外源腐胺對(duì)鹽脅迫下黃芩光合特性的影響

華智銳，李小玲

(商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000)

外源腐胺對(duì)鹽脅迫下黃芩光合特性的影響

華智銳，李小玲

(商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000)

采取不同濃度外源腐胺(Put)處理鹽脅迫下黃芩幼苗的方法，探討了黃芩光合指標(biāo)和葉綠素含量隨Put濃度改變的變化規(guī)律，結(jié)果表明：0.5% NaCl脅迫下的黃芩光合指標(biāo)和葉綠素含量受到明顯抑制；經(jīng)0.05～0.50 g/L Put處理后，各項(xiàng)指標(biāo)均出現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，各光合指標(biāo)在0.25 g/L Put處理下效果最佳，葉綠素含量在0.25 g/L Put處理下達(dá)到最大值。

外源腐胺；鹽脅迫；黃芩；光合特性

近年來，日益加重的土壤鹽漬化問題制約著藥用植物的正常生長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了我國(guó)中藥材產(chǎn)量及品質(zhì)的提高。鹽脅迫導(dǎo)致植物細(xì)胞體內(nèi)電子傳遞鏈異常，打破活性氧代謝平衡，引起細(xì)胞功能的紊亂，從而影響植物體正常的生長(zhǎng)和發(fā)育。目前對(duì)土壤方面的改良成為鹽漬化土地改良的主要措施，而在針對(duì)遭遇不利環(huán)境條件能提高植物自身耐鹽性方面則少有研究[1]。相關(guān)研究表明，通過研究植物鹽脅迫及耐鹽機(jī)制的關(guān)系，人為的化學(xué)調(diào)控手段成為有效緩解植物鹽脅迫的重要途徑。

多胺(Polyamine，PA)是一類含有兩個(gè)或更多氨基的化合物，廣泛存在于植物細(xì)胞中，有促進(jìn)某些組織生長(zhǎng)的作用,對(duì)于膜的正常維持也起著重要的作用。它與植物的生長(zhǎng)發(fā)育以及緩解逆境脅迫密切相關(guān)[2]。最普遍也最具有生理功能的PA主要是腐胺(Put)、亞精胺(Spd)和精胺(Spm)等[3]。PA可以通過影響清除活性氧的酶系統(tǒng)、非酶系統(tǒng)以及作為第二信使參與植物的逆境脅迫信號(hào)傳遞等多種機(jī)制響應(yīng)非生物脅迫。外源PA在緩解植物鹽脅迫以及滲透脅迫下所引起的氧化損傷方面起非常重要的作用，研究發(fā)現(xiàn)PA抑制蛋白酶與RNA酶活性的提高，延緩葉片衰老，延緩葉綠素分解，并提高植物的抗逆性以及抗?jié)B透脅迫。

黃芩(ScutellariabaicalensisGeorgi)屬于唇形科黃芩屬多年生草本植物，根部入藥，有涼血止血、清熱解毒及除熱安胎等功效[3]，為商洛道地藥材之一。近年來，隨著國(guó)內(nèi)外中藥材市場(chǎng)的逐步規(guī)范化和快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)黃芩中藥材的需求量不斷增加，商洛黃芩作為“五大商藥”之一，其人工栽培面積也迅速擴(kuò)大。目前，關(guān)于商洛黃芩的研究多集中在種子萌發(fā)、生理生化特性以及栽培技術(shù)等方面[1，5-6]，但外源腐胺(Put) 在鹽脅迫下對(duì)黃芩幼苗光合生理特性的影響研究還未見報(bào)道[4]。緩解植物的鹽脅迫傷害程度是植物抗逆研究的重要方向之一，通過添加不同濃度外源物質(zhì)來緩解鹽害也逐漸成為藥用植物抗性生理及抗性育種方面的研究熱點(diǎn)。有相關(guān)研究[7-9]表明，鹽脅迫下導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)葉綠體和線粒體電子傳遞中的泄漏電子累積，產(chǎn)生大量的活性氧，致使細(xì)胞內(nèi)發(fā)生過度氧化、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損傷和功能喪失，同時(shí)還會(huì)引起細(xì)胞核酸的斷裂、蛋白質(zhì)變性和葉綠素降解，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致細(xì)胞最終死亡。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于腐胺可提高逆境脅迫下植物光合作用能力的觀點(diǎn)已得到普遍認(rèn)可，但是大部分研究主要圍繞外源腐胺在干旱脅迫下對(duì)黃瓜、小麥、大豆、草莓等農(nóng)作物光合作用的影響方面。我們?cè)谇叭搜芯康幕A(chǔ)上，以黃芩一年生幼苗為材料，探討了黃芩隨不同濃度Put處理在鹽脅迫下光合特性和葉綠素含量的變化規(guī)律，旨在為進(jìn)一步研究Put提高植物的耐鹽性提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

選取一年生商洛黃芩幼苗，用田間土壤進(jìn)行盆栽處理。共18盆，每盆5株，進(jìn)行常規(guī)栽培管理。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

脅迫試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1，設(shè)2個(gè)對(duì)照組和4個(gè)實(shí)驗(yàn)組，對(duì)照組CK1(蒸餾水對(duì)照)，CK2(0.50% NaCl對(duì)照)，實(shí)驗(yàn)組濃度梯度設(shè)置為 0.05、0.10、0.25、0.50 g/L，共6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共18盆。葉面同時(shí)噴施不同濃度的Put 和0.50% NaCl ,每?jī)商靽娛?次，每次各噴施2 mL。處理9 d后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。

表1 外源腐胺緩解NaCl脅迫試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1 黃芩幼苗光合特性的測(cè)定 采用 LiCo r-6400便攜式光合測(cè)定儀[6]測(cè)定黃芩葉片的凈光合速率(Pn)、胞間C02濃度(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)。各處理測(cè)3片倒3葉，結(jié)果取平均值。

1.3.2 葉綠素含量的測(cè)定 利用分光光度計(jì)在波長(zhǎng)663、645 nm下測(cè)定吸光度，并用公式計(jì)算提取液中各種葉綠素的含量。

從盆中摘取黃芩葉片，用蒸餾水洗凈其表面的污垢，用吸水紙將水分吸干，涼置。待葉片完全干后剪碎混勻。用電子天平稱取6份葉片，每份0.2 g，分別放入制冷的研缽中(防止葉綠素酶活性降低)，并加入少許石英砂、CaCO3粉末和2 mL 95%乙醇，研磨成勻漿。隨后加入95%乙醇10 mL，研磨至組織變成白色，再靜置3～5 min。隨后倒入離心管中，并用95%乙醇沖洗研缽、研杵及研磨后殘?jiān)海詈筮B同殘?jiān)阂黄鸬谷腚x心管中，離心10 min。每個(gè)處理2個(gè)離心管，共12個(gè)離心管。將離心后的葉綠素上清液倒入光徑1 cm的比色杯，以95%乙醇作為空白對(duì)照，于663 nm和645 nm波長(zhǎng)條件下測(cè)定吸光度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算：

葉綠素a含量(mg/g)=(12.17D663-2.69D645)×V/1000×W

葉綠素b含量(mg/g)=(22.90D663-4.68D645)×V/1000 ×W

葉綠素ab含量(mg/g)=(8.04D663+20.29D645)×V/1000×W

式中：V為濾液體積(mL)；W為葉片重量(g)。

1.4數(shù)據(jù)處理

每個(gè)處理重復(fù)3次，取平均值后的所有數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進(jìn)行處理；采用SAS 8.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1Put對(duì)鹽脅迫下黃芩光合特性的影響

由圖1～圖4可以看出：在0.5% NaCl脅迫下，黃芩幼苗葉片Pn、Gs、Ci和Tr，與對(duì)照組CK1相比明顯降低，分別下降了59.4%、77.7%、10.6%和68.1%；而葉面噴施0.05～0.50 g/L Put均能不同程度的提高黃芩葉片Pn、Gs、Ci和Tr，且緩解的效果表現(xiàn)出濃度效應(yīng)，即隨著Put濃度增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。

與鹽脅迫對(duì)照CK2相比，添加不同濃度Put處理后，除Ci變化不明顯外，其余3個(gè)指標(biāo)均明顯高于對(duì)照。隨著Put濃度的增加，Pn增加幅度分別為1.15%、1.36%、1.42%、1.06%；Gs增幅分別為0.94%、1.19%、1.39%、0.20%；Tr增幅分別達(dá)0.97%、1.05%、1.36%、0.64%。其中，T3處理均達(dá)到脅迫后指標(biāo)最佳值，且Pn、Gs和Tr分別是CK2的2.42、2.39、2.36倍，差異達(dá)顯著水平(Plt;0.05)。然而，葉面噴施Put對(duì)鹽脅迫下幼苗葉片Ci濃度影響不明顯。

2.2Put對(duì)鹽脅迫下黃芩幼苗葉片葉綠素含量的影響

由圖5可知，0.5% NaCl脅迫下明顯降低黃芩幼苗葉片中的葉綠素含量，說明鹽脅迫抑制了黃芩幼苗葉片中葉綠素的合成反應(yīng)。經(jīng)過不同濃度的外源Put處理后，3種葉綠素(葉綠素a、葉綠素b、葉綠素ab)含量都表現(xiàn)出先升后降的變化趨勢(shì)，且明顯高于對(duì)照組(CK2)。與CK2相比較，T1、T2、T3、T4處理的葉綠素a含量分別增加了2.17%、2.69%、4.27%、2.21%，葉綠素b含量分別增加了3.16%、4.42%、5.35%、3.27%，葉綠素ab含量分別增加了2.74%、3.68%、4.89%、2.82%。在 T3處理中，3 種葉綠素含量均達(dá)到最大，分別是CK2的5.27、6.35、5.89倍，差異達(dá)顯著水平(Plt;0.05)。結(jié)果表明，0.25 g/L Put對(duì)光合色素含量的升高有明顯的促進(jìn)作用，提高了葉片的光合效率。

圖1 Put對(duì)鹽脅迫下黃芩幼苗葉片

圖2 Put對(duì)鹽脅迫下黃芩幼苗葉片

圖3 Put對(duì)鹽脅迫下黃芩幼苗葉片

3 結(jié)論與討論

黃芩屬于典型的陽生植物，有較強(qiáng)的光照適應(yīng)性，能夠有效利用各種光照環(huán)境生長(zhǎng)和發(fā)育。光合作用與植物的生長(zhǎng)發(fā)育和最終產(chǎn)量密切相關(guān)，是植物體最重要的代謝過程之一，而逆境條件會(huì)對(duì)植物的光合作用產(chǎn)生多方面影響[10]。鹽脅迫是植物主要的逆境之一，其導(dǎo)致光合作用下降的主要原因有兩個(gè)：氣孔關(guān)閉，導(dǎo)致Ci下降；非氣孔限制，如光合膜蛋白的減少；光合色素含量的減少[11]。氣孔在響應(yīng)非生物脅迫(高溫、干旱、冷害和高鹽脅迫)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起著非常重要的作用。有研究表明：鹽脅迫能夠增加葉片表皮細(xì)胞數(shù)、氣孔數(shù)量和氣孔長(zhǎng)度[12]。但大多數(shù)情況下，由于鹽脅迫導(dǎo)致植物葉片中的Na+和C1-含量升高，從而致使葉片中K+含量降低，導(dǎo)致植物細(xì)胞氣孔關(guān)閉，最終引起葉片細(xì)胞失水。

圖4 Put對(duì)鹽脅迫下黃芩幼苗葉片

圖5 Put對(duì)鹽脅迫下黃芩幼苗葉片葉綠素含量的影響

光合作用幾乎為所有生物的生長(zhǎng)發(fā)育提供了物質(zhì)和能量來源，是植物生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。光合作用效率越高，越有利于光合產(chǎn)物的積累，增加植物的最終產(chǎn)量。在本試驗(yàn)的鹽脅迫下，黃芩幼苗葉片Pn、Ci和Gs明顯下降，比CK1分別下降了59.4%、10.6%、77.7%，表明鹽脅迫導(dǎo)致光合速率下降與氣孔因素密切相關(guān)。外源Put處理明顯有利于鹽脅迫下黃芩幼苗葉片Pn和Gs表現(xiàn)，且在T3處理下效果最佳，分別是CK2的2.42、2.39倍，但Put對(duì)Ci影響不明顯。這說明Put能通過改善氣孔導(dǎo)度和調(diào)節(jié)非氣孔因素兩方面提高鹽脅迫下黃芩葉片光合速率，這與張潤(rùn)花[11]和張媛[13]等的研究結(jié)果相一致。

葉綠素作為光合作用的重要色素，在一定程度上，其含量大小能反映植物同化物質(zhì)能力的高低。本試驗(yàn)結(jié)果表明，鹽脅迫顯著降低了黃芩幼苗的葉綠素含量，葉綠素a下降了42.8%，葉綠素b下降了59.7%，葉綠素ab下降了53.9%，葉綠素b的變化幅度明顯高于葉綠素a。而不同濃度Put處理明顯緩解了鹽脅迫對(duì)植株的生長(zhǎng)抑制，且外源Put緩解黃芩幼苗生長(zhǎng)的抑制作用存在明顯的濃度效應(yīng)。低濃度條件下，隨著Put濃度的增加，對(duì)生長(zhǎng)的緩解作用愈加明顯，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素ab在T1、T2、T3處理中的含量與CK2相比均有增加，而在相對(duì)較高的濃度下(T4)，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素ab含量比CK2分別下降了2.21%、3.27%、2.82%，Put緩解效果下降。

本試驗(yàn)中，鹽脅迫明顯抑制了黃芩幼苗葉片葉綠素合成和光合作用，且隨著不同濃度Put處理，各相關(guān)指標(biāo)均出現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。相關(guān)研究[14]表明，植物鹽脅迫會(huì)提高葉綠素酶的活性，從而導(dǎo)致葉綠素降解和降低光合色素含量。而鹽脅迫后黃芩幼苗葉片中葉綠素含量明顯降低，這說明鹽脅迫損傷了植物的光合器官，表明葉綠素含量降低是引起光合速率降低的主要原因。然而，經(jīng)過不同濃度的Put處理后，3種葉綠素含量均有不同程度的提高，且均高于CK1處理，T3處理下含量達(dá)到最高。說明外源Put處理有效緩解了鹽脅迫對(duì)黃芩幼苗葉綠素含量的破壞，從而提高植株光合速率和保證黃芩幼苗的正常生長(zhǎng)，其原因可能是由于Put能夠抑制葉綠素酶，緩解鹽脅迫下黃芩幼苗光合色素含量的降低，從而保護(hù)植株光合作用的正常進(jìn)行。盡管本研究通過探討不同濃度外源Put緩解鹽脅迫下黃芩幼苗的光合特性，但主要是通過盆栽試驗(yàn)完成了相關(guān)數(shù)據(jù)采集，在黃芩的大田栽培試驗(yàn)真實(shí)環(huán)境中相關(guān)生理指標(biāo)的研究還有待進(jìn)一步探討。

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(責(zé)任編輯：許晶晶)

EffectsofExogenousPutrescineonPhotosyntheticCharacteristicsofScutellariabaicalensisunderSaltStress

HUA Zhi-rui, LI Xiao-ling

(College of Biological Pharmacy and Food Engineering, Shangluo University, Shangluo 726000, China)

The seedlings ofScutellariabaicalensisunder salt stress were treated with different concentrations of exogenous putrescine (Put), and the change rules of several photosynthetic indexes (net photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate, etc.) and chlorophyll content inS.baicalensisseedlings along with the change in Put concentration were explored. The results indicated that: under 0.5% NaCl stress, the various photosynthetic indexes and chlorophyll content inS.baicalensisseedlings were obviously inhibited; after being treated with 0.05～0.50 g/L Put, all indexes showed the trend of increasing first and then decreasing; all photosynthetic indexes were the best under the treatment of 0.25 g/L Put; the chlorophyll content also reached the maximum value under the treatment of 0.25 g/L Put.

Exogenous putrescine; Salt stress;Scutellariabaicalensis; Photosynthetic characteristic

S567.239

A

1001-8581(2017)12-0059-04

2017-07-17

陜西省科技廳項(xiàng)目(2017NY-027)。

華智銳(1980─)，男，湖北黃石人，副教授，主要從事植物抗性生理與植物育種研究。