外源鈣對(duì)鹽脅迫下菠菜生理特性的影響.doc

外源鈣對(duì)鹽脅迫下菠菜生理特性的影響 劉麗a，曾長(zhǎng)立b （江漢大學(xué)，a.醫(yī)學(xué)院；b.生命科學(xué)學(xué)院/湖北省豆類（蔬菜）工程技術(shù)研究中心，武漢） 摘要：設(shè)計(jì)不同濃度的溶液，在對(duì)菠菜（）鹽脅迫前采用根部澆灌和葉部噴施的方法進(jìn)行誘導(dǎo)，鈣誘導(dǎo)后，對(duì)菠菜幼苗再進(jìn)行溶液處理，測(cè)定其形態(tài)建成和生理生化指標(biāo)。結(jié)果表明，外源鈣能顯著提高鹽脅迫下菠菜的形態(tài)建成指標(biāo)；顯著增加可溶性蛋白質(zhì)和葉綠素含量；顯著提高和活性；顯著降低丙二醛（）和游離脯氨酸含量。當(dāng)外源鈣離子濃度為時(shí)，其降低鹽脅迫傷害效應(yīng)的效果較好。 關(guān)鍵詞：菠菜（）；鹽脅迫；外源鈣；化學(xué)誘抗劑；生理效應(yīng) ：A：0439114（15）010118-04 ：31 a，b （a.；b， ，） ：（）tion，.M，obviously.T，wereimproved，wasreducedItwasindicated， ：（）； ： 基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（）；武漢市科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（）；湖北省豆類（蔬菜）工程技術(shù)研究中心開(kāi)放 性基金項(xiàng)目（07） 作者簡(jiǎn)介：劉麗（），女，四川資陽(yáng)人，講師，主要從事生物化學(xué)方面的研究，（電話）（電子信箱）；通信作者， 曾長(zhǎng)立（），湖南新化人，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)生理、環(huán)保型資源高效農(nóng)業(yè)模式方面的研究，（電話）（電子信箱）。 隨著鹽堿地面積的不斷增加和土壤鹽漬化程度的日益加劇，農(nóng)作物的生產(chǎn)受到極大影響，土壤鹽漬化成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素。另外，隨著工業(yè)污染的加劇、海水的盲目開(kāi)發(fā)利用、化肥的大量投入以及設(shè)施生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致了土壤次生鹽漬化加重，土壤鹽漬化已成為設(shè)施栽培中普遍存在的問(wèn)題。對(duì)北京、濟(jì)南、上海、江蘇等地大棚土壤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大棚土壤普遍存在著不同程度的次生鹽漬化現(xiàn)象，己嚴(yán)重影響了蔬菜作物的生長(zhǎng)發(fā)育。鹽脅迫對(duì)植物的影響機(jī)理可綜合為阻礙植物的生長(zhǎng)發(fā)育、造成滲透脅迫、離子失衡、活性氧傷害、營(yíng)養(yǎng)虧缺和抑制光合作用等。目前，針對(duì)鹽害可采取種措施來(lái)進(jìn)行改良，一是改良土壤；二是進(jìn)行農(nóng)作物耐鹽育種和栽培，提高農(nóng)作物的耐鹽性。而利用生物措施來(lái)治理鹽害被普遍認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)有效的方法?；瘜W(xué)誘抗劑一般是指能夠誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗逆反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，也稱為抗逆誘導(dǎo)子或抗逆激發(fā)子，具有無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染的特點(diǎn)，因而采用化學(xué)誘抗劑提高作物耐鹽性是與發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)相適應(yīng)的一項(xiàng)重要綠色生產(chǎn)技術(shù)。作為植物必需的一種礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，在保護(hù)植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性、穩(wěn)定細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)離子運(yùn)輸和選擇性、控制離子交換行為和細(xì)胞壁中酶活性中扮演了關(guān)鍵角色。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)參與鹽脅迫等多種逆境脅迫過(guò)程，施加鈣一方面可以緩解因不足而引起的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)脅迫，另一方面可以增強(qiáng)質(zhì)膜的穩(wěn)定性和鈣信號(hào)系統(tǒng)的正常功能，阻止細(xì)胞內(nèi)的外流和的大量進(jìn)入，以維持細(xì)胞內(nèi)離子平衡，從而提高植物的抗鹽性。 菠菜（）是一種重要的葉菜類蔬菜，營(yíng)養(yǎng)豐富，在世界范圍內(nèi)均有較大栽培面積。菠菜為中等耐鹽作物，但是在鹽堿地栽培及次生鹽漬化比較嚴(yán)重的大棚栽培生產(chǎn)中，鹽脅迫嚴(yán)重影響了其產(chǎn)量與品質(zhì)。有關(guān)外源鈣離子作為化學(xué)誘抗劑能否提高鹽脅迫下菠菜耐鹽性、其運(yùn)用效果如何等方面的研究還未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究設(shè)計(jì)了個(gè)不同濃度進(jìn)行誘導(dǎo)，研究了外源鈣離子誘導(dǎo)后對(duì)鹽脅迫下菠菜幼苗的形態(tài)建成、生理生化指標(biāo)的影響，探討了其降低菠菜幼苗鹽害效應(yīng)的生理生化機(jī)制，為充分利用鹽堿地種植蔬菜，減輕設(shè)施園藝生產(chǎn)中土壤次生鹽漬化問(wèn)題，培養(yǎng)健壯幼苗并提高其耐鹽性等方面提供依據(jù)。 材料與方法 種苗培養(yǎng) 以日本春秋大葉菠菜為試驗(yàn)材料，將菠菜種子播于塑料營(yíng)養(yǎng)缽中，采用基質(zhì)草炭蛭石（體積比），每立方米加入腐熟膨化雞糞、三元素復(fù)合肥，用多菌靈消毒。待幼苗長(zhǎng)到有片真葉時(shí)，移入裝有相同基質(zhì)的塑料盆。 材料處理 菠菜移栽后，進(jìn)行根際初始誘導(dǎo)，誘抗劑的濃度分別設(shè)為、，共個(gè)處理，每個(gè)處理次重復(fù)。用根灌法在幼苗根部澆入不同濃度的，每株；初始誘導(dǎo)后葉面噴施進(jìn)行強(qiáng)化誘導(dǎo)，用手持小噴霧器，均勻噴灑幼苗葉部，以量足但不滴為準(zhǔn)。強(qiáng)化誘導(dǎo)后施加鹽脅迫，用根灌法把溶液緩慢注入根際基質(zhì)中，每盆，早晚各脅迫次。 指標(biāo)測(cè)定與數(shù)據(jù)分析 鹽脅迫后第天取樣進(jìn)行菠菜形態(tài)建成指標(biāo)和生理生化指標(biāo)的測(cè)定。測(cè)定幼苗株高（子葉節(jié)到生長(zhǎng)點(diǎn)之間的距離）、莖粗（莖基部）、展開(kāi)葉片數(shù)、全株鮮重及全株干重，記錄數(shù)據(jù)最后計(jì)算出壯苗指數(shù)。 壯苗指數(shù)莖粗株高全株干重 葉綠素含量的測(cè)定采用法測(cè)定；丙二醛（）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法；超氧化物歧化酶（）活性測(cè)定采用光化還原法；過(guò)氧化物酶（）采用愈創(chuàng)木酚比色法測(cè)定；可溶性蛋白質(zhì)含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法；游離脯氨酸活性的測(cè)定采用茚三酮法。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，并對(duì)平均數(shù)采用法進(jìn)行多重比較。 結(jié)果與分析 外源對(duì)脅迫下菠菜形態(tài)建成指標(biāo)的影響 由表可知，不同濃度的誘導(dǎo)對(duì)鹽脅迫下菠菜生長(zhǎng)發(fā)育的影響存在顯著差異。其中，的誘導(dǎo)下菠菜長(zhǎng)勢(shì)最好，未用誘導(dǎo)的菠菜長(zhǎng)勢(shì)最差。其中株高、展開(kāi)葉片、干重和壯苗指數(shù)中，處理與其他各濃度處理相比差異均達(dá)到顯著水平。表明施用濃度為時(shí)，能顯著促進(jìn)鹽脅迫下菠菜的生長(zhǎng)發(fā)育和提高壯苗指數(shù)，有效緩解和減輕菠菜的鹽害效應(yīng)，而較高濃度的則顯著降低了壯苗指數(shù)，反而對(duì)菠菜幼苗的形態(tài)建成不利。 外源對(duì)脅迫下菠菜葉片中葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)含量的影響 鹽脅迫下，外源鈣離子對(duì)菠菜葉片中葉綠素和可溶性蛋白質(zhì)含量的影響存在差異（圖）。對(duì)于葉綠素含量而言，與對(duì)照相比低濃度的外源對(duì)葉綠素含量影響不顯著，但是當(dāng)其濃度增加到時(shí)，則可以顯著提高菠菜葉片葉綠素含量；而進(jìn)一步提高外源濃度其作用效果呈明顯下降的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，當(dāng)遭受鹽脅迫時(shí)，外施濃度為可使菠菜葉片葉綠素正常合成，從而緩解葉片鹽脅迫下光合作用的降低。對(duì)于可溶性蛋白質(zhì)含量來(lái)說(shuō)，低濃度誘導(dǎo)后，幼苗葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量與對(duì)照相比差異未達(dá)到顯著水平（圖），表明外施低濃度的外源鈣離子沒(méi)有達(dá)到其效果；而較高濃度的誘導(dǎo)后，其含量反而比低濃度處理的顯著降低。當(dāng)外源鈣離子為時(shí)，可以顯著增加菠菜葉片可溶性蛋白質(zhì)的含量。 外源對(duì)鹽脅迫下菠菜葉片中和游離脯氨酸含量的影響 與對(duì)照相比，使用外源誘導(dǎo)后可顯著降低鹽脅迫下菠菜葉片中的累積（圖）。但不同濃度的誘導(dǎo)處理之間差異不顯著，說(shuō)明不同濃度的誘導(dǎo)均能有效降低菠菜葉片中的含量。對(duì)于游離脯氨酸而言，的外源誘導(dǎo)下其處理之間差異未達(dá)到顯著水平，但是當(dāng)外源誘導(dǎo)濃度提高到時(shí)，則可顯著增加菠菜葉片中游離脯氨酸的含量；而進(jìn)一步增加誘導(dǎo)濃度，其作用效果則明顯下降（圖）。 外源對(duì)鹽脅迫下菠菜葉片中和活性的影響 外源對(duì)鹽脅迫下菠菜葉片中和活性的影響見(jiàn)圖。從圖可知，隨著外源誘導(dǎo)濃度的增加，菠菜葉片中和活性呈先升高后降低的趨勢(shì)。使用一定濃度范圍內(nèi)的外源誘導(dǎo)可顯著增加和活性。對(duì)于，的誘導(dǎo)濃度與對(duì)照相比能顯著提高菠菜葉片活性，但與誘導(dǎo)濃度處理間差異不顯著。而誘導(dǎo)濃度處理間差異也未達(dá)到顯著水平。當(dāng)濃度增加到時(shí)，反而使活性顯著降低。當(dāng)濃度為時(shí)，菠菜葉片活性達(dá)到最高值，與其他處理間差異顯著。 討論 鹽脅迫是影響作物生長(zhǎng)和降低作物產(chǎn)量的主要障礙因子之一。從形態(tài)建成指標(biāo)來(lái)看，鹽分對(duì)非鹽生植物的脅迫效應(yīng)就是阻止其生長(zhǎng)。在本試驗(yàn)中，脅迫使菠菜的生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，而通過(guò)使用外源進(jìn)行誘導(dǎo)后可顯著緩解這種抑制作用，且能顯著增加干物質(zhì)的積累和提高壯苗指數(shù)，增強(qiáng)植株的耐鹽性。但過(guò)高濃度的進(jìn)行誘導(dǎo)后其作用效果反而顯著下降，可能是也作為一種鹽分，增加了土壤根際中的，抑制根系對(duì)等陰離子養(yǎng)分的吸收。 研究表明，各種細(xì)胞器中受鹽分影響比較敏感的是葉綠素。鹽脅迫條件下，能增強(qiáng)葉綠素酶的活性，加速葉綠素分解。本研究中，使用以上外源后可顯著提高菠菜葉綠素含量，這與在蕓薹屬植物上的研究結(jié)果一致。能提高葉綠素含量，其可能的機(jī)理是能提高抗氧化酶活性，清除活性氧，有效延緩葉綠素含量的下降，增強(qiáng)菠菜對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)，提高葉片捕捉和利用光能的能力。此外，外源鈣能提高菠菜葉片中的可溶性蛋白質(zhì)含量，這與劉雪琴等在玉米上的研究結(jié)果一致。 鹽脅迫下含量的增加可能是活性氧（）所導(dǎo)致的氧化脅迫對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞，而外源減少或阻止鹽脅迫下對(duì)的替換，從而提高了膜的流動(dòng)性、減少了活性氧的產(chǎn)生以及抑制了膜脂的過(guò)氧化，以維持細(xì)胞膜正常的結(jié)構(gòu)，保證植物體各種代謝循環(huán)的正常進(jìn)行。另外，游離脯氨酸作為一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在逆境條件下大量累積，待逆境解除后主要用來(lái)參與葉綠素的合成，隨著逆境的緩解很快減少。本研究中采用外源進(jìn)行誘導(dǎo)后，可以顯著提高菠菜幼苗葉片中游離脯氨酸的含量，與陳淑芳等在黃瓜上的結(jié)論一致。脯氨酸的積累一方面可以增加細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力，另一方面又可以避免細(xì)胞氨中毒。鹽脅迫下外源能顯著提高菠菜幼苗葉片中游離脯氨酸的含量，是否是因?yàn)槠鋮⑴c了脯氨酸積累的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用還值得深入研究。 對(duì)于來(lái)說(shuō)，其影響趨勢(shì)與相似，但是誘導(dǎo)濃度為時(shí)，活性就明顯降低。植物在遭受逆境脅迫時(shí)會(huì)引起氧化脅迫的產(chǎn)生，導(dǎo)致生成活性氧（）而破壞植物組織及細(xì)胞。植物體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)，如、等可有效減少這些活性氧的破壞作用。而采用外源能顯著提高鹽脅迫下菠菜幼苗葉片中的與活性，這與其他研究結(jié)果一致。因此，外源通過(guò)提高菠菜幼苗葉片中這些保護(hù)酶的活性，增強(qiáng)了清除活性氧的能力，從而減少其對(duì)膜結(jié)構(gòu)和功能的破壞。 小結(jié) 采用外源誘導(dǎo)后可顯著促進(jìn)鹽脅迫下菠菜的生長(zhǎng)，減輕鹽害，增加植株干重及鮮重，顯著增加壯苗指數(shù)，顯著提高葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)與游離脯氨酸含量，提高細(xì)胞保護(hù)酶和活性，顯著降低菠菜葉片中含量，減輕鹽脅迫對(duì)葉片膜脂過(guò)氧化的程度。其中，的誘導(dǎo)處理在提高菠菜抗鹽性上效果較好。 參考文獻(xiàn)： ，（），（）： 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