水楊酸對沙打旺幼苗耐鹽性的影響

王寶增等

摘要：以沙打旺（Astragalus adsurgens Pall.）幼苗為材料，采用200 mmol/L NaCl 并添加不同濃度水楊酸（SA，0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mmol/L）的處理方法，通過測定沙打旺幼苗耐鹽生理指標，確定外源SA對沙打旺幼苗耐鹽生理特性的影響。結果表明，一定濃度的SA能明顯提高鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片脯氨酸和可溶性糖含量；增強鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性，降低葉片丙二醛（MDA）含量；提高鹽脅迫下沙打旺幼苗的根系活力。0.6 mmol/L SA處理效果最為明顯。說明外源SA能夠調節沙打旺幼苗有機滲透調節物質含量和抗氧化酶系活性以及根系活力，緩解鹽脅迫對沙打旺幼苗的傷害。

關鍵詞：沙打旺（Astragalus adsurgens Pall.）；水楊酸（SA）；耐鹽性

中圖分類號：S551 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）18-4525-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.18.033

土壤鹽漬化是一個全球性的問題，全球有20%的耕地和近半數的灌溉土地都受到不同程度的鹽害威脅[1]。鹽脅迫不但使植物吸水困難，還破壞植物活性氧產生與清除系統的動態平衡，啟動脂質過氧化作用，破壞膜脂和膜蛋白，從而影響植物的生長發育。在目前人口不斷增加、耕地日趨減少的情況下，提高作物的耐鹽性是開發利用鹽堿地最根本、最經濟和最有效的方法[2]。

水楊酸（Salicylic acid，SA）是植物體內普遍存在的一種酚類次生代謝物質，1992年被確定為植物激素[3]。SA能夠影響植物體內的許多生理過程，包括氣孔開閉、種子萌發、離子吸收、質膜透性等[4]。近年來的研究表明，SA與植物非生物脅迫的抗性密切相關[5]。外源SA通過提高番茄[6]、菜豆[6]、大麥[7]、甜瓜[8]等作物細胞的抗氧化酶活性，增強了這些作物對低溫、高溫、滲透脅迫和重金屬離子的耐受性。適當濃度的外源SA還能明顯提高鹽脅迫下蕎麥[9]、玉米[10]、黑麥草[11]和阿月渾子幼苗[12]的耐鹽性。

沙打旺（Astragalus adsurgens Pall.），又名直立黃芪、斜莖黃芪，是豆科黃芪屬的多年生草本植物，同時也是優質的牧草和綠肥原料。沙打旺耐鹽堿，抗逆性強，是中國北方地區水土保持及快速綠化荒山的先鋒草種。近年來，生態環境建設及畜草業發展對沙打旺的需求不斷增大。筆者對沙打旺幼苗的耐鹽機理已做過初步探討[13]。然而，關于SA與沙打旺耐鹽性之間的關系尚缺乏研究。本試驗通過研究SA對沙打旺耐鹽能力的影響，明確SA緩解沙打旺鹽害的生理機制，為提高沙打旺耐鹽性提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料培養和處理

挑選大小一致、子粒飽滿的沙打旺種子，用2%的次氯酸鈉消毒8 min，然后用自來水與蒸餾水分別沖洗3次，用濾紙吸干種子外附水分。將種子置于墊有濕紗布的培養皿中，26 ℃培養箱培養。待幼苗長到3 cm左右，移栽到盛有干凈細沙的塑料盆中，澆灌Hoagland營養液，于溫室中培養。溫室晝夜溫度（25±5） ℃/（15±5） ℃，每天光照14 h，光照強度約為（700±100） μmol/（m2·s），相對濕度60%～70%。培養4周后，選取生長勢一致的幼苗，分成3組：第1組只供給Hoagland營養液，作對照處理；第2組采用200 mmol/L NaCl 溶液（NaCl 溶于Hoagland 營養液）處理，作NaCl 處理；第3組在200 mmol/L NaCl處理的基礎上分別添加不同濃度SA（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mmol/L），作SA+NaCl 處理。處理7 d后取樣進行生理指標測定，每個處理設3個重復。

1.2 測定方法

脯氨酸含量采用酸性茚三酮染色法[14]，可溶性糖含量采用苯酚法[15]，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[16]，根系活力采用TTC法[17]，過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性參照陳建勛等[18]的方法測定。

1.3 數據處理

所有數據以平均值±標準差表示，采用SPSS15.0進行方差分析和差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 外源SA處理對鹽脅迫下沙打旺葉片脯氨酸含量的影響

由圖1可知，與對照組相比，NaCl處理的沙打旺幼苗葉片脯氨酸含量明顯增加；添加不同濃度SA，其脯氨酸含量均明顯高于對照。與單純NaCl脅迫比較，除了較低濃度的SA（0.2 mmol/L）處理組含量降低（P>0.05）外，其余各處理脯氨酸含量均有增加，0.6～0.8 mmol/L SA組增加較為明顯，分別比單純鹽脅迫增加了44.1%（P<0.01）和38.7%（P<0.01）。

2.2 外源SA處理對鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片可溶性糖含量的影響

由圖2可見，SA處理組的沙打旺幼苗其可溶性糖含量變化趨勢與脯氨酸基本一致，可溶性糖含量隨外源SA濃度增加也呈現出先升高后降低的趨勢。在0.4～0.8 mmol/L SA濃度范圍內，其可溶性糖含量比單純NaCl脅迫依次增加了19.3%（P>0.05）、35.9%（P<0.05）、44.8%（P<0.01）。

2.3 外源SA處理對鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片MDA含量的影響

由圖3可見，NaCl脅迫使沙打旺幼苗葉片MDA含量增加。添加不同濃度SA后，MDA含量雖然仍高于對照組，但與單純NaCl脅迫相比，均有不同程度降低，從低到高5個SA濃度處理組，其MDA含量比單純NaCl處理分別降低了20.7%（P<0.05）、26.0%（P<0.05）、30.6%（P<0.01）、21.4%（P<0.05）、18.6%（P<0.05）。

2.4 外源SA處理對鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片POD、CAT活性的影響

鹽脅迫降低了沙打旺幼苗葉片POD活性（圖4A）和CAT活性（圖4B）。添加不同濃度的SA后，兩種酶的活性均有不同程度的增加，且和單純NaCl脅迫比較，均表現出隨SA濃度增加先升高后降低的趨勢。其中，不同濃度SA處理組的沙打旺幼苗POD活性均高于對照（圖4A），而不同濃度SA處理組沙打旺幼苗的CAT活性基本與對照持平（圖4B）。0.6 mmol/L SA處理組沙打旺幼苗POD活性和CAT活性增幅最大，分別比單純鹽脅迫增加了106.2%（P<0.01）和56.7%（P<0.01）。

2.5 外源SA處理對鹽脅迫下沙打旺幼苗根系活力的影響

由圖5可見，鹽脅迫使沙打旺幼苗根系活力降低，而SA處理在一定程度上緩解了這種抑制效應。添加SA的處理組其幼苗根系活力均高于單純NaCl處理組，且不同SA濃度下幼苗根系活力增幅不同，0.4～0.8 mmol/L SA處理下幼苗根系活力增幅較為明顯，分別比NaCl處理增加了38.5%（P<0.01）、53.6%（P<0.01）、29.5%（P<0.05）。

3 討論

積累有機溶質進行滲透調節是植物適應鹽脅迫的重要機制[19]。由于鹽脅迫往往引起胞質Na+升高，Na+通過離子區域化作用被運輸到液泡內使胞質免受傷害，胞質則積累脯氨酸、可溶性糖等相容性溶質來維持滲透平衡[20]。本研究表明，一定濃度的SA處理可使沙打旺幼苗葉片脯氨酸和可溶性糖含量明顯增加，以加強滲透調節能力（圖1、圖2），這與尚慶茂等[21]的結果一致。積累滲透調節物質，有利于增強沙打旺胞質的親水吸附能力，降低細胞的滲透勢，防止鹽脅迫下的細胞失水，從而減輕植物鹽害。關于外源SA提高植物脯氨酸含量的原因已有相關報道。Misra等[22]在小扁豆的研究中，證實了SA可激活脯氨酸合成酶（P5CR）活性，同時抑制脯氨酸氧化酶（ProDH）活性，因而導致脯氨酸的積累。而關于可溶性糖含量的增加，Shakirova等[23]認為外源SA可通過增強不溶性糖的水解反應來提高細胞可溶性糖含量，進而發揮重要的滲透調節作用。由此可以看出，SA通過介導脯氨酸合成、降解的調控以及不溶性糖類的水解反應來提高二者含量，從而提高沙打旺對鹽脅迫的適應。

在正常條件下，植物細胞活性氧的產生和清除處于動態平衡之中，因此活性氧處于低水平。鹽脅迫下，植物細胞活性氧會大量積累，過多的活性氧與膜脂不飽和脂肪酸發生氧化作用，導致脂質的過氧化，進而損害膜結構和功能的完整性，而MDA就是脂質過氧化的最終產物。此外，活性氧也會破壞DNA、蛋白質、葉綠素等分子。活性氧積累及其過氧化作用被認為是鹽脅迫傷害的又一重要機制[24]。POD和CAT作為清除活性氧的抗氧化酶類，其活性高低直接影響植物細胞活性氧水平。本研究中，外源SA能夠提高沙打旺幼苗葉片POD、CAT活性（圖4A、圖4B），有效抑制了活性氧的產生。再結合MDA含量，SA處理明顯降低了鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片MDA的含量（圖3），其原因可能是外源SA激活了抗氧化酶共同的轉錄因子，誘導抗氧化酶的表達[25]。Pancheva等[26]的研究認為SA可以在植物細胞膜疏水區積累，通過降低細胞電解質外滲率，減輕膜脂過氧化作用，保護蛋白質及保持膜結構的完整性，從而緩解逆境脅迫造成的膜傷害。

根系不僅負責植物體對水分、礦物質的吸收，同時也負責植物體許多重要物質的同化、轉化或合成，根系活力強弱直接影響植物體的生命活動。鹽脅迫首先影響到的就是根系，所以根系活力的檢測就成為檢驗植株受害程度的一個重要指標[27]。從本研究可以看出，鹽脅迫使沙打旺幼苗根系活力降低，外施SA逆轉了這種變化趨勢（圖5），這與董慧等[11]在黑麥草、張彥[27]在番茄中的研究結果一致。說明一定濃度的SA可以通過提高鹽脅迫下沙打旺幼苗的根系活力，進而增強其耐鹽能力。

綜上所述，SA能夠提高沙打旺幼苗的耐鹽性，主要由于SA可以提高其脯氨酸和可溶性糖含量，促進抗氧化酶活性，降低脂質過氧化，提高根系活力，這些因素共同作用，緩解了鹽脅迫對沙打旺幼苗的抑制作用。需要明確的是，SA對植物耐鹽性的效應隨施用濃度的差異而變化[28，29]，因此，在探討水楊酸調節植物耐鹽性機制時應注意水楊酸濃度的選擇。

4 結論

外源施用SA，能夠提高鹽脅迫下沙打旺幼苗葉片脯氨酸、可溶性糖含量，增強其POD、CAT活性，降低其MDA含量，提高其根系活力。對于緩解NaCl脅迫，改善植株生長發育具有重要作用。從本試驗可以看出，0.4～0.8 mmol/L SA 處理效果較明顯，其中，0.6 mmol/L SA處理效果最佳。

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