氯化鈉脅迫下向日葵的生理響應

高金秋，趙佳怡，蔡夢嬌，趙虹柳，李 鑫，趙 永，叢建民

（1.白城師范學院生命科學學院，吉林 白城 137000；2.臺州科技職業學院農業與生物工程學院，浙江 臺州 318020）

0 引言

向日葵（Helianthus annuusL.），是菊科向日葵屬草本植物，是世界范圍內的主要油料作物、經濟作物，又是人們廣泛食用的一種堅果.據FAO 官網信息，2021 年世界向日葵種植面積2 953 萬hm2，產量5 819 萬t；中國向日葵種植面積94 萬hm2，產量285 萬t［1］.中國種植面積占世界的3.2%，產量占世界的4.9%，中國向日葵產量處于世界領先水平.但隨著全球氣候逐年變暖，土壤鹽漬化進一步加劇，全世界大約有8 億hm2的耕地受到影響［2］.因此，選育耐鹽向日葵品種是擺在我國向日葵科研工作者面前迫在眉睫的研究課題.耐鹽向日葵品種的鑒定是耐鹽品種選育工作中最重要的環節.常規大田鑒定，結果可靠，但篩選周期長、工作量大、成本高.通過植物組織培養技術進行室內耐鹽品種的初步鑒定為耐鹽品種鑒定提供了一條快速可行路徑.眾多學者［3-5］研究結果表明，耐鹽品種的可溶性蛋白、抗氧化酶系、氧自由基等生理指標都明顯差異于鹽敏感品種.為此，本文檢測了鹽敏感向日葵對氯化鈉脅迫的生理響應的基礎指標值，為后續耐鹽向日葵品種的初步鑒定提供依據.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗選用課題組前期篩選的向日葵鹽敏感品種“1414”［6］.

1.2 實驗方法

1.2.1 向日葵材料的獲得

將消毒后的向日葵種子接種于添加NaCl 25、50、75 mmol/L的MS培養基中進行鹽脅迫處理，以不添加NaCl的MS培養基為對照（CK），置于25 ℃、16 h/d散射光下培養，14 d后待用.

1.2.2 向日葵生理響應指標檢測

生長素（GH）、赤霉素（GA）、細胞分裂素（CTK）、玉米素核苷（ZR）和脫落酸（ABA）含量測定參照文獻［7］的方法；可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶（SOD）活力、過氧化物酶（POD）活性和過氧化氫酶（CAT）活性的測定參照文獻［8］的方法；丙二醛（MDA）含量和氧自由基產生速率的測定參照文獻［9］的方法.

1.2.3 試驗數據處理與分析

使用Excel 2019 軟件進行數據整理與制圖，SPSS 26.0 軟件進行Duncan 多重比較，用大寫字母表示在P＜0.05水平上差異性顯著.

2 結果分析

2.1 向日葵內源激素對NaCl脅迫的響應

2.1.1 GH對NaCl脅迫的響應

按照1.2.2 的方法對培養14 d 的向日葵進行GH 含量的測定，所得數據計算后，繪制圖1.由圖1 可知，隨著NaCl 脅迫濃度的升高，GH 含量呈先降低后升高的變化趨勢；脅迫后以25 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵GH 含量最高，以50 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵GH 含量最低；25 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵GH含量高于對照，50、75 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵GH 含量低于對照；不同濃度NaCl脅迫后向日葵GH 含量差異經統計分析達顯著水平.

圖1 向日葵GH對NaCl脅迫的響應

2.1.2 GA對NaCl脅迫的響應

按照1.2.2 的方法對培養14 d 的向日葵進行GA 含量的測定，所得數據計算后，繪制圖2.由圖2 可知，隨著NaCl脅迫濃度的升高，GA含量呈先降低后升高的變化趨勢；脅迫后以25 mmol/L NaCl脅迫的向日葵GA 含量最高，以50 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵GA 含量最低；脅迫向日葵的GA 含量都低于CK，且差異達顯著水平；25 mmol/L NaCl 脅迫后向日葵的GA 含量與50 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵GA 含量差異顯著，與75 mmol/L NaCl 脅迫的差異不顯著；50 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵GA 含量與75 mmol/L NaCl脅迫的差異不顯著.

圖2 向日葵GA對NaCl脅迫的響應

2.1.3 CTK對NaCl脅迫的響應

按照1.2.2 的方法對培養14 d 的向日葵進行CTK 含量的測定，所得數據計算后，繪制圖3.由圖3 可知，隨著NaCl 脅迫濃度的升高，CTK 含量波動較小，基本呈先降低后升高的變化趨勢；脅迫后以25 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵CTK 含量最高，且高于CK，差異達到顯著水平；脅迫后以50 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵CTK 含量最低，低于CK，但與CK、75 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵CTK 含量差異不顯著；75 mmol/L NaCl脅迫的向日葵CTK含量與25 mmol/L NaCl脅迫的向日葵CTK含量差異不顯著，與CK差異也不顯著.

圖3 向日葵CTK對NaCl脅迫的響應

2.1.4 ZR對NaCl脅迫的響應

按照1.2.2的方法對培養14 d的向日葵進行ZR含量的測定，所得數據計算后，繪制圖4.由圖4可知，隨著NaCl 脅迫濃度的升高，ZR 含量呈先降低后升高的變化趨勢；脅迫后以25 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵ZR 含量最高，以50 mmol/L 脅迫的向日葵ZR 含量最低；脅迫后，25 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵ZR 含量高于CK，且差異達顯著水平；50 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵ZR 含量低于CK，且差異顯著；75mmol/L NaCl 脅迫的向日葵ZR 含量與CK 基本相等，差異不顯著；脅迫后，各NaCl 脅迫濃度下的向日葵ZR 含量相互間差異顯著.

圖4 向日葵ZR對NaCl脅迫的響應

2.1.5 ABA對NaCl脅迫的響應

按照1.2.2 的方法對培養14 d 的向日葵進行ABA 含量的測定，所得數據計算后，繪制圖5.由圖5 可知，隨著NaCl 脅迫濃度的升高，ABA 含量呈先降低后升高的變化趨勢；脅迫后以25 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵ABA 含量最高，高于CK，50、75 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵ABA 含量都低于CK；CK，25、50、75 mmol/L NaCl脅迫的向日葵ABA含量相互之間差異均顯著.

圖5 向日葵ABA對NaCl脅迫的響應

2.2 向日葵部分生化指標對NaCl脅迫的響應

2.2.1 向日葵可溶性蛋白對NaCl脅迫的響應

按照1.2.2 的方法對培養14 d 的向日葵進行可溶性蛋白含量的測定，所得數據計算后，繪制圖6.由圖6可知，隨著NaCl脅迫濃度的升高，可溶性蛋白含量呈先降低后升高的變化趨勢，所有NaCl脅迫的向日葵可溶性蛋白含量都高于對照，且差異顯著；脅迫后以75 mmol/L NaCl脅迫的向日葵可溶性蛋白含量最高，50 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵可溶性蛋白含量最低，且相互間差異顯著；25 mmol/LNaCl 脅迫的向日葵可溶性蛋白含量與50 mmol/L NaCl脅迫的差異不顯著，與75 mmol/L NaCl脅迫的差異顯著.

圖6 向日葵可溶性蛋白對NaCl脅迫的響應

2.2.2 向日葵氧自由基對NaCl脅迫的響應

按照1.2.2 的方法對培養14 d 的向日葵進行氧自由基產生速率的測定，所得數據計算后，繪制圖7.由圖7可知，隨著NaCl脅迫濃度的升高，氧自由基產生速率呈逐漸下降趨勢，但所有NaCl脅迫的氧自由基產生速率都高于對照，且差異顯著；脅迫后以25 mmol/LNaCl 脅迫的向日葵氧自由基產生速率最高，75 mmol/LNaCl 脅迫的向日葵氧自由基產生速率最低；CK，25、50、75 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵氧自由基產生速率相互之間差異均顯著.

圖7 向日葵氧自由基對NaCl脅迫的響應

2.2.3 向日葵MDA對NaCl脅迫的響應

按照1.2.2 的方法對培養14 d 的向日葵進行MDA 含量的測定，所得數據計算后，繪制圖8.由圖8 可知，隨著NaCl脅迫濃度的升高，MDA 含量呈先下降后升高的變化趨勢.脅迫后以75 mmol/L NaCl脅迫的向日葵MDA 含量最高，且高于CK，以50 mmol/LNaCl 脅迫的向日葵MDA 含量最低，且低于CK；CK，25、50、75 mmol/LNaCl脅迫的向日葵MDA含量相互之間差異均顯著.

圖8 向日葵MDA對NaCl脅迫的響應

2.3 向日葵部分抗氧化酶對NaCl脅迫的響應

2.3.1 向日葵SOD對NaCl脅迫的響應

按照1.2.2 的方法對培養14 d 的向日葵進行SOD 活力的測定，所得數據計算后，繪制圖9.由圖9 可知，隨著NaCl脅迫濃度的升高，SOD活力呈先升高后下降的變化趨勢，所有脅迫向日葵的SOD活力都高于對照；脅迫后以50 mmol/LNaCl 脅迫的向日葵SOD 活力最高，75 mmol/LNaCl 脅迫的向日葵SOD 活力最低；CK，25、50、75 mmol/LNaCl脅迫的向日葵SOD活力相互之間差異均顯著.

圖9 向日葵SOD對NaCl脅迫的響應

2.3.2 向日葵POD對NaCl脅迫的響應

按照1.2.2 的方法對培養14 d 的向日葵進行POD 活性的測定，所得數據計算后，繪制圖10.由圖10可知，隨著NaCl脅迫濃度的升高，POD活性呈先升高后下降的變化趨勢，所有脅迫向日葵POD活性都低于對照；脅迫后以50 mmol/LNaCl 脅迫的向日葵POD 活性最高，25 mmol/LNaCl 脅迫的向日葵POD 活性最低；CK，25、50、75 mmol/LNaCl脅迫的向日葵POD活性相互之間差異均顯著.

圖10 向日葵POD對NaCl脅迫的響應

2.3.3 向日葵CAT對NaCl脅迫的響應

按照1.2.2 的方法對培養14 d 的向日葵進行CAT 活性的測定，所得數據計算后，繪制圖11.由圖11可知，隨著NaCl 脅迫濃度的升高，CAT 活性呈先升高后下降的變化趨勢，但只有25 mmol/LNaCl 脅迫的向日葵CAT 活性低于CK；脅迫后以50 mmol/LNaCl 脅迫的向日葵CAT 活性最高，25 mmol/LNaCl 脅迫的向日葵CAT活性最低.CK，25、50、75 mmol/LNaCl脅迫的向日葵CAT活性相互之間差異均顯著.

圖11 向日葵CAT對NaCl脅迫的響應

3 討論與結論

3.1 討論

全球氣候日益變暖導致土壤鹽漬化加劇，土壤鹽漬化往往與高濃度NaCl有關［10］，因此，本文選用添加不同濃度的NaCl對向日葵進行鹽脅迫處理.

植物激素在植物應對鹽脅迫中發揮著重要作用［11］.本研究結果表明隨著脅迫濃度升高，GA 波動最小，ABA 波動最大，各植物激素總體趨勢是先降后升，這與李海洋等［12］的研究結果略有差異，極有可能是處理濃度差異所致.

鹽脅迫下，植物細胞通過表達鹽脅迫蛋白［13］來適應高鹽環境.本研究結果表明鹽脅迫下，向日葵可溶性蛋白含量都高于對照，進一步佐證了該理論.這與文獻［3］的研究結果鹽脅迫導致可溶性蛋白含量升高相一致；隨著鹽脅迫濃度升高，向日葵的可溶性蛋白先降后升，這與胡曉煒等［14］的研究結果相同.

鹽脅迫會增加植物體內氧自由基的產生速率，導致氧化損傷的發生.因此，測量氧自由基的產生速率可作為判斷植物對鹽脅迫的敏感程度的指標之一［15］.本研究結果表明，隨著脅迫濃度的升高，氧自由基產生速率略有下降.這可能與植物發生鹽害后，調整抗氧化酶活性抵御不良生境有關.盡管氧自由基產生速率略有下降，但變化不大，這與高涵等人關于堿蓬的研究結果一致，與高涵等人關于冰草、鹽角草的研究結果有所差異［16］，極有可能是品種差異、鹽敏感差異所致.

MDA 是一種指示植物氧化應激和細胞膜損傷程度的生化指標，常用于評估植物對環境脅迫的響應.鹽脅迫可以導致植物內部的氧化反應，從而引起MDA 的積累，因此MDA 常作為鹽脅迫的生化指標之一［17］.本研究結果表明，隨著脅迫濃度升高，向日葵的MDA先降后升，這與楊宇晨［18］、劉鈺等［19］的MDA研究結果都不相同，但與文獻［14］的研究結果一致.

鹽脅迫下，不同植物的抗氧化防御反應有所差別.本研究結果表明，隨著脅迫濃度升高，向日葵的SOD，POD，CAT 活性都是先升后降，這與文獻［14］、文獻［18］的研究結果相一致，但與文獻［19］的SOD，CAT 研究結果、文獻［14］的POD 研究結果不一致，這可能是由于物種、品種差異所致，也可能是鹽濃度差別所致.

3.2 結論

本實驗結果表明，植物遭受鹽害后，機體內氧自由基產生速率升高，植物通過調整內源激素、可溶性蛋白、MDA 含量與抗氧化酶系活性的變化來應對不良生境，維護機體正常代謝.隨著鹽脅迫濃度的升高，植物內源激素GH，GA，CTK，ZR，ABA，可溶性蛋白和MDA 含量都呈先降后升的變化趨勢，其中GA波動較小，ABA 波動較大.25 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵各內源激素含量皆最高，75 mmol/LNaCl 脅迫的向日葵可溶性蛋白與MDA含量最高.隨著鹽脅迫濃度的升高，SOD，POD和CAT活性都呈先升后降的變化趨勢，75 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵SOD 含量最低，25 mmol/L NaCl 脅迫的向日葵POD 和CAT 含量最低.隨著鹽脅迫濃度的升高，氧自由基產生速率呈下降趨勢.因此，建議進行耐鹽品種初步鑒定時，指標可選用ABA，可溶性蛋白，MDA，SOD，POD和CAT.