外源2,4-表油菜素內酯誘導紫花苜蓿幼苗耐鹽性的生理響應

寇江濤

(1.宜春學院 生命科學與資源環(huán)境學院，江西 宜春 336000；2.江西省作物生長發(fā)育調控重點實驗室，江西 宜春 336000)

鹽害是造成世界范圍內農作物產(chǎn)量損失、影響植物地理分布、限制全球農業(yè)生產(chǎn)、嚴重威脅糧食安全的主要非生物脅迫因子[1]。鹽害影響了我國相當比例的耕地，已成為華北、西北、東北及濱海灘涂等干旱、半干旱地區(qū)農業(yè)發(fā)展的瓶頸因子之一[2]。植物在高鹽脅迫下，尤其是高濃度的Na+，會直接導致離子毒害和高滲脅迫，并間接引起氧化損傷等次級脅迫，致使生理生化代謝紊亂，最終形態(tài)建成被改變、生長發(fā)育被抑制[3-4]。

研究表明，外源激素對于提高植物抗逆性具有重要作用[5]。油菜素內酯(Brassinosteroids，BRs)作為第六大植物激素，在植物體內具有含量極低、生理活性極高的特點，能夠促進蛋白質和DNA、RNA的合成，具有調控植物生長發(fā)育、提高酶系統(tǒng)活性、延緩植物衰老、增強植物抗性的作用[6]。目前，BRs在植物體內的信號轉導途徑，及其在誘導植物抗鹽性的作用已成為研究熱點[7-9]，并廣泛應用于農業(yè)生產(chǎn)上[10]。

紫花苜蓿(Medicagosativa)具有高產(chǎn)、優(yōu)質、分布廣、抗逆性強等特點，是目前我國栽培面積最大的豆科牧草，由于不合理的農業(yè)措施和極端天氣的頻現(xiàn)，導致我國苜蓿主產(chǎn)區(qū)的土壤鹽漬化面積不斷增加，嚴重限制了優(yōu)質、高產(chǎn)苜蓿草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。研究表明，鹽脅迫下，添加外源EBR能夠提高紫花苜蓿種子的萌發(fā)率并促進幼苗生長[11]，并能提高幼苗的根系活力[12]、光合能力[13]和光系統(tǒng)Ⅱ功能[14]，有效維持幼苗體內的離子穩(wěn)態(tài)平衡[13-14]。本試驗在NaCl脅迫下，研究外源EBR對紫花苜蓿幼苗株高、地上生物量、抗氧化能力和滲透調節(jié)能力的影響，旨在明確外源BRs在調控紫花苜蓿苗期耐鹽性中的作用和機理。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

供試品種為中苜3號(M.sativacv.Zhongmu No.3)和隴中苜蓿(M.sativacv.Longzhong)，其中，中苜3號為耐鹽品種，適于以NaCl為主的鹽堿地種植，隴中苜蓿為不耐鹽品種。試驗設4個處理，CK處理：對照，添加蒸餾水；NaCl處理：添加150 mmol/L NaCl；EBR處理：噴施0.1 μmol/L EBR；NaCl+EBR處理：添加150 mmol/L NaCl，同時噴施0.1 μmol/L EBR，每處理4次重復。將供試苜蓿種子用HgCl2溶液(濃度0.1%)消毒后，播種在裝有蛭石的培養(yǎng)缽(上口徑15 cm，下口徑10 cm，深度15 cm)中，待種子萌發(fā)出苗后，每個培養(yǎng)缽中定植10株，然后置于光照培養(yǎng)室進行培養(yǎng)，幼苗培養(yǎng)期間，每隔2 d澆灌1次1/2 Hoagland營養(yǎng)液。

幼苗生長第35天，將苜蓿幼苗移到試驗用水培盆中預培養(yǎng)3 d開始試驗。整個試驗期間，每隔2 d更換1次處理液，同時在各個處理液中，間歇性通入空氣。試驗期間，每天早晨8：00在EBR和EBR+NaCl處理的苜蓿幼苗葉片正反面均勻噴施0.1 μmol/L EBR溶液，同時在CK和NaCl處理的苜蓿幼苗葉片正反面均勻噴施蒸餾水，噴到有液滴為止。

1.2 測定方法

1.3 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003進行統(tǒng)計，采用SPSS 19.0軟件進行顯著性分析，P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 外源EBR對NaCl脅迫下苜蓿幼苗株高和地上生物量的影響

由圖1可知，和CK相比較，NaCl處理第10 天時，紫花苜蓿幼苗的生長明顯被抑制，2個品種苜蓿幼苗的株高、地上生物量顯著下降(P<0.05)，中苜3號幼苗的株高、地上生物量分別下降34.14%和38.72%，隴中苜蓿幼苗的株高、地上生物量分別下降38.69%和36.96%。

不同字母表示差異達5%顯著水平。圖2-3同。

和CK相比較，噴施外源EBR對2個品種苜蓿幼苗的株高和中苜3號幼苗的地上生物量無顯著影響(P>0.05)，但顯著提高了隴中苜蓿幼苗的地上生物量(P<0.05)。NaCl脅迫下，噴施外源EBR后，NaCl脅迫對紫花苜蓿幼苗生長所產(chǎn)生的抑制程度明顯減輕，隴中苜蓿幼苗的株高和中苜3號幼苗的地上生物量顯著提高(P<0.05)。和NaCl脅迫相比較，中苜3號幼苗的株高、地上生物量分別提高24.31%和30.32%，隴中苜蓿幼苗的株高、地上生物量分別提高29.18%和29.19%。

2.2 外源EBR對NaCl脅迫下苜蓿幼苗體內滲透調節(jié)能力的影響

由表1可知，和CK相比較，NaCl處理第10天時，苜蓿幼苗體內產(chǎn)生了滲透脅迫，2個品種苜蓿幼苗葉片中的可溶性蛋白含量顯著降低(P<0.05)，可溶性糖和游離脯氨酸含量顯著升高(P<0.05)，中苜3號幼苗葉片中的可溶性蛋白含量下降46.75%，可溶性糖、游離脯氨酸含量分別提高108.23%和205.40%，隴中苜蓿幼苗葉片中的可溶性蛋白含量下降49.79%，可溶性糖、游離脯氨酸含量分別提高136.76%和168.29%。

表1 NaCl脅迫下添加外源EBR對苜蓿幼苗體內滲透調節(jié)能力的影響

和CK相比較，噴施外源EBR對2個品種苜蓿幼苗體內的滲透能力無顯著影響(P>0.05)。NaCl脅迫下，噴施外源EBR后，NaCl脅迫對苜蓿幼苗造成的滲透脅迫程度明顯降低，2個品種苜蓿幼苗葉片中的可溶性蛋白含量顯著提高(P<0.05)，可溶性糖和游離脯氨酸含量顯著下降(P<0.05)。和NaCl脅迫相比較，中苜3號幼苗葉片中的可溶性蛋白含量提高63.03%，可溶性糖、游離脯氨酸含量分別下降35.24%和35.31%，隴中苜蓿幼苗葉片中的可溶性蛋白含量提高69.04%，可溶性糖、游離脯氨酸含量分別下降 27.20%和46.58%。

2.3 外源EBR對NaCl脅迫下苜蓿幼苗體內酶促抗氧化系統(tǒng)和非酶抗氧化系統(tǒng)活性的影響

由圖2可知，和CK相比較，NaCl處理第10天時，苜蓿幼苗的抗氧化能力顯著增強，2個品種苜蓿幼苗葉片中的非酶抗氧化物質(AsA、GSH)含量和抗氧化酶(SOD、GPX、APX、GR)活性顯著提高(P<0.05)，但CAT活性顯著降低(P<0.05)。中苜3號幼苗葉片中的AsA、GSH含量分別提高67.83%和58.22%，SOD、GPX、APX、GR活性分別提高22.31%, 46.78%, 46.08%, 44.76%，CAT活性下降45.06%，隴中苜蓿幼苗葉片中的AsA、GSH含量分別提高28.24%和52.55%，SOD、GPX、APX、GR活性分別提高20.56%, 61.78%, 40.94%, 40.91%，CAT活性下降47.23%。

圖2 NaCl脅迫下添加外源EBR對苜蓿幼苗抗氧化能力的影響

和CK相比較，噴施外源EBR對2個品種苜蓿幼苗葉片中的SOD活性無顯著影響(P>0.05)，但顯著提高了APX、GPX、GR、CAT活性和AsA、GSH含量(P<0.05)。NaCl脅迫下，噴施外源EBR進一步提高了苜蓿幼苗酶促抗氧化系統(tǒng)和非酶抗氧化系統(tǒng)活性，2個品種苜蓿幼苗葉片中的非酶抗氧化物質(AsA、GSH)含量和抗氧化酶(SOD、GPX、APX、GR、CAT)活性均顯著提高(P<0.05)。和NaCl脅迫相比較，中苜3號幼苗葉片中的AsA、GSH含量分別提高28.75%和43.73%，SOD、GPX、APX、GR、CAT活性分別提高12.34%, 24.23%, 24.21%, 32.89%, 54.07%，隴中苜蓿幼苗葉片中的AsA、GSH含量分別提高46.31%和30.07%，SOD、GPX、APX、GR、CAT活性分別提高13.30%, 22.05%, 26.33%, 43.19%, 50.02%。

2.4 外源EBR對NaCl脅迫下苜蓿幼苗葉片中和MDA含量的影響

圖3 外源EBR對NaCl脅迫下苜蓿幼苗葉片中和MDA含量的影響

3 討論與結論

外部形態(tài)和生長狀況是鹽脅迫對植物傷害的最直觀表現(xiàn)[18]。鹽脅迫對植物生長發(fā)育的影響主要表現(xiàn)為具有明顯的抑制效應，最終表現(xiàn)為生物量的積累下降[18]。本試驗中，NaCl處理對苜蓿幼苗的生長具有顯著的抑制作用，降低了2個品種苜蓿幼苗的株高和地上生物量，噴施外源EBR明顯減輕了NaCl脅迫所產(chǎn)生的抑制作用，顯著提高了2個品種苜蓿幼苗的株高和地上生物量，這與BRs調控燕麥(AvenasativaL.)[7]、番茄(Solanumlycopersicum)[19]耐鹽性的研究結果一致。

滲透調節(jié)是植物響應鹽脅迫的主要表征之一[20]。可溶性蛋白、游離脯氨酸和可溶性糖等小分子物質作為植物體內逆境脅迫誘導積累的關鍵信號物質，在植物的抗鹽性中發(fā)揮著重要作用[21-23]。本試驗中，NaCl處理破壞了2個品種苜蓿幼苗體內原生蛋白質的生化代謝途徑，抑制了蛋白質的合成代謝，使得蛋白質的水解代謝加快，可溶性蛋白在蛋白水解酶的作用下水解能夠產(chǎn)生游離氨基酸，從而導致2個品種苜蓿幼苗葉片中游離脯氨酸含量升高。游離氨基酸的大量積累，有助于緩解滲透脅迫，游離脯氨酸和可溶性糖的大量積累，也能夠在一定程度上維持苜蓿幼苗體內的滲透勢，進一步說明游離脯氨酸和可溶性糖的積累是植物響應鹽脅迫的一種防御性行為[24]。NaCl脅迫下，噴施外源EBR能夠明顯促進紫花苜蓿幼苗體內蛋白質的生物合成，顯著降低游離脯氨酸和可溶性糖的積累量，這與李碩等[19]、王舒甜等[25]在番茄、香樟(Cinnamomumcamphora(Linn)Presl)耐鹽性上的研究結果一致，說明外源EBR可能參與了鹽脅迫下苜蓿幼苗C、N代謝的調控，同時可溶性蛋白含量的增加還有利于酶活性的發(fā)揮，但其調控機理有待進一步研究。