD活性的影響

2.4 外源NO對(duì)NaCl脅迫下丙二醛(MDA)含量的影響

由圖3可知：在100 mmol/L NaCl脅迫下，與CK組相比，NaCl脅迫組的植株體內(nèi)丙二醛含量明顯上升.施加SNP后，當(dāng)濃度為0.05 mmol/L-0.20 mmol/L時(shí)丙二醛含量有所下降，當(dāng)SNP濃度為0.15 mmol/L時(shí)，下降最突出.說(shuō)明當(dāng)SNP可明顯降低留蘭香的丙二醛含量，此時(shí)對(duì)鹽脅迫的緩解作用最明顯.當(dāng)SNP濃度為0.20 mmol/L時(shí)，丙二醛含量又開(kāi)始上升，并隨著SNP濃度的上升而上升，此時(shí)的SNP濃度對(duì)鹽脅迫緩解能力降低.丙二醛是細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化的終產(chǎn)物之一，含量越高說(shuō)明細(xì)胞發(fā)生過(guò)氧化作用越大，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明SNP在0.05，0.1，0.15，0.2 mmol/L濃度范圍內(nèi)可有效緩解鹽脅迫對(duì)薄荷植株的危害.

圖3 外源NO對(duì)NaCl脅迫下薄荷丙二醛含量的影響

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在100 mmol/L的NaCl脅迫明顯抑制了薄荷植株的生長(zhǎng)、株高、干重、鮮重、根冠比、含水量與正常對(duì)照組相比都下降，且鹽脅迫降低了可溶性糖、可溶性蛋白的含量；使Pro和MDA的含量增加；抗氧化物酶的活性增強(qiáng).在施加不同濃度的SNP溶液后，有效緩解NaCl脅迫對(duì)植株的鹽脅迫作用.與鹽脅迫組相比，可以顯著提高可溶性糖和蛋白的含量，下調(diào)MDA和Pro含量，同時(shí)使POD，CAT，SOD活性下降，增強(qiáng)了留蘭香的抗逆性.本研究中所設(shè)SNP濃度(0.05 mmol/L-0.25 mmol/L)均可以對(duì)留蘭香起到保護(hù)作用，其中SNP濃度在0.10 mmol/L-0.20 mmol/L時(shí)保護(hù)作用明顯.而當(dāng)SNP溶液在0.25 mmol/L時(shí)保護(hù)作用下降，其原因可能是NO在高濃度下與活性氧作用下產(chǎn)生的大量過(guò)氧亞硝酸陰離子(ONOO-)對(duì)生物大分子產(chǎn)生毒害作用，從而使細(xì)胞損傷.