NaCl胁迫对''Robina''百合叶片和根部抗氧化酶系统及根尖离子流速的影响.pdf

北京农学院学报 收稿日期 基金项目 年北京农学院学位与研究生教育改革与发展项目 年度科技创新服务能力建设项目 第一 作 者 刘 容 秀 女 山西省吕梁市人 硕 士 研 究 生 研 究 方 向 园林植物与观赏园艺 通 信 作 者 张 克 中 湖北省应城市人 博 士 教 授 研 究 方 向 园 林 植 物 育 种 栽 培 及 应 用 胁迫对 百合叶片和根部 抗氧化酶系统及根尖离子流速的影响 刘容秀 崔金腾 张克中 北京农学院 园林学院 北京 城乡生态环境北京实验室 北京 北京乡村景观规划设计工程技术研究中心 北京 摘 要 目的 为研究百合耐盐机制提供理论基础和试验依据 方法 以百合 为材料 用 的 溶液处理 分别在处理 时 测定百合根系和叶片 和 的活性 以及 含量 利用非损伤微测技术测定百合根尖 流速变化 结果 随着盐处理浓度的增加和时间的延长 百合根系 活性均先上升 在盐处理 时达 到最高 随后下降 叶片中三种酶活性在处理第 天随盐浓度升高均表现为持续上升趋势 第 天和第 天基 本呈现先上升后下降变化 数值总体不如根系高 含量随着盐胁迫的加重持续上升 盐处理 后 和 均明显外流 为内流 三者流速随盐处理浓度加大基本呈先上升后下降趋势 结论 低盐胁迫下 百合抗氧化酶系统被激活来适应逆境 且直接接触土壤的根系比叶片对盐胁迫更为敏感 百合根系受到盐胁迫 后 等离子跨膜运输通道被触发 来重新构建离子平衡 缓解盐离子毒害 但是高盐胁迫可能 会破坏植株自身抗氧化酶系统 离子平衡通道跨膜运输可能受阻 导致植株自我调节能力下降 关键词 百合 盐胁迫 抗氧化酶系统 离子流 中图分类号 文章编号 文献标志码 北 京 农 学 院 学 报 第 卷 土壤盐碱化严重影响到植物正常生长 对农业 生产来说是一个主要的环境威胁 盐胁迫是世界 上许多地区公认的对农业和环境构成威胁最严重 的非生物胁迫之一 它可以破坏离子稳态导致离 子毒害 紊乱渗透平衡使植物遭受严重缺水而引起 干旱胁迫 继而诱使植物根部缺氧导致氧化还原 失衡 直接导致生物膜结构和功能完整性的丧失 植物受到盐胁迫后 一些响应盐胁迫的信号转 导途径 转录因子和功能基因发生变化 进而引起 细胞水平及组织形成上发生变化 最后抑制根系 生长 改变根系结构 甚至导致根系死亡 研究发 现 盐胁迫对膜质过氧化产物的二次损伤作用常通 过测定膜质过氧化产物丙二醛 含量或电解质泄漏来检测 同时植物可以 大量积累渗透酶 维持渗透调节 提高抗氧化酶活 性来清除多余的活性氧 避免氧化损伤 而超氧化物歧化酶 过 氧 化 物 酶 和过氧化氢酶 是清除活性氧的重要抗氧化酶 其中 将超氧阴 离子歧化为过氧化氢 和 则彻底 将 歧化分解 此外 在盐胁迫下 植物对钾 离子 钙离子 等的吸收也会受影响 细 胞内离子失衡 代谢紊乱 从而影响植物正常生长 发育 百合 是多年生草本植物 是世界 著名的球根花卉 具有很高的营养 药用和观赏价 值 但是百合对土壤盐非常敏感 尤其是最受市场 欢迎的东方杂种系百合 目前 对百合的研究 多集中在育种 高温胁迫及切花保鲜等方面 对百 合耐盐性研究相对较少 也少见对百合耐盐性与离 子流速变化关系方面的报道 本试验主要探究百 合根部和叶片抗氧化酶系统对盐胁迫的响应 及盐 胁迫下根尖 的流速变化 以期为百 合盐胁迫研究提供一些理论依据 材料与方法 试验材料 试 验 所 用 材 料 为 百 合 杂交系品种 在北京农学院东 大地 号棚 选取大小一致 饱满 无病虫害 无机械 损伤的种球 以草炭与珍珠岩体积比为 为栽培 基质 选用规格相同的种植框 每框随机种植 粒 种球 每 浇 次水 后 随机选择 框长势 一致 健壮的百合为一组 用 的 溶液处理 重复 组 处理 时 取完好无损百合根部 去离子水冲洗 干净 用于测定根部离子流 处理的第 天 选 取长势一致的植株 用去离子水快速洗净百合根部 并擦干 快速称好后包上锡箔纸 迅速放入液氮罐 中 保存于实验室内 冰箱 试验方法 生理指标测定 称取根 于预冷的研钵 中 加液氮研磨成粉末 然后转至 离心管中 按质量 体积 的比例加入 倍体积 的磷酸缓冲液 离心 上清液即为粗提酶液 活性测定采用氮蓝四唑法 和 活性测定 以及 含量测定均采用南京建 成科技有限公司试剂盒 离子流测定 采用非损伤微测技术 实时动态测 定百合根尖 流 流 流 将取好的用于 测离子流的根尖放入半径 容积为 的塑 料培养皿中 加入 测试液浸没 平衡 测试时更换新的测试液 并用提前在测试液中浸泡 过的滤纸条和小石块固定样品 留出根尖处 方便测试 每条根取 个不同的测试点 每个测试 点持续稳定测试 设 次重复 测试液 测试液 测试液 所有指标均重复测定 次 从中选取 组数据 使用 版本软件中的 年第 期 刘容秀 等 胁迫对 百合叶片和根部抗氧化酶系统及根尖离子流速的影响 进行实验数据录入 计算以及图表绘制 使 用 软件进行统计学分析 离子 流速根据旭月科技有限公司的 软件 计算得出 试验中阳离 子的流速为正表示离子外流 流速为负表示离子内 流 且所得数据是净离子流速 即内外流相抵消后 的流速 结果与分析 盐胁迫对百合抗氧化酶系统的影响 盐胁迫对百合 活性的影响 由图 可 以看出 随着盐处理浓度的加大 处理时间的延长 注 不同小写字母表示不同处理间差异显著 图 同 图 不同浓度 处理和胁迫时间对百合根和叶 活性以及 含量的影响 北 京 农 学 院 学 报 第 卷 百合根系 活性总体呈现先上升后下降的趋势 而叶片 活性随着盐处理浓度的加大 第 天呈 现先上升后下降的趋势 第 天和第 天则是持续 上升 根部在盐处理第 天和第 天 活性均 是在盐浓度为 时达到最高 且分别显 著高于空白对照 和 之后随着盐浓度 升高 活性逐渐下降 第 天时 活性在 盐浓度下最高 比对照高出 差 异显著 叶片在盐处理第 天 活性在盐浓度 时最高 显著高于对照组 第 天和第 天时 活性均持续上升 时分别比对照组显著高出 和 盐胁迫对百合 活性的影响 百合 活性总体来说随盐浓度的升高和处理时间的延长 先上升后下降 根系在盐处理第 天和第 天时 活性都在 浓度时达到最高 且显 著高于对照 分别高出 和 在第 天 时 活性随盐浓度升高持续上升 在 时显著高于对照 且处理第 天时 活性明显被抑制 叶片的 活性变化趋势 与根系基本一致 不同的是在盐处理第 天和第 天时 叶片 活性在 时达到最高 显著 高 于 对 照 组 和 第 天 浓度下 活性是对照的 倍 盐胁迫对百合 活 性 的 影 响 根 系 对盐胁迫较为敏感 盐处理第 天和第 天 时 在 盐浓度处理下 活性就显著上 升 随着盐浓度增加 在 时达到最高 值 分别是 的 倍和 倍 差异显著 第 天 时各个盐浓度处理下的 活性都较第 天下 降 各处理间随着盐处理浓度的加大持续上升 在 时比对照高出 差异显著 叶 片 活性在盐处理第 天和第 天 随着盐浓度 升高先上升后下降 且都在 时达到最 大值 分别显著高于对照组 和 第 天 时 叶片 活性随着盐处理浓度增大持续升高 浓度下是对照组的 倍 差异显著 盐胁迫对百合 含量的影响 百合根系 和叶片的 含量随着盐处理浓度的增加和处理 时间的延长变化趋势基本一致 均持续上升 图 根系 含量在第 天 随着盐处理浓度的上升 持续升高 但趋势比较平缓 和 浓度下分别比对照组高出 和 差异显著 但三者之间并无显著差异 第 天 含量在 浓度下最高 是对照组的 倍 时是对照组的 倍 但二者之间 差异不明显 第 天时 随着盐浓度加大 含 量上升速度较快 盐处理下 含 量是对照组的 倍 叶片 含量则在盐处理 时变化都不如根系剧烈 随着盐处理浓度的 加大持续升高 浓度下分别比对照组 高出 倍 倍 倍 差异显著 盐胁迫对百合根尖 净流速 的影响 盐胁迫对百合根尖 净流速的影响 由 图 可知 百合根尖 流向在对照组和处理组中 均表现为外流 且随着盐处理浓度的增加 流速呈 现先升高后下降趋势 且在测定离子流的 内 对照及各个处理下根尖的 流速比较稳定 盐 胁迫处理 后 根尖 外流速度在空白对照组 中平均为 随着盐处理浓度 增加 在 处理下达到最高 最高达到 平均流速约是对照组的 倍 盐浓度 时 根尖 外流速度下 降 比 平均下降 是对照组的 倍 在 盐处理下 根尖 外流速度下降幅度大 但仍显著高于对照 组约 盐胁迫对百合根尖 净流速的影响 百合 根尖 在对照和处理组中同 流向一样 均表 现为外流 且随着盐处理浓度的增加外流速度先上 升后下降 不同浓度 处理 后 对照组的 根尖 平均流速为 流速低 且无较大波动 图 在 浓度处理下 根尖 净流速上升为 约 是对照组的 倍 时外排流速平均达 到最大为 最高时可达 约是对照组的 倍 显著高于 对照组和其他各处理组 浓度下根尖 净流速显著低于 处理 但高出对照 组 约是对照组的 倍 处 理 组 根 尖 的 净 流 速 下 降 为 比对照组高 差异显著 盐胁迫对百合根尖 净流速的影响 由 图 可看出 百合根尖 在对照和处理组中流向 与 和 相反 均表现为内流 流速随着盐处 理浓度的增加 在 浓度处理下 根尖 年第 期 刘容秀 等 胁迫对 百合叶片和根部抗氧化酶系统及根尖离子流速的影响 平均净流速为 与对照 组相 差 差 异 显 著 时 内流速度大幅度上升 平均流速为 约是对照组的 倍 浓度下 流速有所波动 但幅度不大 此时平均流速显著高于对照组及其他处理组 净流 速最高可达 约是对照组 的 倍 时处理组的 净流速急 剧下降为 与对照组相差 差异显著 图 不同浓度 处理 后百合根尖 流速变化 左 及平均流速与流向 右 讨论与结论 植物在感受到盐胁迫后 需氧细胞会在代谢过 程中产生一系列的活性氧簇 造成膜质过氧化 从而改变了细胞膜原 有的流动性和通透性 进而使细胞结构和功能发生 变化 最终导致植物生理代谢紊乱 但是 植物 在长久的进化过程中形成了一套完整的活性氧清 除系统 能够清除超氧阴离子自由基 保护细 胞免受生物氧毒害 其活性高低间接反映了植物体 清除氧自由基的能力 具有消除过氧化氢 毒性的作用 能够分解过氧化氢 从而避免植 物受到活性氧毒害 则可以在一定程度上反 映植物遭受逆境伤害的程度 间接反映机体细胞受 自由基攻击的严重程度 在本试验中 百合的 活性随着盐浓度的增大 胁迫时 间的延长基本呈现先上升后下降的趋势 而 含量持续上升 这与华智锐 在研究百合对盐胁迫 的生理反应中得出的 和 活性随着 盐胁迫时间的延长先上升后下降 同时 水平 北 京 农 学 院 学 报 第 卷 逐渐 上 升 的 结 果 相 一 致 并 且 在 亚 麻 荠 茄 子 枸杞 藜麦 等植物的耐盐性研究中 也 有相似的变化趋势 本试验中 根系在盐处理第 天和第 天时 随着盐浓度的加大 含量增加 但比较缓慢 活性均显著上升 说 明百合根系在感受到盐胁迫后 根系细胞膜质可能 发生过氧化 抗氧化酶系统被激活 三者协同作用 适应逆境 来维持植株正常的生理代谢 臧剑等 研究也表明 盐胁迫下角果木根部 和 活 性随盐浓度的增加而上升 随着胁迫时间的延长呈 先升后降的趋势 在金盏菊和万寿菊 的耐盐性试 验中 也有相似的结果 综合说明盐胁迫可以促使 植物 和 活性上升 从而提高植物抗盐能 力 但盐处理第 天和第 天 盐浓度超过 后 酶活性基本上有不同程度的下降 盐处 理第 天时 各个盐浓度下三种酶活性比第 天均 有明显下降 同时第 天 盐处理时 含量迅速增加 说明长时间高浓度盐胁迫导 致的活性氧累积可能超出百合根系的自我清除范 畴 细胞膜受损 抗氧化酶系统可能遭受破坏 此 外 在受到盐胁迫后百合叶片的 活性以及 含量与根系表现出相似的变化趋 势 但是又不如根系变化剧烈 说明根系直接接触 土壤 在受到盐胁迫后 根系比叶片更敏感 更快作 出反应 盐胁迫条件下 植物对盐分离子的吸收积累和 再分配与盐胁迫造成的伤害有密切关系 是盐胁迫的主要毒害离子 它的吸收 运输以及区 域化存储与植物在盐胁迫下能否正常生长发育息 息相关 外流则与质膜去极化密切相关 而 和 的一系列活动可触动 通道引起 内 流 从而使细胞内 浓度升高来激活盐超敏感 信 号 途 径 后 通 过 反向运输体排出 在本试验中 低 盐胁迫下 随着盐处理浓度的升高 百合根系 均表现为外流 且流速逐渐上升 这与郭鹏 李广鲁 王晓东 等关于盐胁迫对紫花苜蓿 冰 叶日中花 不同小麦品种等植物根系 流速 影响的研究结果相一致 盐处理下 外流速度达到最大 随后下降 时 下降幅度较大 但仍显著高于对照组 此外 的流速要整体低于 说明低盐胁迫下 植 物细胞通过促进 外流 同时减少 外流等的 跨膜流动 来调节 达到新的离子平衡 从 而提高其耐盐性 而高盐胁迫下离子流速降低 可能是由于细胞膜受损 离子平衡调节能力下降 是植物细胞内重要的信号物质 盐胁迫下胞外 向细胞内流动 细胞内 浓度呈线性增加 进而调控 和 的跨膜流动 在本试验中 表现为内流 且随着盐胁迫浓度的升高流速加 大 在 浓度处理下流速最大 表现最为 明显 而 盐浓度处理下 内流速度 同样降低 但要显著低于对照组 这与 和 在 此浓度下的流速表现有所不同 说明 同样在盐 胁迫后百合根尖细胞离子吸收和交换中起着重要 作用 但具体的调控机制仍需进一步研究 综上 百合耐盐能力与 的活 性高低密切相关 在不同浓度和时间盐处理下 百 合在 及以下浓度盐处理下抗氧化酶系 统被充分激活 活性明显提高 三 者协同作用来提高植株的耐盐性 继续增加盐浓 度 酶活性反而下降 抗氧化酶系统可能受损 而 含量随盐处理浓度升高持续上升 也反映出 百合受到盐胁迫后细胞膜的受损程度 这与盐胁迫 下百合根尖 和 表现为外流 表现为内 流 同时流速均先增大后减少的离子跨膜流动变化 趋势相互验证 说明高浓度盐胁迫下 百合根尖细 胞膜可能受损 离子交换受阻 植株的自我调节能 力下降 和 跨膜运输对百合根系受 到盐胁迫后重建离子平衡 缓解离子毒害来提高植 株耐盐性有重要作用 本次试验为进一步研究百 合耐盐机制提供了理论依据 同时可以在此基础上 对百合进行耐盐锻炼 逐步提高百合的耐盐性 以 筛选出更加耐盐的优良品种 对百合耐盐品种选育 具有重要意义 参考文献 年第 期 刘容秀 等 胁迫对 百合叶片和根部抗氧化酶系统及根尖离子流速的影响 王康君 樊继伟 陈凤 等 植物对盐胁迫的响应及耐盐调控的 研究进展 江西农业学报 左志锐 高俊平 穆鼎 等 盐胁迫下百合两个品种的叶绿体和 线粒体超微结构比较 园艺学报 魏祎 张克 王树栋 等 盐胁迫对 个百合品种生理特性的影 响 北京农学院学报 华智锐 百合对盐胁迫的生理反应及转 基因植株的抗 盐性鉴定 杨凌 西北农林科技大学 李合生 植物生理生化实验原理和技术 北京 高等教育 出版社 郭鹏 张万筠 鲍雅静 盐碱胁迫对紫花苜蓿根系 离 子流速的影响 大连民族学院学报 胡涛 张鸽香 郑福超 等 植物盐胁迫响应的研究进展 分 子植物育种 刘卫卫 王彬忠 郝丽玫 等 盐胁迫对离体百合不定芽诱导及 生理活性的影响 草原与草坪 李晓雅 赵翠珠 程小军 等 盐胁迫对亚麻荠幼苗生理生化指 标的影响 西北农业学报 赵跃锋 陈昆 张清华 盐胁迫对茄子光合特性 叶绿素荧光及 保护 酶 活 性 的 影 响 山 西 农 业 科 学 陈金龙 不同浓度盐分胁迫对枸杞生理指标的影响 林业 科技通讯 杨宏伟 刘文瑜 沈宝云 等 胁迫对藜麦种子萌发和幼 苗生理特性的影响 草业学报 臧剑 符秀梅 王鹤鸣 等 角果木根系盐胁迫的防御机理 热带生物学报 王永路 孙正海 邓艳 等 盐胁迫提高金盏菊和万寿菊的耐盐 性 江苏农业科学 王晓冬 王成 马智宏 等 短期 胁迫对不同小麦品种幼 苗 吸收和 积累的影响 生态学报 左照江 张汝民 高岩 盐胁迫下植物细胞离子流变化的研究 进展 浙江农林大学学报 李广鲁 王文果 陈志新 等 钙对盐胁迫下冰叶日中花不同器 官离子含量和根部 吸收的影响 植物科学学报