混合鹽堿脅迫對龍葵幼苗生理生化特性的影響

于爽 高劍 于洋 楊新宇 王春雪 冀屹

摘要：為了明確龍葵（Solanum nigrum L.）幼苗對不同鹽堿脅迫的適應性差異，從而合理高效地利用龍葵資源，以龍葵幼苗為材料，用不同濃度的中性單鹽NaCl、中性混合鹽（NaCl、Na2SO4的濃度比為1 ∶2）和堿性混合鹽（NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3的濃度比為5 ∶23 ∶9 ∶3）進行脅迫處理，研究龍葵幼苗抗氧化酶與滲透調節物質含量的變化。結果表明，在中性鹽與堿性鹽的作用下，龍葵幼苗都會遭受氧化脅迫。隨著鹽濃度的升高，葉片中的丙二醛含量增大，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性也在一定范圍內增大。在堿性混合鹽的作用下，抗氧化酶活性在鹽濃度為100～150 mmol/L時達到最大值，然后開始下降;在中性混合鹽脅迫下，只有POD活性上升，SOD、CAT活性均表現出先上升然后下降的趨勢;在中性單鹽NaCl的脅迫下，只有CAT活性在鹽濃度>200 mmol/L 時下降，而其他2種酶活性持續上升。在堿性混合鹽作用下，龍葵幼苗會積累更多的丙二醛，在鹽濃度為300 mmol/L時達到最高值，滲透調節物質（脯氨酸、可溶性糖）的含量也在一定范圍內增加。

關鍵詞：龍葵;鹽堿脅迫;生理指標;生化指標

中圖分類號： S332.6;Q945.78文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）18-0164-04

收稿日期：2019-03-01

基金項目：2018年度黑龍江省省屬高等學校基本科研業務費科研項目（編號：1353ZD007）;黑龍江省大學生創新創業訓練計劃（編號：201810233044）;牡丹江師范學院學位與研究生教育教學改革研究項目“植物學科研究生課程體系建設與優化”（2018）。

作者簡介：于?爽（1974—），女，黑龍江寶清人，碩士，教授，主要從事植物生物學的教學與研究工作。E-mail：swxys@126.com。

近年來，由于化肥的過量施用及缺乏正確合理的灌溉方式，鹽堿化土地面積逐年擴大。土壤鹽堿化已經成為世界性的環境問題[1]，嚴重影響了植物的生長和發育。鹽堿土的分布類型多種多樣[2-3]，以往的研究只注重中性鹽脅迫方面[4]，但是在實際情況中，鹽與堿是相伴而生的[5]，研究混合鹽堿下植物的生理生化響應規律及與單鹽脅迫的差異性，具有十分重要的意義。

龍葵（Solanum nigrum L.）是茄科茄屬的一年生草本植物，在我國分布廣泛，其性寒、味苦、微甘[6-8]，可以作為中草藥飼料添加劑，龍葵的嫩枝葉也可以作為畜禽飼料源[9]。龍葵的果肉甜而多汁，營養豐富，含有較高的維生素C、維生素B及多種礦物質，可以制成果醋飲料，具有廣闊的應用前景[10-12]。研究發現，龍葵對干旱和低溫具有一定的適應性[13-16]，而關于混合鹽堿條件下龍葵生理生化響應方面的研究還未見報道。本研究利用溶液培養模擬土壤鹽堿化條件對龍葵幼苗進行處理，探討龍葵幼苗在混合鹽堿脅迫下的生理生化指標變化規律，以期為龍葵的種植及開發利用提供一定的理論依據。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

本試驗于2016年7月在牡丹江師范學院溫室中進行。從牡丹江西山采集成熟的龍葵果實，將種子取出并播種到塑料盆缽中，在26 ℃培養箱中培養至幼苗長出4張真葉時，取生長良好、大小相同的幼苗作為試驗材料。

1.2?鹽脅迫處理

用1/2 Hoagland配制鹽溶液，將幼苗放置于廣口瓶中進行培養，廣口瓶用黑紙遮光以保證根系不見光。設A組為NaCl中性鹽溶液，B組為NaCl+Na2SO4中性混合鹽溶液（濃度比為1 ∶2），C組為NaCl+Na2SO4+NaHCO3+Na2CO3堿性混合鹽溶液（濃度比為5 ∶23 ∶9 ∶3）。每組均設置0（對照）50、100、150、200、300 mmol/L 6個濃度梯度，對照為1/2 Hoagland營養液。每個處理設置3個重復。為了避免鹽沖擊現象，先用低濃度鹽溶液培養，逐漸更換成高濃度鹽溶液，最終達到最高濃度，其間定期更換處理液。在達到最高濃度10 d 后，采集各個植株的第3～4張功能葉，進行各個指標的測定。

1.3?指標測定

采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量;采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）含量;采用茚三酮比色法測定脯氨酸含量;采用氮藍四唑法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性;采用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶（CAT）活性;采用愈創木酚比色法測定過氧化物酶（POD）活性[17-18]。每個樣品、每個指標重復檢測3次。

1.4?數據統計分析

采用Excel 2007和SPSS 18.0對試驗數據進行分析。

2?結果與分析

2.1?鹽堿脅迫對龍葵葉片脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物中主要的滲透調節物質，植物在受到逆境脅迫時，體內會大量累積脯氨酸，進而調節細胞的滲透勢[19]，植物的抗逆能力與脯氨酸的累積量呈正相關。從圖1可以看出，龍葵幼苗葉片內的脯氨酸含量隨著鹽濃度的不斷升高整體上出現不同程度的上升趨勢。當鹽濃度為50～150 mmol/L 時，堿性鹽脅迫相比于中性鹽脅迫對植物產生的影響更早。當鹽濃度為200 mmol/L時，堿性混合鹽處理的脯氨酸含量最高，是對照的9.0倍（P<0.05），差異顯著，中性單鹽、中性混合鹽處理的脯氨酸含量分別是對照的3.1、5.5倍（P<0.05）。當鹽濃度為300 mmol/L時，中性單鹽和中性混合鹽處理的脯氨酸含量最高。由此可見，相比于中性鹽，堿性鹽對脯氨酸含量的影響較大。在鹽濃度為0～200 mmol/L的范圍內，脯氨酸含量能夠表現出植株受傷害的程度，而鹽濃度為300 mmol/L時，會超越植株的忍耐程度，其組織和器官的生理代謝功能已經被破壞。

2.2?鹽堿脅迫對龍葵葉片可溶性糖含量的影響

植物在適應鹽漬環境的過程中會產生可溶性糖，又因為可溶性糖在細胞中的溶解度較大，因此在鹽漬情況下，隨可溶性糖含量的增多，能夠使細胞質濃度變大，從而使植物的吸水能力變強，增強其耐鹽性[20]。由圖2可以看出，在中性鹽脅迫下，可溶性糖含量隨著鹽濃度的增加呈上升趨勢，中性單鹽、中性混合鹽處理的可溶性糖含量在其濃度為300 mmol/L 時達到最高值，分別是對照的3.3、4.1倍（P<0.05），與對照間的差異達到顯著水平。而在堿性鹽脅迫下，可溶性糖含量呈現先升后降的趨勢，200 mmol/L時最高，是對照的4.7倍（P<0.05），堿性混合鹽與中性單鹽、中性混合鹽的差異也最大，C處理是A處理的1.97倍，是B處理的1.43倍（P<0.05），差異顯著。龍葵通過增加葉片的可溶性糖含量，以保護細胞免受傷害。當鹽濃度為200～300 mmol/L時，可溶性糖含量開始下降，可能由于鹽濃度的繼續增加，致使細胞的滲透性調節系統失衡。

2.3?鹽堿脅迫對龍葵葉片丙二醛含量的影響

膜脂過氧化過程能夠產生一種非常重要的物質MDA，其含量能夠衡量植物體內自由基的動態變化和細胞的受損程度[21]。由圖3可知，當鹽濃度達到50 mmol/L時，3個處理組對丙二醛含量的影響是很小的，與對照相比差異不明顯，說明當鹽濃度較低時，龍葵對于中性鹽與堿性鹽都有一定的適應

性。當鹽濃度大于100 mmol/L時，3個處理組的丙二醛含量隨著鹽濃度的升高而明顯增多。當鹽濃度為300 mmol/L時，丙二醛含量均達到最高值，丙二醛含量與鹽濃度之間表現出正相關，上升趨勢為C組>B組>A組。說明混合鹽對龍葵的傷害要高于單鹽，而堿性鹽相比于中性鹽，對龍葵的傷害要更高。由此可見，在堿性鹽脅迫下會使龍葵的膜脂過氧化程度加強，對于龍葵葉片細胞膜系統功能的損傷更大。

2.4?鹽堿脅迫對龍葵葉片超氧化物歧化酶活性的影響

超氧化物歧化酶廣泛分布在植物體內，其主要作用是去除活性氧，能夠把植物體內具有破壞性的超氧化物陰離子自由基轉變為H2O2，產物H2O2可由過氧化氫酶進一步分解為H2O和O2，或被過氧化物酶利用，從而避免自由基對細胞進行破壞[22]。從圖4可以看出，當鹽溶液濃度升高時，中性單鹽處理的SOD活性呈現不斷升高的趨勢，在300 mmol/L處理下達到較高水平，此時的SOD活性是對照組的2.2倍，但不能夠確定是否為活性峰值;當中性混合鹽和堿性混合鹽溶液濃度持續升高時，中性混合鹽、堿性混合鹽處理的SOD活性呈先上升后下降的趨勢，并且堿性混合鹽處理的SOD活性明顯大于中性混合鹽，中性混合鹽、堿性混合鹽達到SOD活性最佳水平時分別是對照的1.92、2.64倍。SOD活性體現了植物體內活性氧產生的情況，這可能說明堿性混合鹽對SOD的影響要遠高于中性混合鹽和中性單鹽。

2.5?鹽堿脅迫對龍葵過氧化物酶活性的影響

過氧化物酶是植物活性氧清除系統中防止植物受活性氧危害的具有重要意義的酶，植物體內過多的H2O2就是由POD來清除從而起到防止植物受損作用的。植物耐鹽性的強弱在很大程度上是由POD活性的大小來決定的，因此植物耐鹽性的大小可用POD活性來衡量[23]。從圖5可以看出，中性單鹽、中性混合鹽處理下的POD活性隨著鹽濃度的增加呈現出上升趨勢，在300 mmol/L鹽濃度處理下達到較高水平，分別為對照組的2.48、3.30倍。在堿性混合鹽處理下呈先上升后下降的趨勢，在150 mmol/L鹽濃度時達到峰值，為對照組的3.52倍。POD作為組織老化的一種生理指標，可以反映3種處理對植物機體的損害程度，在50～300 mmol/L濃度范圍內，POD活性大小排序為C組>B組>A組。

2.6?鹽堿脅迫對龍葵過氧化氫酶活性的影響

在植物組織中常見一種含鐵的過氧化氫酶，這種酶主要存在于抗氧化系統中，在葉綠素中也存在。由于過氧化氫酶能將其分解為H2O、O2，因此大大減少了由H2O2誘發產生的單線態氧和某些自由基，從而避免了對膜結構、DNA及蛋白質等的損傷[24]。由圖6可知，3組處理下的CAT活性隨著鹽溶液濃度的增加均呈先上升后下降的趨勢，3個處理組的CAT活性分別在200、150、100 mmol/L鹽濃度下達到峰值，分別是對照組的1.50、1.55、1.52倍。從先后達到峰值的處理水平可以看出，植物機體對于3種鹽溶液處理的耐受程度表現為中性單鹽處理>中性混合鹽處理>堿性混合鹽處理。

3?討論與結論

滲透脅迫是植物遭受鹽脅迫最直接的生理反應，滲透調節物質的產生可以增強植物細胞的吸水能力[25]。脯氨酸和可溶性糖是植物體內重要的滲透調節劑[26]，在本試驗中，隨著鹽濃度的升高，龍葵葉片的脯氨酸與可溶性糖含量整體上呈現増加趨勢。在堿性鹽脅迫下，脯氨酸、可溶性糖的含量在鹽濃度達到200 mmol/L時出現峰值，之后便開始下降。這說明滲透調節系統在堿性鹽濃度高于200 mmol/L時已遭到損壞，無法維持滲透壓的穩定，無法抵抗由鹽分逆境而引起的滲透脅迫[27]。中性鹽2個處理組（A組和B組）的可溶性糖含

量變化情況相同，都隨鹽濃度的不斷增加而增加，而且組間無顯著差異，這說明離子成分對可溶性糖含量所產生的影響要遠小于鹽濃度所造成的影響。

POD、SOD、CAT是保護酶系統中最重要的3種酶，它們能抑制活性氧（ROS）對質膜的破壞作用，MDA是植物遭受逆境脅迫后膜脂過氧化的重要產物，它們之間存在十分緊密的關系[28]。本研究中，在低濃度鹽脅迫下（<100 mmol/L），3種脅迫處理的MDA含量緩慢增加，POD、SOD活性都逐漸增強。當鹽濃度增加至100～150 mmol/L時，堿性混合鹽處理下的龍葵葉片MDA含量快速増加，而SOD、CAT活性則呈下降趨勢。在中性鹽脅迫下，在濃度達到150～200 mmol/L時，中性混合鹽處理的CAT活性開始下降，而中性混合鹽、中性單鹽處理的POD活性均持續上升。究其原因，可能是在脅迫初期，細胞膜脂過氧化，MDA含量上升，與此同時植物為減緩細胞傷害，啟動葉片內保護酶POD、SOD、CAT，清除細胞內多余的活性氧，致使抗氧化酶活性上升。植物細胞內的活性氧隨著處理鹽濃度的增加而不斷積累，抗氧化酶活性因破壞了抗氧化酶結構而下降。同時在脅迫后期，加劇了鹽脅迫的毒害作用，使植物細胞的膜脂過氧化更為嚴重。這主要是因為一般植物都會存在一個忍耐活性氧的閾值，當植物體內的活性氧水平超過這個閾值時，植物自身的抗氧化系統就會遭到破壞，從而導致植物自身的活性氧代謝失調，對植物自身造成了損傷。因此本研究得出，POD對活性氧的忍耐閾值最高，CAT最差，而SOD居中。

參考文獻：

[1]宇振榮. 中國土地鹽堿化及其防治對策研究[J]. 農業生態環境，1997，13（3）：1-5.

[2]魏博嫻. 中國鹽堿土的分布與成因分析[J]. 水土保持應用技術，2012，18（6）：27-28.

[3]王善仙，劉?宛，李培軍，等. 鹽堿土植物改良研究進展[J]. 中國農學通報，2011，35（24）：1-7.

[4]郭?玲，周慧杰. 鹽脅迫對南疆野生龍葵種子萌芽的影響[J]. 北方園藝，2012，36（24）：25-27.

[5]周道瑋，李?強，宋彥濤，等. 松嫩平原羊草草地鹽堿化過程[J]. 應用生態學報，2011，22（6）：1423-1430.

[6]張海洋. 值得開發的植物資源——龍葵[J]. 北方園藝，1997，117（6）：13-14.

[7]文志華. 野生資源龍葵的開發利用[J]. 云南農業科技，2006，47（1）：56-58.

[8]徐東花. 龍葵的化學成分及藥理作用研究[J]. 黑龍江中醫藥，2007，61（2）：46-47.

[9]王萬賢，楊?毅. 野生食果資源與產品開發[M]. 武漢：武漢大學出版社，1998：137.

[10]朱?暢，李?偉. 龍葵果醋飲料的研制[J]. 食品研究與開發，2015，36（21）：86-89.

[11]王曉英，王?磊，段連海，等. 野生龍葵果在食品行業中的應用與進展[J]. 飲料工業，2014，17（1）：40-43.

[12]伍敏生，黃玉明，胡耀威. 龍葵果加工炮制方法及工藝研究[J]. 中醫學報，2017，32（3）：433-435.

[13]單會嬌，王?冰，許?亮，等. 環境脅迫對龍葵形態特征及內在品質影響[J]. 現代中藥研究與實踐，2015，29（5）：1-3.

[14]楊?彬，金小青，陳修斌. 溫度對龍葵幼苗質膜透性和抗氧化酶活性的影響[J]. 農業工程，2018，8（4）：123-127.

[15]蘇?旭，劉玉萍，廉海霞，等. 青海省藥用植物龍葵栽培前后光合特性的比較[J]. 中國野生植物資源，2013，32（4）：13-19.

[16]卞?勇，呂冬霞. 龍葵的室內栽培及利用[J]. 生物學雜志，2003，20（4）：40-41.

[17]王學奎. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 2版. 北京：高等教育出版社，2006：28-32.

[18]張志良，瞿偉菁，李小方. 植物生理學實驗指導[M]. 4版. 北京：高等教育出版社，2009：186-192.

[19]Aroca R，Ruiz-Lozano J M，Zamarreo A M，et al. Arbuscular mycorrhizal symbiosis influences strigolactone production under salinity and alleviates salt stress in lettuce plants[J]. Journal of Plant Physiology，2013，170（1）：47-55.

[20]李志亮，王?剛，吳忠義，等. 脯氨酸與植物抗滲透脅迫基因工程改良研究進展[J]. 河北師范大學學報，2005，63（4）：404-408.

[21]李?悅，陳忠林，王?杰，等. 鹽脅迫對翅堿蓬生長和滲透調節物質濃度的影響[J]. 生態學雜志，2011，37（1）：72-76.

[22]閆永慶，王文杰，朱?虹，等. 混合鹽堿脅迫對青山楊滲透調節物質及活性氧代謝的影響[J]. 應用生態學報，2009，29（9）：2085-2091.

[23]陶?晶，陳士剛，秦彩云，等. 鹽堿脅迫對楊樹各品種丙二醛及保護酶活性的影響[J]. 東北林業大學學報，2005，62（3）：13-15.

[24]樊瑞蘋，周?琴，周?波，等. 鹽脅迫對高羊茅生長及抗氧化系統的影響[J]. 草業學報，2012，29（1）：112-117.

[25]劉?鐸. 鹽柳對中、堿性鈉鹽生長與生理響應差異性研究[D]. 北京：中國林業科學研究院，2015：35-40.

[26]沈義國，陳受宜. 植物鹽脅迫應答的分子機制[J]. 遺傳，2001，23（4）：365-369.

[27]劉鳳容，陳火英. 鹽脅迫下不同基因型番茄可溶性物質含量的變化[J]. 植物生理與分子生物學學報，2004，30（1）：99-104.

[28]李淑梅，董麗平. 混合鹽堿脅迫對高羊茅種子萌發及幼苗生理生化特性的影響[J]. 黑龍江畜牧獸醫，2016，61（3）：139-140.