鹽脅迫下白刺試管苗的生長與耐鹽響應(yīng)

張艷萍 唐小剛

摘要：通過測定不同梯度鹽脅迫下白刺試管苗的生長指標(biāo)和根莖的抗性生理指標(biāo)，探討了白刺試管苗的耐鹽特性。結(jié)果顯示：從白刺的形態(tài)生長看，在NaCl濃度為100 mmol/L時(shí)，白刺試管苗長勢最優(yōu)，濃度為200 mmol/L時(shí)，白刺試管苗長勢有所下降，但仍能正常生長。從各抗性生理指標(biāo)看，NaCl濃度為50 mmol/L和100 mmol/L時(shí)，莖葉和根的多數(shù)抗性指標(biāo)值小于對照;NaCl濃度在150 mmol/L和200 mmol/L時(shí)，莖葉和根的多數(shù)抗性指標(biāo)值就開始逐漸增加，大于對照。說明NaCl濃度在100 mmol/L以內(nèi)時(shí)，對白刺試管苗的生長有促進(jìn)作用，甚至提供了白刺生長所需的營養(yǎng)，并未產(chǎn)生脅迫。NaCl濃度大于100 mmol/L之后，對白刺試管苗的生長開始逐漸產(chǎn)生脅迫，但白刺通過自身抗逆性機(jī)制調(diào)節(jié)，在NaCl濃度為200 mmol/L時(shí)還能正常生長。

關(guān)鍵詞：白刺;試管苗;鹽脅迫;抗鹽性

中圖分類號(hào)：S793? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：1001-1463（2020）08-0027-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.08.007

Abstract：The effects of p-hydroxybenzoic acid on the growth and physiological indexes of Isatis indigotica seedlings were studied. The results showed that the plant height， leaf fresh weight， stem and leaf dry weight and root mass of Isatis indigotica seedlings increased first and then decreased with the increase of treatment concentration. The electrolyte extravasation rate， POD and malondialdehyde （MDA） in the seedlings gradually increased with the increase of the treatment concentration， and SOD increased first and then decreased with the increase of the concentration. The results showed that p-hydroxybenzoic acid was one of the important factor in continuous cropping of Isatis indigotica.

Key words：P-hydroxybenzoic acid;Isatis indigotica;Seedling;Physiological indexes;Successive cropping obstacl

鹽脅迫會(huì)引起滲透脅迫，導(dǎo)致植物體內(nèi)離子失衡、增加植物體內(nèi)的活性氧從而對植物產(chǎn)生氧化傷害，這些變化將會(huì)抑制植物的生長、影響植物的健康，甚至導(dǎo)致死亡[1 ]。為了適應(yīng)不良環(huán)境，植物經(jīng)過長期自然選擇會(huì)形成自身的一些耐鹽機(jī)制，這些機(jī)制主要包括滲透調(diào)節(jié)、離子平衡、氧化解毒和植物激素調(diào)控[2 ]。

白刺是具有多分枝、耐鹽堿、耐干旱等特性的低矮灌木[3 ]，廣泛的自然生長于鹽漬化坡埂高地和荒漠地區(qū)，能夠有效改善土壤肥力，為其他植物群落創(chuàng)造生存條件，是荒漠、鹽堿地重要的建群種[4 - 6 ]。一些學(xué)者對白刺在鹽脅迫下的生長和各種生理反應(yīng)進(jìn)行了初步的研究[7 - 10 ]，但對白刺在組培條件下進(jìn)行鹽脅迫，其生長特征和體內(nèi)主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累特征等研究的較少，本研究做了一些相關(guān)工作，以期為今后在組培水平上研究其與鎖陽接種奠定一些理論基礎(chǔ)。

1? ?材料與方法

1.1? ?供試材料

無菌白刺試管苗由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所提供。白刺試管苗生長至2～3片真葉時(shí)剪取其幼嫩莖段，去掉基部葉片，獲得單芽莖段作為試驗(yàn)材料。

1.2? ?試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。設(shè)置的NaCl梯度有0（CK）、50、100、150、200 mmol/L，將準(zhǔn)確稱量的NaCl加到增殖培養(yǎng)基中，分別裝入錐形瓶，封口后高壓滅菌。在超凈工作臺(tái)上將生長良好的白刺幼嫩莖段接入到不同鹽濃度培養(yǎng)基上，在組培室中進(jìn)行繼代培養(yǎng)和NaCl脅迫處理40 d。每處理10瓶，每瓶接5株外植體，重復(fù)3次。

1.3? ?培養(yǎng)條件

基本培養(yǎng)基為含有3%蔗糖和0.7%瓊脂的MS培養(yǎng)基，附加各種植物生長調(diào)節(jié)劑，pH為5.8～6.0。組培室溫度（25±2） ℃，光照強(qiáng)度2 000～3 000 lx，光照時(shí)間14 h/d（如無特別說明均為以上培養(yǎng)環(huán)境）。

1.4? ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

處理40 d后測定形態(tài)生長指標(biāo)以及抗性生理指標(biāo)，每處理梯度均重復(fù)3次。生長指標(biāo)包括根長、株高、根冠比等，抗性生理指標(biāo)包括丙二醛含量、根系活力以及抗氧化系統(tǒng)酶活性等。丙二醛含量按Fryer等[11 ]的方法測定，根系活力采用TTC法測定[12 ]，SOD活性采用氮藍(lán)四唑比色法測定[13 ]，POD活性參考Chance等[14 ]的方法測定，CAT活性按照Aebi[15 ]的方法測定。

1.5? ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

用Excel 2007對數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖與計(jì)算各指標(biāo)的抗鹽系數(shù)，用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?不同濃度NaCl對白刺生長的影響

對在添加不同濃度NaCl培養(yǎng)基中生長的白刺試管苗進(jìn)行了根長、株高和根冠比（質(zhì)量比）統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表1）表明，隨著NaCl濃度的增加，白刺的根長隨之不斷增加，NaCl濃度為150 mmol/L和200 mmol/L時(shí)，根長均較CK顯著增加;白刺的株高，在添加NaCl的培養(yǎng)基中生長的試管苗均較CK有所增高，NaCl濃度為100 mmol/L時(shí)極顯著增高。根冠比隨著鹽濃度的增加呈先降低后增高的趨勢，CK的根冠比均極顯著高于在NaCl中生長的試管苗?？傮w看，白刺試管苗在添加NaCl的培養(yǎng)基中生長時(shí)，NaCl對其生長起促進(jìn)作用。

2.2? ?不同濃度NaCl對白刺根系活力的影響

根系活力是客觀地反應(yīng)根系生命活動(dòng)的生理指標(biāo)，其活力大小可在一定程度上反應(yīng)植株的生長能力[16 ]。如圖1所示，根系活力隨著NaCl濃度的增加呈先升高后降低的趨勢。NaCl濃度為100 mmol/L時(shí)，根系活力達(dá)到最大值，較CK增加了2.8倍，與CK差異極顯著;NaCl濃度大于100 mmol/L時(shí)，根系活力明顯降低，均小于對照但差異不顯著。

2.3? ?不同NaCl濃度對白刺組織內(nèi)丙二醛含量的影響

丙二醛（MDA）是植物逆境下膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物，對細(xì)胞膜有毒害作用，其含量反映膜脂過氧化程度[17 ]。從圖2可以看出，白刺組培苗莖葉中丙二醛含量隨著NaCl濃度的增加呈先升高后降低的趨勢，NaCl濃度為100 mmol/L時(shí)達(dá)到最大值，較CK增加了1.9倍，與CK差異極顯著;而根中丙二醛含量隨著NaCl濃度的增加呈先降低后升高的趨勢，NaCl濃度為50～100 mmol/L時(shí)較CK降低，隨后隨著NaCl濃度的增加開始升高，升高幅度與CK差異不顯著。

2.4? ?不同濃度NaCl對白刺組織內(nèi)抗氧化系統(tǒng)酶活性等指標(biāo)的影響

在植物細(xì)胞中，SOD是用來清除ROS的首要物質(zhì)。SOD可有效清除鹽脅迫下植物體內(nèi)產(chǎn)生的大量O2-，同時(shí)產(chǎn)生H2O2。植物的耐鹽性有賴于它對活性氧毒害的清除能力[17 ]。從圖3可以看出，白刺試管苗的莖葉和根中的SOD活性均隨著NaCl濃度的增加呈先降低后升高的趨勢。NaCl濃度為50～100 mmol/L時(shí)，與CK相比都是降低的;在NaCl為150～200 mmol/L時(shí)，較CK都有升高。莖葉中的SOD活性，NaCl濃度為200 mmol/L時(shí)與CK相比顯著升高，升高幅度達(dá)180%，其余間均差異不顯著。根中的SOD活性，鹽處理下與CK相比均無顯著差異。

POD可清除多種類型的活性氧，在植物體內(nèi)清除活性氧過程中起著重要作用[17 ]。從圖4可以看出，白刺試管苗莖葉和根中的POD活性均隨著NaCl濃度的增加呈先降低后升高的趨勢。NaCl濃度為50～100 mmol/L時(shí)，根中POD活性較CK顯著降低;莖葉中的POD活性也降低，但與CK差異不顯著。NaCl濃度為150～200 mmol/L時(shí)，莖葉中POD活性均較CK升高，NaCl濃度為200 mmol/L時(shí)極顯著升高，升高幅度達(dá)280%;根中POD活性也比CK升高，但差異不顯著。

CAT將細(xì)胞內(nèi)過多的H2O2轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O，能有效清除H2O2對細(xì)胞的氧化作用，維持H2O2在一個(gè)低水平，從而保護(hù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。因此，植物體內(nèi)存在CAT是其保護(hù)自身免受活性氧自由基毒害的關(guān)鍵[17 ]。從圖5可以看出，白刺試管苗的莖葉和根中的CAT活性隨著NaCl濃度的增加呈逐漸增加的趨勢。莖葉中CAT活性，NaCl濃度為50～100 mmol/L時(shí)，比CK增加，但差異不顯著;NaCl濃度為150 mmol/L時(shí)比CK顯著增加，在200 mmol/L時(shí)極顯著增加。根中CAT活性均較CK極顯著增加，在NaCl濃度為200 mmol/L時(shí)達(dá)最大值，較CK增加了240%。

3? ?結(jié)論與討論

在鹽脅迫下，植物的生長速度和生物量的大小直觀地反映其生長狀態(tài)，體現(xiàn)植株的耐鹽能力。從白刺的形態(tài)生長看，NaCl濃度為100 mmol/L時(shí)白刺試管苗長勢最優(yōu)，反而對照的白刺試管苗長勢不好，根黃化老化現(xiàn)象嚴(yán)重。在NaCl濃度為200 mmol/L的高濃度鹽脅迫時(shí)，白刺試管苗長勢有所下降，但是依舊能良好地正常生長。從各抗性生理指標(biāo)看，NaCl濃度在50 mmol/L和100 mmol/L時(shí)，莖葉和根的多數(shù)抗性指標(biāo)值還小于對照;NaCl濃度在150 mmol/L和200 mmol/L時(shí)，莖葉和根的多數(shù)抗性指標(biāo)值就開始逐漸增加，大于對照。綜合形態(tài)和抗性生理指標(biāo)看，NaCl濃度在100 mmol/L以內(nèi)時(shí)，對白刺試管苗的生長有促進(jìn)作用，甚至是提供了白刺生長所需的營養(yǎng)，并未產(chǎn)生脅迫。NaCl濃度大于100 mmol/L之后，對白刺試管苗的生長開始逐漸產(chǎn)生脅迫，白刺通過自身抗逆性機(jī)制調(diào)節(jié)，在NaCl濃度為200 mmol/L時(shí)還能正常生長。

植物在鹽脅迫下的生理生化反應(yīng)十分復(fù)雜，任何一種生理指標(biāo)均不能單獨(dú)用來說明植物的耐鹽性能力。如MDA含量的多少代表膜損傷程度的大小，但也只是間接表示而不能直接反應(yīng)植物膜受損情況，在分析時(shí)應(yīng)該同時(shí)考慮SOD、POD對膜修復(fù)的速度和CAT對膜的保護(hù)能力，即使用它們的比率來衡量植物對逆境的反應(yīng)更為合理[18 ]。白刺莖葉幾個(gè)指標(biāo)的變化趨勢以及根中幾個(gè)指標(biāo)含量所保持的相對穩(wěn)定性，都很好地說明了白刺具有較強(qiáng)的耐鹽代謝生理機(jī)制，有利于其在鹽脅迫環(huán)境下的生長。

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（本文責(zé)編：鄭立龍）