巖黃芪幼苗抗氧化特性研究范文

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《草原與草坪雜志》2016年第3期

摘要：

研究了不同濃度NaCl對蒙古巖黃芪幼苗生長特性、丙二醛含量、相對質膜透性及抗氧化酶活性的影響。結果表明：丙二醛和細胞膜相對透性隨NaCl濃度的增加呈先降低后升高的趨勢，5mmol／LNaCl處理下MDA含量最低，為1．68μmol／g；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性隨NaCl濃度的增加呈先升高后降低的趨勢，在100mmol／LNaCl處理下達到最高，3種抗氧化酶活性依次為828．0，279．9和74．9U／（g•min）；低濃度NaCl（≤100mmol／L）能提升幼苗株高、干重質量和抗氧化酶活性；高濃度NaCl則會抑制保護酶活性，對幼苗造成傷害。

關鍵詞：

蒙古巖黃芪；NaCl；抗氧化酶活性；丙二醛；相對質膜透性

長期以來，人們普遍認為Na＋是造成植物鹽害的主要因素。土壤中過多的鹽分會導致土壤水勢下降，使植物根系吸水困難，從而導致植物生理干旱，嚴重時甚至出現細胞內水分外滲，發生質壁分離而死亡。此外，由于介質中高濃度的單一鹽分離子會與有些必需元素發生競爭，從而使植物出現養分缺乏現象［1，2］。雖然高濃度Na＋對植物有害，但植物生長也需要一定量的Na＋，低濃度Na＋不僅對植物無害，反而有利于植物生長［3］。已有研究表明，適量的Na＋能夠促進霸王、梭梭、白刺、紅砂等荒漠植物的生長及抗旱性［4－6］，對適量Na＋的吸收可以降低細胞的滲透勢，維持細胞膨壓，使細胞吸水膨脹，擴大葉面積以促進光合作用［7］；同時，還能調節超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶的活性［8］，緩解干旱脅迫造成的傷害。因此，適宜濃度的Na＋對植物的生長發育有著促進作用。開展代表性植物個體的不同鹽濃度的模擬試驗，定量分析其生長、形態結構及生理過程等對不同濃度鹽脅迫強度的響應與適應，是深入探討植物對不同鹽濃度的適應能力及對策的有效手段。蒙古巖黃芪（Hedysarummongolicum），又名楊柴、踏郎，豆科巖黃芪屬，主要分布在我國的內蒙、陜西、寧夏、甘肅等省，是一種沙生灌木，根系發達、耐沙埋，具有良好的防風固沙、保持水土作用，并且耐寒、抗旱、耐高溫、抗風蝕耐沙埋，能在零下30～50℃的條件下正常生長［9］。另外，蒙古巖黃芪飼用價值很高，其枝葉營養豐富且適口性好，含有動物生長所需的多種氨基酸，含量高于玉米粉，與美國脫水苜蓿粉近似或略高，被稱為沙漠的“紅花苜蓿”［10］。蒙古巖黃芪的再生性強、成活率高、生長迅速，是扦插造林的良好樹種，扦插造林一般以沙障形式多見［9］。目前，對荒漠旱生植物蒙古巖黃芪的研究主要集中在制藥，營養價值以及飛播造林方面，對其在鹽脅迫下生理生化的變化研究較少。為探究蒙古巖黃芪對NaCl脅迫的響應生理機制，采用沙培試驗，通過測定不同濃度NaCl處理下蒙古巖黃芪葉片丙二醛含量、相對質膜透性以及抗氧化酶活性的變化，以期為蒙古巖黃芪的抗鹽脅迫機制提供理論依據，并為其保護利用及荒漠區的植被恢復和重建奠定理論基礎。

1材料和方法

1．1試驗材料及處理供試

蒙古巖黃芪種子于2012年9月采自陜西省靖邊縣。試驗時挑選籽粒飽滿的種子，去殼，在培養皿中催芽，待露白（約2d）后，將催芽的幼苗移栽到育苗盤（5cm×5cm×10cm），在甘肅農業大學實驗室進行沙培，每穴3～4株，用1／2Hoagland營養液進行澆灌。8周齡蒙古巖黃芪幼苗用不同NaCl濃度0（對照，1／2Hoagland營養液）、5、25、50、100、200和300mmol／L處理。試驗處理時將稱好的NaCl溶于1／2Hoagland營養液，每個處理4個重復。處理7d后測定各生長及生理生化指標。

1．2測定內容及方法

1．2．1生長特性的測定

NaCl脅迫處理7d后，取蒙古巖黃芪幼苗的全株鮮樣，沖洗干凈，直尺測定植株垂直高度，根部掃描儀測定根長，電子秤測定全株干重質量。干重的測定：取2株具有代表的植株用蒸餾水沖洗干凈，將植株放入烘箱105℃殺青15min，70℃烘至恒重測干重。

1．2．2生理生化指標的測定

丙二醛（MDA）含量用硫代巴比妥酸（TBA）法測定［11］；質膜相對透性用DDS－ⅡA型電導率儀測定［12］；抗氧化酶活性稱取0．5g新鮮葉片于預冷的研缽中，加10mLpH7．8、50mmol／L預冷的磷酸緩沖液，在冰浴上研磨成勻漿，勻漿在4℃下12000r／min離心20min，上清液用酶活性的測定：氮藍四挫（NBT）法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性［13］；紫外吸收法測定過氧化氫酶（CAT）活性［13］；愈創木酚法測定過氧化物酶（POD）活性［13］。1．3數據處理方法試驗數據分析采用SPSS16．0軟件，繪圖使用Origin8．0。

2結果與分析

2．1不同濃度NaCl對蒙古巖黃芪幼苗生長特性的影響

隨著NaCl濃度的升高，蒙古巖黃芪幼苗的干重呈先升高后降低的趨勢，5，25mmol／LNaCl處理下蒙古巖黃芪幼苗的干重相對于其他各處理略高，分別為0．119和0．118g但升高和降低的幅度不大，各處理間沒有顯著性差異（圖1A）。株高表現出與干重相似的規律，5，25和100mmol／LNaCl處理下幼苗株高與對照差異顯著，分別為9．8，10．0和7．1cm，100mmol／LNaCl處理下株高明顯低于對照的8．4cm；而50，200和300mmol／LNaCl處理與對照差異不顯著（圖1B）。根長在所有處理中呈“波浪”型變化規律，300mmol／L的NaCl處理的根長最短，為18．7cm，5mmol／L的NaCl處理的根長最長為33．1cm；但各處理間的根長差異不顯著（圖1C）。

2．2不同濃度NaCl對蒙古巖黃芪幼苗MDA含量的影響

不同濃度NaCl對蒙古巖黃芪幼苗葉片MDA含量有顯著影響（圖2A）。5，25和50mmol／LNaCl處理下MDA含量分別為1．68，3．20和3．52μmol／g且顯著低于對照的3．88μmol／g，相對對照分別降低了56％，17％和9．3％；高鹽濃度（≥100mmol／L）處理下MDA含量顯著高于對照，分別增加了19％，22％和99％，且NaCl濃度越高，MDA含量越大。

2．3不同濃度NaCl對蒙古巖黃芪幼苗相對質膜透性的影響

蒙古巖黃芪幼苗葉片相對質膜透性隨著NaCl濃度的增加呈先降低后升高的趨勢（圖2B）。在5mmol／LNaCl處理下相對電導率為31．11％，較對照降低了31％；100，200和300mmol／LNaCl處理顯著高于對照依次為67．22％，72．31％和77．68％，300mmol／LNaCl處理的相對質膜透性最高，較對照增加了71％；而25，50mmol／LNaCl處理下與對照無顯著差異（圖2B）。

3討論與結論

3．1NaCl對蒙古巖黃芪幼苗生長特性的影響

植物對鹽脅迫的影響在不同的生育期有不同的表現形式，其中植株幼苗的生長階段是對鹽脅迫最敏感的時期之一［14］。試驗結果表明，所有處理下幼苗干重差異不顯著，但整體呈先升高后降低的趨勢；NaCl濃度為5mmol／L和25mmol／L下的株高顯著高于對照及其他處理，說明低濃度的NaCl溶液對蒙古巖黃芪幼苗的干重和株高略有促進作用，這與高占軍等［14］對白三葉在不同鹽脅迫的生理響應的研究結果一致。鹽脅迫對植物根長的影響研究報道較多，孫敏紅等［15］研究報道，低濃度NaCl對西瓜幼苗根長有促進作用，而高濃度抑制；但也有研究表明植株幼苗根長的生長所受抑制作用與鹽濃度成正比［16］。試驗結果表明，蒙古巖黃芪幼苗根長隨鹽濃度呈“波浪”型，各處理間無顯著差異，說明鹽脅迫對蒙古巖黃芪幼苗的根長影響不顯著，也可能在試驗采樣過程中根部受損，影響了根長，進而對試驗結果造成誤差。因此，有關此方面的結果有待進一步研究確定。

3．2NaCl對蒙古巖黃芪幼苗膜脂過氧化作用的影響

MDA是膜質過氧化的主要產物，膜質過氧化作用越強，MDA含量越高［17－19］。MDA含量的大小，在一定程度上反映了植物受脅迫程度的大小以及脅迫對植物造成的傷害，試驗中，MDA含量在5mmol／LNaCl處理下最低，之后隨著NaCl濃度的升高逐漸增加，表明在5mmol／LNaCl處理下，膜質過氧化作用最弱，幼苗受脅迫程度最小，生長良好。NaCl濃度為25，50mmol／L時，MDA含量保持在一個相對較低的水平，可能是膜質過氧化作用被保護酶系統所抑制。當NaCl用量增加至300mmol／L時，其脅迫程度遠遠超過了保護酶系統所能承受的范圍，MDA含量最高，植株受到嚴重脅迫傷害，甚至接近死亡。說明一定的鹽分有利于蒙古巖黃芪幼苗的生長，可能是Na＋被區隔化到液泡中，起到滲透調節的作用［5］。

3．3NaCl脅迫對蒙古巖黃芪幼苗相對質膜透性的影響

細胞膜是活細胞與環境之間的界面和屏障，各種不良環境對細胞的影響往往首先作用于細胞膜而改變其透性［20］，故細胞膜透性的大小能夠反映出質膜受傷害的程度［21－24］。細胞膜結構的改變、功能的紊亂和膜透性的變化是逆境脅迫的關鍵所在［25］。試驗中，蒙古巖黃芪幼苗的相對質膜透性隨NaCl濃度的增加，而增加，但在低濃度下（≤50mmo／L）時，細胞膜相對透性與對照無明顯差異，說明蒙古巖黃芪幼苗可耐受的一定程度的鹽脅迫。但隨著NaCl濃度的進一步增加（≥100mmol／L），幼苗開始萎蔫，干枯，葉片脫落甚至死亡。

3．4NaCl脅迫對蒙古巖黃芪幼苗抗氧化酶活性的影響

植物的抗氧化系統包括非酶促抗氧化劑系統和抗氧化酶系統［26］，抗氧化酶系統中SOD，CAT和POD是植物體內清除活性氧的3種重要酶［27－29］。已有研究表明，活性氧介導膜脂的過氧化作用［30－33］，它包括超氧自由基、羥自由基、過氧化氫和過氧化物自由基等。正常情況下，活性氧可被細胞內的抗氧化系統清除。植物遭受逆境脅迫時，清除活性氧的酶活性期望增強［34］，當鹽濃度超過了一定量后，抗氧化酶系統的酶活性受到抑制，致使一些活性氧積累，對膜造成傷害［35］。研究發現，蒙古巖黃芪幼苗SOD活性隨NaCl濃度的增加而增加，當NaCl濃度達到100mmol／L時活性最高，隨后開始下降。SOD是蒙古巖黃芪幼苗在NaCl脅迫下起保護作用的主要酶類。本試驗與李龍梅等［36］、王雪華等［37］報道結論一致。鹽脅迫對植物的傷害途徑之一是氧化脅迫［38］，在低濃度鹽分脅迫時，植物體內的活性氧清除系統被激活，POD和CAT活性隨著NaCl濃度的增加呈升高趨勢，當NaCl濃度升高到植物所承受的一定限度后，POD和CAT活性開始下降。抗氧化酶活性的暫時升高維持了活性產生與清除的動態平衡［39］，但隨著NaCl濃度的進一步增加，保護酶系統逐漸被抑制，3種酶的活性降低。在較低NaCl濃度脅迫下（≤100mmol／L）時，蒙古巖黃芪幼苗提高自身的抗氧化保護系統，在一定程度上緩解了NaCl脅迫對其的傷害，但隨著NaCl濃度的增加，超出植株抗氧化保護系統的保護濃度范圍之后，鹽分造成的傷害就加重，蒙古巖黃芪幼苗的生長受到嚴重影響。試驗結果表明，蒙古巖黃芪耐鹽性較強，低濃度的鹽分（NaCl濃度≤100mmol／L）能促進幼苗提升抗氧化酶活性，對其生理特性無顯著影響，對幼苗的干重和株高略有促進，產生一定的適應性變化。而超過此濃度后，MDA含量和相對質膜透性顯著升高，植株出現萎蔫，干枯葉片脫落等癥狀。因此，100mmol／LNaCl是蒙古巖黃芪幼苗維持正常生理功能的臨界鹽濃度。

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作者:呂娥娥 周向睿 趙桂琴 單位:甘肅農業大學草業學院 草業生態系統教育部重點實驗室 甘肅省草業工程實驗室