外源ABA對NaCl脅迫下紫花苜蓿礦質元素和脯氨酸含量的影響

楊躍霞,劉大林,韓建國,趙國琦,韓 娟,王小山

（1.揚州大學動物科學與技術學院,江蘇 揚州 225009；2.中國農業大學草地研究所,北京 100094）

①紫花苜蓿Medicago sativa號稱“牧草之王”,是多年生豆科牧草,是世界上栽培利用最為廣泛的牧草,也是我國種植面積最大的牧草,有適應性廣、產量高、品質好、營養豐富等優點,且耐鹽堿。但在較強的鹽脅迫下,紫花苜蓿的產量、品質及粗灰分含量還是會受到顯著影響[1]。近來發現在逆境（干旱、低溫、高溫、鹽漬等）條件下,植物體內會有大量ABA積累[2]。外源ABA可以提高植物的抗旱、抗凍性和抗鹽性[3-4]。且有研究表明ABA可以促使植物在鹽漬條件下積累大量脯氨酸[5-6]。鹽脅迫對植物生長造成的危害主要包括滲透脅迫和離子毒害以及營養失衡等。鹽脅迫下植物體內會積累大量的Na+,Na+在植物細胞壁中的積累會導致植物細胞內缺水,加速衰老[7]。增加的Na+可以通過直接干擾細胞質膜對營養元素的轉運,抑制植物對其他營養元素的吸收,導致營養缺乏癥。通過研究外源ABA對NaCl脅迫下2個不同品種紫花苜蓿,礦質元素和脯氨酸含量的影響,進一步掌握紫花苜蓿抗鹽生理機理,以期為紫花苜蓿耐鹽性研究提供材料和依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料供試紫花苜蓿品種為中苜一號和維多利亞,中苜一號由中國農科院提供,維多利亞由國外引進,該試驗在揚州大學動物科學與技術學院草業科學實驗室進行。

1.2 試驗方法

1.2.1培養條件 將供試種子分別在5%NaClO溶液中浸泡4 min,用無菌水沖洗種子4次,然后將種子均勻撒在滅過菌的沙子上,再在表面覆一層細沙,將其橫放在培養箱里培養72 h。培養環境28 ℃,光/黑：12 h/12 h。

1.2.2鹽脅迫處理 將生長了4 d的小苗移入Hoagland培養液繼續生長,環境為相對濕度45%,光/黑：30℃/25℃,16 h/8 h。每周換1次營養液。小苗長到第14天,進行 NaCl和ABA處理,NaCl溶液濃度為：0和150 mmol/L,ABA溶液濃度為 0 、1、10 μ mol/L,設 T0（CK）、T1（NaCl）、T2（ABA1）、T3（ABA10）、T4（NaCl+ABA1）、T5（NaCl+ABA10）6個處理,各處理3個重復,每個重復包括3株,對照（CK）為正常Hoagland培養液。NaCl溶液分兩次添加,第1天添加80 mmol/L,第2天添加150 mmol/L。培養液及NaCl溶液每7 d更新1次。

1.3 測定內容和方法

1.3.1生物量 苜蓿幼苗根、莖、葉鮮質量及相對應干質量的測定。小苗處理 14 d后,取鮮樣稱量,立即放入烘箱120℃殺青15 min,然后在75℃烘24 h至恒質量后再稱干質量。

1.3.2礦質元素 植株不同組織器官中離子含量的測定。稱取0.1 g左右鮮樣,放入瓷坩堝中,碳化后置于馬弗爐中4 h,至樣品完全灰化。若個別試樣灰化不徹底,加 1 mL混合酸（硝酸、高氯酸體積比為4∶1）反復消化完全,放涼,同時做試劑空白試驗。灰渣用5 mL蒸餾水濕潤,再加入5 mL 1∶1硝酸溶解,然后用蒸餾水洗入25 mL量瓶中,待測,同時做試劑空白試驗。最后用ICP-7500測定不同品種不同處理下,Na+、K+、Ca2+、Mg2+元素的含量。

1.3.3脯氨酸 植物樣品中游離脯氨酸用磺基水楊酸浸提法制備,用分光光度計測定脯氨酸含量。

1.4 統計分析和數據處理采用Excel軟件處理數據后,用SPSS13.0軟件進行單因素方差分析和T檢驗,采用Duncan's方法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1ABA和NaCl處理對紫花苜蓿生長的影響如表1所示,T1處理后,與CK相比2個品種的莖、葉干質量顯著降低,與T1相比,T4和T5處理后顯著（P＜0.05）增加了2個品種莖和葉的干質量,且 T5比T4的增加效果更明顯。2個不同品種紫花苜蓿的干質量沒有明顯差異,說明鹽脅迫下2個不同品種紫花苜蓿的生物量沒有明顯差異,耐鹽性沒有明顯差異,而添加ABA則減輕了2個不同品種紫花苜蓿生長被抑制的現象。

表1 NaCl和ABA處理14 d后2個紫花苜蓿品種根、莖和葉的干質量 mg/株

2.2ABA和NaCl處理對紫花苜蓿根、莖和葉Na+含量的影響如表2所示,T1處理后,2個品種根、莖、葉的Na+含量明顯升高。T4和T5處理后明顯增加了2個品種根、莖、葉的Na+含量。T2和 T3處理對 2個品種的根、莖、葉的Na+含量沒有顯著影響。從結果中還發現,T5處理下維多利亞莖、葉中的Na+含量比中苜一號低（P＜0.05）。T1處理下,2個品種根的Na+含量顯著高于莖和葉片的（P＜0.05）。由此可見 NaCl脅迫下,添加 ABA可降低植物體內Na+含量,減少Na+對植物體的毒害。而且T5處理下,維多利亞的Na+積累量少,受離子脅迫較小。

2.3ABA和NaCl處理對紫花苜蓿根、莖和葉的K+、Ca2+、Mg2+含量的影響如表 2、3所示,與CK相比,T1處理降低了2個品種根、莖、葉的K+含量和葉的Ca2+含量,T4和T5處理后,2個品種葉的K+含量和莖、葉的Ca2+含量都顯著高于T1（P＜0.05）；T1、T4和 T5處理使2個品種根、莖、葉的Mg2+顯著含量升高（P＜0.05）,且T5處理含量最高。

表2 NaCl和ABA處理14 d后2個紫花苜蓿品種植株根、莖和葉的Na+和K+含量 mmol/g

表3 NaCl和 ABA處理14 d后2個紫花苜蓿品種植株的Ca2+和Mg2+含量 mmol/g

2.4ABA和NaCl處理對紫花苜蓿根、莖和葉的脯氨酸含量的影響通過圖1可以看出,脯氨酸分布情況為葉＞莖＞根,且維多利亞品種各器官的脯氨酸含量高于中苜一號；T1處理下脯氨酸含量顯著增加,維多利亞各部位脯氨酸的增加幅度明顯高于中苜一號。與 T1處理下相比,T4和T5處理下維多利亞各部位脯氨酸的含量均提高,且在T5處理下,維多利亞根和莖的脯氨酸的含量最高,但葉卻是T4處理下含量最高。與T1處理相比,T4和T5處理下中苜一號各部位脯氨酸的含量均提高,且在T5處理下,中苜一號各部位的脯氨酸的含量都最高。

圖1 不同處理下不同紫花苜蓿品種各部位脯氨酸含量及分布情況

2個品種間各部位比較可看出,各處理下維多利亞根和莖內脯氨酸含量都明顯高于中苜一號的,CK、T1和T4處理下維多利亞葉內脯氨酸含量都明顯高于中苜一號,而在T5處理時維多利亞葉內的脯氨酸含量卻明顯下降,且低于中苜一號的。維多利亞紫花苜蓿根的T1、T4和T5分別是CK的6.7、8.0和9.5倍。中苜一號紫花苜蓿根的 T1、T4和T5分別是CK 的5.6、7.1和8.5倍。由結果所得,NaCl脅迫下,紫花苜蓿大量積累脯氨酸,以根中產生的脯氨酸量最多。

由此可見作為滲透調節物質,NaCl脅迫下脯氨酸會迅速積累,改善自身環境適應逆境生長。而且添加ABA可以進一步提高紫花苜蓿的脯氨酸的含量,增強植物的適應能力和抗逆性,研究表明較高濃度的ABA處理下,維多利亞紫花苜蓿的抗逆能力更強。

3 討論與結論

鹽分是限制植物生長和作物產量的重要環境因素。NaCl脅迫下,添加ABA可以提高植物的耐鹽性,增加植株的干物質[8]。而本研究表明,ABA提高了紫花苜蓿的抗鹽能力,使NaCl脅迫下的紫花苜蓿植株的生物量增加。一些報道認為ABA提高植物抗鹽能力的原因是,ABA提高了植物體內脯氨酸的含量,這些報道主要是適用在大麥Hordeum vulgare、黃瓜Cucumissativus、湖南稷子Echinochloa crusgalli和堿蓬Suaeda glauca上[9-11]。

NaCl脅迫下,紫花苜蓿內脯氨酸含量顯著增加[12],可見,脯氨酸具有重要的滲透調節作用；NaCl處理下,添加ABA,紫花苜蓿內脯氨酸的含量均提高,可見NaCl脅迫下添加ABA,可以提高紫花苜蓿的抗鹽能力,這一研究結果與已發表的報道[13]相似。對于2個品種紫花苜蓿耐鹽性比較,從本試驗看,各處理下維多利亞各部位脯氨酸含量均比中苜一號高,可推斷維多利亞要比中苜一號有較高的耐鹽性。且鹽脅迫下,添加較高濃度的ABA比低濃度的抗鹽效果要好。

NaCl脅迫下,維多利亞莖、葉中的Na+含量比中苜一號的低,這表明維多利亞有較高的拒鹽和泌鹽能力。通常植物受到NaCl脅迫后會影響植物對基本養分離子的吸收,從而破壞植物正常生長的養分離子的平衡[14],葉片的Na+/Ca2+值用來指示Ca2+被Na+的置換程度,NaCl脅迫后的植株有較高的Na+/Ca2+值,這會引起大量的K+從細胞液中泄漏出來[15]。一些研究已經證明在鹽脅迫條件下Na+/K+較低對植物的抗鹽能力是有益的[16-18],試驗表明,維多利亞的Na+含量較低,K+含量較高,從而有保持低Na+/K+的能力,這可能是紫花苜蓿高抗鹽性的一個重要指標。

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