外源物質對鹽脅迫下麻黃幼苗根系生長的影響

張艷陽，冀瑞樸，李晗，劉俊喜，袁卉馥

(河北北方學院, 河北 張家口 075000)

麻黃(EphedrasinicaStapf)主要分布于我國干旱、半干旱荒漠植物區(qū)系的新疆、甘肅、內蒙、寧夏等省區(qū)[1]，不僅具有極高的藥用價值，對改善沙地生態(tài)環(huán)境、保護草地資源也發(fā)揮著重要作用[2-3]。鹽害是植物的主要脅迫因素之一，鹽逆境引起的滲透脅迫和離子毒害使植物細胞電子傳遞的電子增加，ROS大量產生，并導致細胞的氧化損傷[4]。外源硝普鈉(SNP)作為NO供體參與到活性氧代謝中，可顯著提高植物的抗旱能力[5]；亞精胺(Spd)不僅可直接與ROS反應，還可通過提高抗氧化酶活性參與脅迫條件下ROS 清除，增強植物抗逆性[6]；水楊酸(SA)是一種廣泛存在于植物體內的小分子酚類物質，又是一種內源性激素，參與調節(jié)植物許多生理過程[7]。研究表明，SNP 、Spd和SA能夠誘導植物在非生物逆境下產生病程相關蛋白，增加滲透調節(jié)物質，提高酶活性，進而改善植物對于逆境脅迫的抗性[8-10]。本試驗以麻黃為試驗材料，采用SNP、Spd和SA對鹽脅迫下麻黃根系生長抑制和氧化損傷進行緩解，篩選最佳外源物質及濃度，旨在為鹽堿地麻黃種植提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為張家口市農科院培養(yǎng)的當年生麻黃幼苗。當麻黃長到3～4片時，移植到盛有1/2Hoagland營養(yǎng)液的塑料盒中培養(yǎng)，進行試驗。試驗所用的藥品SNP由美國BIO BASIC INC公司提供；Spd為Sigma 公司提供；SA由天津市光復科技發(fā)展有限公司提供；Hoagland營養(yǎng)液由北京溪青春農業(yè)科技有限公司提供。

1.2 試驗方法

采用張家口市農科院培養(yǎng)的當年生麻黃幼苗，麻黃幼苗長至3～4片葉時，選擇生長一致的幼苗沖洗干凈后移栽至盛有1/2Hoagland營養(yǎng)液塑料盒(20 cm×12 cm)中進行預培養(yǎng)，預培養(yǎng)7 d后進行初步處理。試驗首先將NaCl(50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L)濃度梯度用于1/2 Hoagland無土栽培處理麻黃幼苗根系，根據根系電導率的變化及根系的相對生長情況，采用200 mmol/L NaCl濃度進行無土栽培試驗。用200 mmol/L NaCl處理麻黃幼苗，模擬鹽脅迫，蒸餾水作對照1(CK1)，200 mmol/L NaCl作對照2(CK2)，采用水培法分別用不同濃度的SNP、Spd、SA進行恢復處理，3種外源物質濃度梯度見表1，每處理24株幼苗，3次重復。處理期間為保證營養(yǎng)液濃度，每隔2 d更換1次營養(yǎng)液，分別于處理第8、12、16天取根測定各項相關生理指標。

表1 外源物質處理濃度Table 1 Treatment concentration of exogenous substances

1.3 測定方法

葉片中丙二醛(MDA)含量測定方法參照Velikova等的硫代巴比妥酸(TBA)檢測法；可溶性蛋白(SP)測定方法參照考馬斯亮藍法；可溶性糖采用蒽酮比色法測定；根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測定；脯氨酸含量采用酸性茚三酮顯色法測定[11]。

1.4 數據統(tǒng)計分析

應用Excel 2010繪圖， SPSS 21.0數據分析。

2 結果與分析

2.1 SNP、Spd和SA對麻黃幼苗根系滲透調節(jié)及代謝強度的影響

脯氨酸除了提高抗氧化能力和保留生物聚合物的作用之外，還可以起到調解滲透壓的作用，并在去除ROS和降低細胞酸度方面發(fā)揮重要作用。因此，脯氨酸增加是植物抗性增強的表現。不同外源物質對麻黃脯氨酸含量的影響見圖1。

圖1 不同外源物質對麻黃脯氨酸含量的影響Figure 1 Effect of different foreign substances on the content of proline in ephedra

由圖1可知，在200 mmol/L NaCl脅迫條件下，麻黃根系中脯氨酸含量(CK2)明顯下降，與對照(CK1)形成顯著性差異。經外源物質緩解后，SA處理分別比對照(CK2)增加52.4%、39.3%、65.5%和52.4%，其中SA(50 mg/g)超過CK1水平；Spd(0.25 mmol/L)、SNP(0.1 mmol/L)處理下脯氨酸含量與CK2存在顯著差異，接近CK1水平。上述結果表明，外源SA、Spd和SNP均在一定程度上增加NaCl脅迫下麻黃幼苗根系中脯氨酸含量，其中SA(50 mg/L)效果最佳。

可溶性糖是植物體內另一類滲透調節(jié)物質，在逆境下植物體內常常積累大量的可溶性糖。不同外源物質對麻黃可溶性糖含量的影響見圖2。

圖2 不同外源物質對麻黃可溶性糖含量的影響Figure 2 The effect of different foreign substances on the soluble sugar content of ephedra

由圖2可知，鹽脅迫后麻黃幼苗根系中可溶性糖含量明顯降低，經不同濃度外源物質處理后含量顯著提高，各處理呈現先升高后降低的趨勢，并且各濃度的外源物質均與CK2形成顯著性差異，其中SA(50 mg/L)緩解效果最佳，比CK2增加35.58%。

可溶性蛋白是反應植物體內代謝強度的一個重要指標，也是植物在逆境條件下積累的一種有機物質。不同外源物質對麻黃可溶性蛋白含量的影響見圖3。

圖3 不同外源物質對麻黃可溶性蛋白含量的影響Figure 3 The effect of different foreign substances on the soluble protein content of ephedra

由圖3可知，在200 mmol/L NaCl脅迫條件下可溶性蛋白含量降低，在3種外源物質緩解下有不同程度的提高，其中SA(50 mg/L)和SNP(0.1 mmol/L)效果顯著，與CK2形成顯著性差異，分別比CK2增加11.14%和14.30%。

2.2 SNP、Spd和SA對鹽脅迫下麻黃幼苗根系活力的影響

根系活力對植物營養(yǎng)、個體生長狀況和產量水平有直接影響。不同外源物質對麻黃根系活力的影響見圖4。

圖4 不同外源物質對麻黃根系活力的影響Figure 4 The effect of different foreign substances on the root vitality of ephedra

由圖4可知，在鹽脅迫下麻黃幼苗根系活力呈現明顯降低趨勢，CK2與CK1形成顯著性差異(P<0.05)。經3種不同濃度外源物質緩解后，麻黃根系活力明顯提高，其中，SA(50 mg/L)、Spd(0.25 mmol/L)、SNP(0.1 mmol/L)和Spd(1.0 mmol/L)均與CK2形成顯著性差異，而以SA(50 mg/L)、Spd(0.25 mmol/L)緩解效果最好，分別比CK2增加18.17%和12.84%。

2.3 SNP、Spd和SA對鹽脅迫下麻黃根系脂膜系統(tǒng)的影響

相對電導率可以反映細胞膜通透性變化的程度。當植物受到脅迫時，細胞膜最初被損傷，膜的選擇性功能降低或衰退，滲透性增加，進而使植物細胞中的電解質急劇增加。不同外源物質對麻黃相對電導率的影響圖5。

圖5 不同外源物質對麻黃相對電導率的影響Figure 5 The influence of different foreign substances on the relative conductivity of ephedra

由圖5可知，鹽脅迫下，麻黃幼苗根系電導率顯著增加，外源SNP(0.1 mmol/L)緩解后，電導率比CK2降低36.58%，形成顯著性差異；Spd(0.25 mmol/L)和SA(50 mg/L)與CK2相比，電導率分別降低12.24%和11.53%，均形成顯著性差異。綜上，外源SNP(0.1 mmol/L)對電導率緩解效果最佳，其次為Spd(0.25 mmol/L)，再次為SA(50 mg/g)。

丙二醛被認為是氧化應激的標志物。不同外源物質對麻黃丙二醛的影響圖6。

圖6 不同外源物質對麻黃丙二醛的影響Figure 6 Effect of different foreign substances on ephedra malondialdehyde

由圖6可知，鹽脅迫下(CK2)，麻黃幼苗根系中MDA含量顯著增加，經3種不同濃度外源物質處理后，麻黃幼苗根系中MDA含量表現出不同程度的變化，呈現先降低后升高的趨勢。與CK2相比，3種外源物質都在不同程度上降低了MDA含量，其中，外源SNP(0.1 mmol/L)、Spd(0.25 mmol/L)和SA(50 mg/L)處理降低程度最大，均與對照(CK2)形成顯著性差異，與CK2相比分別降低26.32%、42.10%和42.11%。

3 結論與討論

本試驗研究了SNP、Spd和SA對鹽脅迫下麻黃幼苗根系生長和氧化損傷的影響。結果表明在200 mmol/L的NaCL脅迫下，麻黃幼苗中質膜過氧化指標丙二醛含量和電導率值升高，代謝產物可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量降低，根系活力也呈下降趨勢。經不同濃度的SNP、Spd、SA處理后，丙二醛含量明顯下降，根系活力增強。SA(50 mg/L)可以增加麻黃幼苗根系滲透調節(jié)及代謝強度，SA(50 mg/L)和Spd(0.25 mmol/L)提高了麻黃幼苗的根系活力，Spd(0.25 mmol/L)、SA(50 mg/L)降低了鹽脅迫對麻黃幼苗根系脂膜系統(tǒng)的影響，3種外源物質緩解效果為：SA(50 mg/L)>SNP(0.1 mmol/L)>Spd(0.25 mmol/L)。施用水楊酸(SA)50 mg/L后，可溶性蛋白含量增加14.30%，可溶性糖含量增加35.58%，脯氨酸含量增加65.5%，MDA含量降低42.11%，根系活力增加18.17%。

楚樂樂、吳雪霞等認為NO會改變脯氨酸和可溶性糖的積累，減緩鹽脅迫引起的氧化損傷，提高植物抗鹽性[12-13]。本試驗研究結果表明SNP、Spd和SA使麻黃根系中脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白含量顯著提高，說明3種外源物質從不同程度上緩解了麻黃的逆境脅迫。由于根部是起初感受逆境脅迫的部位，因此根系活力極大降低。3種外源物質處理下，SA、Spd增加根系活力效果顯著，從一定程度上提高了麻黃對鹽堿逆境的適應。許祥明研究表明，當植物遭受諸如鹽等不良反應時，會導致電導率增加，與本試驗結果一致，3種外源物質緩解下均不同程度地降低了電導率值，減少了膜傷害[14]。王弋博等認為器官或組織內活性氧清除酶系統(tǒng)中各酶的活性、非酶系統(tǒng)中各抗氧化物質和膜質過氧化產物MDA的含量，可從維持活性氧動態(tài)平衡的能力及活性氧傷害等方面反映出植物的抗逆性[15]。通過本研究發(fā)現，3種外源物質緩解了鹽脅迫下麻黃根系中丙二醛含量的升高，減緩了鹽脅迫引起的細胞膜損傷，保持了細胞膜的穩(wěn)定性。