海水脅迫對番杏生長、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和細胞膜透性的影響

王蕾　吳朝波　徐微風

摘要：通過盆栽試驗，以番杏（Tetragonia tetragonoides）為研究材料，設(shè)置8個海水濃度（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%），研究不同濃度海水處理對番杏生長、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、細胞膜的影響。結(jié)果表明：番杏能在0～70%海水脅迫下完成生活史，且10%～40%海水濃度脅迫促進了植物生物量增加；高于60%海水濃度處理，番杏株高、鮮質(zhì)量均較少，生長受到抑制，膜脂過氧化產(chǎn)物（MDA）、細胞膜透性顯著增加，此時滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的增加有助于減輕海水對植物細胞膜的傷害，增強植物的耐鹽性；番杏在低于50%海水濃度處理中，可溶性糖含量、脯氨酸含量、MDA含量均低于對照，表現(xiàn)出極強的鹽適應(yīng)性。由結(jié)果可知，番杏對海水脅迫具有較強的適應(yīng)性和耐受性，可以進一步挖掘其在濱海灘涂地、鹽荒地、海水倒灌農(nóng)田中的利用價值。

關(guān)鍵詞：番杏；海水脅迫；滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)；細胞膜；耐鹽性

中圖分類號： S662.201 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0248-04

土壤鹽漬化是我國農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境退化的重要問題之一，我國鹽漬化土地面積約占國土面積的1.03%，達9.913萬hm2[1]。土壤中的鹽分過高導致植物營養(yǎng)虧缺、離子毒害和滲透脅迫[2]，鹽漬土不僅影響植被正常生長，制約農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，也極大影響土壤的利用率。研究表明，在鹽漬化土壤中種植鹽生植物可以增加土壤營養(yǎng)元素、微生物、腐殖質(zhì)含量，提高土壤酶活性[3]，栽培具有經(jīng)濟價值和生態(tài)價值的鹽生植物是解決鹽漬土壤農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種策略，也是改良與利用鹽漬土的有效方法[4]。目前，堿蓬、中亞濱藜、鹽地堿蓬、北美海蓬子等[5-7]已有報道被用于鹽漬土改良。

番杏[Tetragonia tetragonoides （Pall.） Kuntze]，別稱澳洲菠菜、新西蘭菠菜、夏菠菜、法國菠菜、洋菠菜等，為1年生半蔓性草本植物，屬番杏科番杏屬，肥厚、多汁，嫩莖葉可供食用，原產(chǎn)新西蘭、澳大利亞、東南亞和智利、歐美等地，在中國浙江、福建、海南、廣西、廣東、臺灣均有天然分布，海南省濱海灘涂有零星分布[8]。番杏根系發(fā)達，可以速生，不擇土壤，耐高溫和低溫，抗旱澇，并且有一定耐鹽性[9-10]。此外，番杏營養(yǎng)價值極高，富含大量氨基酸、無機鹽、類胡蘿卜素、還原糖等物質(zhì)[11-12]，具有較高的經(jīng)濟價值，是一種新型綠色蔬菜，食用性多樣，在鹽漬土的開發(fā)利用中前景廣闊。當前對番杏的研究多數(shù)集中在栽培技術(shù)、營養(yǎng)價值及其鹽脅迫下的光合響應(yīng)等方面，關(guān)于鹽脅迫下其生長及生理響應(yīng)的研究還是空白。本試驗通過用不同海水濃度長期處理番杏，研究不同海水濃度對番杏生長、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、細胞膜透性影響，為進一步利用番杏對濱海灘涂地、鹽荒地、海水倒灌農(nóng)田改良和利用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

番杏種子采自海南省文昌市東郊椰林；海水取自?？谑邪咨抽T，鹽濃度為3.0%。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗材料處理 本試驗于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院熱帶生物技術(shù)研究所內(nèi)進行，設(shè)置8個海水濃度，分別為0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%，3次重復。番杏果皮堅厚，吸水困難，播種前將番杏種子置于40 ℃溫水中浸泡 3 d，然后進行集中育苗。當其長出4張真葉后進行移栽，選取生長一致的幼苗種植于塑料盆中，每盆移栽3株，澆透水。60 d后，測定其生物量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、細胞膜透性等。在06：00—07：00間土壤溫度較低時進行海水處理，每隔10 d澆1次海水，同時表層土壤1～2 cm發(fā)白時補澆自來水，其間使土壤含水量達到田間最大含水量的60%～70%。土壤中沙、土、有機質(zhì)比為1 ∶ 1 ∶ 1）。

1.2.2 形態(tài)指標測定 分別取各海水濃度處理的番杏3株，用去離子水沖洗干凈，吸干表面水分，將地下部與地上部分開，用直尺測量不同處理下根長、株高，用精度為1/1 000電子天平測定番杏鮮質(zhì)量。

1.2.3 丙二醛（MDA）含量的測定 參照鄭炳松等的方法[13]測定MDA含量，稱取葉片0.5 g，加入10 mL 10%三氯乙酸（TCA）和少量石英砂研磨至勻漿，3 000 r/min下離心 15 min，上清液即為樣品液。取2 mL提取液，加2 mL 0.6%硫代巴比妥酸（TBA）溶液，混勻后于沸水浴反應(yīng)15 min，冷卻后在 3 000 r/min 下離心15 min，取上清液測定532、600、440 nm 波長下的吸光度，各3個重復。

1.2.4 細胞膜透性測定 參照劉寧等的方法[14-15]測定質(zhì)膜相對透性，稱取0.1 g葉片，用去離子水洗凈，剪碎加入10 mL去離子水，浸泡6 h，用DDS-11A型電導率儀測定去離子水電導率值（EC0）、溶液的電導率值（EC1），之后沸水浴 10 min，冷卻后測定電導率（EC2），按以下計算：

質(zhì)膜透性=（EC1-EC0）/（EC2-EC0） ×100%。

1.2.5 可溶性糖含量測定 參照鄭炳松等的方法[13]，稱取0.5 g 新鮮葉片，加入10 mL蒸餾水，沸水浴30 min，提取液過濾到50 mL容量瓶中混勻。取1 mL樣品提取液，加1.5 mL蒸餾水、0.5 mL蒽酮乙酸乙酯試劑、5 mL濃硫酸快速振蕩搖勻，立即沸水浴1 min，冷卻至室溫，測定630 nm波長下的吸光度。以空白作對照，各3個重復。

1.2.6 脯氨酸含量的測定 參照鄭炳松等的方法[13]并稍作改進，稱取0.5 g新鮮葉片，加入5 mL 3%磺基水楊酸溶液研磨至勻漿，在沸水浴中提取10 min，冷卻后取2 mL上層液，再加入2 mL冰乙酸及2 mL 2.5%酸性茚三酮溶液，沸水浴中顯色 1 h，冷卻后加入4 mL甲苯，充分搖晃取紅色物質(zhì)，在520 nm波長處測定吸光度。以甲苯溶液為空白對照，各3個重復。

1.2.7 數(shù)據(jù)分析 用Excel 2003整理試驗數(shù)據(jù)、繪制圖表；用SPSS 13.0進行方差分析和多重比較，于α=0.05水平進行統(tǒng)計顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度海水處理對番杏生長的影響

為了研究海水濃度處理對番杏生長的影響，筆者測定不同海水濃度處理下番杏的形態(tài)指標，有株高、根長、鮮質(zhì)量、分枝數(shù)（表1）。研究結(jié)果表明，0～70%海水濃度處理對番杏根長影響較小，根長在40%海水濃度處理下達到最長；番杏株高有減少的趨勢，但在小于50%海水濃度處理下，番杏株高未受到影響；番杏鮮質(zhì)量在小于40%海水濃度處理下，鮮質(zhì)量呈增加趨勢，且在20%～40%海水濃度處理下株高較對照顯著增加，當40%海水濃度處理時，其鮮質(zhì)量較對照顯著增加了61.23%，達27.68 g，之后隨海水濃度濃度增加，鮮質(zhì)量逐漸減少，在大于60%海水濃度處理下，番杏鮮質(zhì)量較對照顯著減少；在10%～40%海水濃度處理下，番杏分枝數(shù)較對照有所增加，且海水濃度處理對番杏分枝數(shù)抑制不明顯。

通過分析不同濃度海水處理及各生長指標間的相關(guān)性（表2）可知，除根長外，海水濃度與各生長指標間均呈負相關(guān)，且與株高呈極顯著負相關(guān)（-0.886* *）；各生長指標之間均為正相關(guān)，分枝數(shù)與鮮質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)（0.877* *）。海水處理對番杏地上部分的生長總體表現(xiàn)為抑制，而一定濃度海水處理有利于番生長，在低于60%海水濃度處理下，番杏生長不受抑制。大于70%海水濃度處理，番杏株高、生物量受顯著抑制；番杏鮮質(zhì)量增加主要是因為分枝數(shù)增加。

2.2 不同濃度海水處理對番杏膜脂過氧化產(chǎn)物的影響

丙二醛是生物膜過氧化的產(chǎn)物，其含量的高低代表番杏受海水處理的傷害程度。番杏葉片在海水處理下MDA含量呈先減少再增加的趨勢，且在10%～50%海水濃度處理下，其葉片MDA含量均低于對照；10%海水濃度處理下，其MDA含量最低，為27.9 nmol/g，比對照降低了43.83%；在60%海水濃度處理下，番杏葉片中MDA含量較對照顯著增加了1862%；在70%海水濃度處理下，葉片中MDA含量達 64.16 nmol/g，比對照增加了 29.17%（圖1）。表明一定濃度海水處理能降低番杏膜脂過氧化產(chǎn)物，較高濃度的海水處理能加速番杏膜脂過氧化。

2.3 不同濃度海水處理對番杏細胞膜透性的影響

細胞膜透性對調(diào)節(jié)細胞內(nèi)外物質(zhì)的交換運輸具有調(diào)節(jié)作用。番杏葉片電導率檢測結(jié)果見圖2，可見海水處理下，番杏葉片細胞膜透性顯著增加，且在10%～70%海水濃度處理下，葉片膜透性呈先減少再增加的變化；葉片膜透性在 10%～30%不同濃度海水處理下減少顯著，在30%～70%不同濃度海水處理下增加顯著；番杏葉片膜透性在30%海水濃度處理下，為海水處理下電導率的最低點，為41.68%。表明海水處理增加了番杏葉片細胞膜透性，且隨海水濃度的增加呈先減少后增加的趨勢。

2.4 不同濃度海水處理對番杏脯氨酸含量的影響

海水處理下番杏葉片脯氨酸含量變化呈先減小再增加的趨勢，在10%～40%海水濃度處理下，番杏葉片脯氨酸含量顯著減少，在海水濃度為20%～30%時，番杏脯氨酸含量最低，為62.70～62.91 mg/kg；在50%海水濃度處理下葉片脯氨酸含量與對照相當；在大于60%海水濃度處理時，番杏葉片脯氨酸含量較對照顯著增加了47.40%（圖3）。表明在一定濃度范圍內(nèi)（10%～50%）的海水處理，番杏脯氨酸含量減少；較高海水濃度（>60%）處理下，脯氨酸的積累增加。

2.5 不同濃度海水處理對番杏可溶性糖含量的影響

可溶性糖是植物重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，逆境下其含量變

化有利于增強植物的適應(yīng)能力。番杏葉片可溶性糖含量在對照中為91.76 nmol/g；在10%～50%海水濃度處理下，番杏葉片可溶性糖含量較對照顯著減少；在20%海水濃度處理下，葉片可溶性糖含量最低，較對照減少了47.84%；在60%海水濃度處理下，葉片可溶性糖含量與對照相當；在70%海水濃度處理下，葉片可溶性糖含量顯著增加，較對照增加了11429%（圖4）。表明在10%～50%海水濃度處理下，抑制了番杏葉片可溶性糖的積累；較高濃度的海水處理，促進葉片可溶性糖含量的積累。

3 結(jié)論與討論

植物受到逆境脅迫后，細胞內(nèi)自由基代謝平衡被破壞，發(fā)生膜質(zhì)過氧化作用，植物膜系統(tǒng)受損傷。MDA是膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物，MDA含量的高低可以間接反映植物受逆境脅迫的強弱。海鹽脅迫對海雀稗體內(nèi)MDA含量影響的研究表明，海雀稗在低于13.6 g/L的海鹽脅迫下體內(nèi)MDA含量顯著降低，在高濃度脅迫下顯著增加[16]。本研究中番杏在<50%海水脅迫下，MDA含量低于對照，表明在此濃度范圍內(nèi)，植物對海鹽脅迫表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性，膜質(zhì)過氧化作用減弱；此時番杏葉片電導率較對照顯著增加，可能是由于植物吸收了海鹽中的大量離子，透過細胞膜，造成植物葉片電導率增加。在≥60% 海水脅迫下，MDA含量顯著增加，表明高鹽脅迫下，植物葉片細胞膜的穩(wěn)定性受到破壞，膜結(jié)構(gòu)受到損傷[17]，造成植物細胞內(nèi)的電解質(zhì)滲漏增強，并隨著海鹽脅迫濃度的增加而增加。

植物葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化與MDA含量的變化相吻合，在低于50%海水脅迫下，植物可溶性糖含量、脯氨酸含量均維持在較低水平，且表現(xiàn)為先減小后增加的趨勢變化。表明較低濃度的海鹽脅迫，可以使番杏的生長維持在較好的水平，可能是因為海鹽中存在一些能促進植物生長的礦質(zhì)，充分滿足了植物生長對養(yǎng)分的需求，因而在較低濃度下促進了植物生長，使各項生理指標處于較優(yōu)的狀態(tài)。高濃度下脯氨酸含量、可溶性糖含量顯著增加，說明此時植物可能通過可溶性糖、脯氨酸的積累來增強植物的滲透調(diào)節(jié)能力[18-20]。高鹽脅迫下，可溶性糖含量增加也有可能是由于高濃度鹽脅迫下植物生長受抑制，導致糖利用減少，可溶性糖含量增加[21]。

生物量是植物生長發(fā)育所產(chǎn)生的物質(zhì)總量，可以直接反映植物的生長情況。鹽生植物存在最適鹽度，在一定鹽度范圍內(nèi)對植物具有促進作用，高鹽度則抑制植物的生長，如景天三七幼苗在低于200 mmol/L氯化鈉脅迫下生物量未受到抑制，而400 mmol/L處理植株生長受到顯著抑制[22]，與本研究相吻合。在≤50%海鹽脅迫下，番杏生物量并未顯著減少；在大于60%海鹽脅迫下，植株生物量及株高受到顯著抑制。番杏在各個海鹽濃度脅迫下生長的表現(xiàn)與其體內(nèi)MDA含量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)相吻合，海鹽脅迫下番杏表現(xiàn)出較強的適應(yīng)性。

當海水濃度≤50%時，植物的生長未受到抑制，植物葉片膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量較低、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累處于較低水平；而在≥60%海水脅迫下，可溶性糖、脯氨酸的大量積累，有助于增強番杏滲透脅迫的適應(yīng)性，減輕海鹽對番杏的毒害作用。番杏藥食兼具，可將其在濱海海水倒灌耕地中進行開發(fā)應(yīng)用。

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