北京農學院學報 收稿日期 基金項目 年北京農學院學位與研究生教育改革與發(fā)展項目 年度科技創(chuàng)新服務能力建設項目 第一 作 者 劉 容 秀 女 山西省呂梁市人 碩 士 研 究 生 研 究 方 向 園林植物與觀賞園藝 通 信 作 者 張 克 中 湖北省應城市人 博 士 教 授 研 究 方 向 園 林 植 物 育 種 栽 培 及 應 用 脅迫對 百合葉片和根部 抗氧化酶系統(tǒng)及根尖離子流速的影響 劉容秀 崔金騰 張克中 北京農學院 園林學院 北京 城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實驗室 北京 北京鄉(xiāng)村景觀規(guī)劃設計工程技術研究中心 北京 摘 要 目的 為研究百合耐鹽機制提供理論基礎和試驗依據(jù) 方法 以百合 為材料 用 的 溶液處理 分別在處理 時 測定百合根系和葉片 和 的活性 以及 含量 利用非損傷微測技術測定百合根尖 流速變化 結果 隨著鹽處理濃度的增加和時間的延長 百合根系 活性均先上升 在鹽處理 時達 到最高 隨后下降 葉片中三種酶活性在處理第 天隨鹽濃度升高均表現(xiàn)為持續(xù)上升趨勢 第 天和第 天基 本呈現(xiàn)先上升后下降變化 數(shù)值總體不如根系高 含量隨著鹽脅迫的加重持續(xù)上升 鹽處理 后 和 均明顯外流 為內流 三者流速隨鹽處理濃度加大基本呈先上升后下降趨勢 結論 低鹽脅迫下 百合抗氧化酶系統(tǒng)被激活來適應逆境 且直接接觸土壤的根系比葉片對鹽脅迫更為敏感 百合根系受到鹽脅迫 后 等離子跨膜運輸通道被觸發(fā) 來重新構建離子平衡 緩解鹽離子毒害 但是高鹽脅迫可能 會破壞植株自身抗氧化酶系統(tǒng) 離子平衡通道跨膜運輸可能受阻 導致植株自我調節(jié)能力下降 關鍵詞 百合 鹽脅迫 抗氧化酶系統(tǒng) 離子流 中圖分類號 文章編號 文獻標志碼 北 京 農 學 院 學 報 第 卷 土壤鹽堿化嚴重影響到植物正常生長 對農業(yè) 生產來說是一個主要的環(huán)境威脅 鹽脅迫是世界 上許多地區(qū)公認的對農業(yè)和環(huán)境構成威脅最嚴重 的非生物脅迫之一 它可以破壞離子穩(wěn)態(tài)導致離 子毒害 紊亂滲透平衡使植物遭受嚴重缺水而引起 干旱脅迫 繼而誘使植物根部缺氧導致氧化還原 失衡 直接導致生物膜結構和功能完整性的喪失 植物受到鹽脅迫后 一些響應鹽脅迫的信號轉 導途徑 轉錄因子和功能基因發(fā)生變化 進而引起 細胞水平及組織形成上發(fā)生變化 最后抑制根系 生長 改變根系結構 甚至導致根系死亡 研究發(fā) 現(xiàn) 鹽脅迫對膜質過氧化產物的二次損傷作用常通 過測定膜質過氧化產物丙二醛 含量或電解質泄漏來檢測 同時植物可以 大量積累滲透酶 維持滲透調節(jié) 提高抗氧化酶活 性來清除多余的活性氧 避免氧化損傷 而超氧化物歧化酶 過 氧 化 物 酶 和過氧化氫酶 是清除活性氧的重要抗氧化酶 其中 將超氧陰 離子歧化為過氧化氫 和 則徹底 將 歧化分解 此外 在鹽脅迫下 植物對鉀 離子 鈣離子 等的吸收也會受影響 細 胞內離子失衡 代謝紊亂 從而影響植物正常生長 發(fā)育 百合 是多年生草本植物 是世界 著名的球根花卉 具有很高的營養(yǎng) 藥用和觀賞價 值 但是百合對土壤鹽非常敏感 尤其是最受市場 歡迎的東方雜種系百合 目前 對百合的研究 多集中在育種 高溫脅迫及切花保鮮等方面 對百 合耐鹽性研究相對較少 也少見對百合耐鹽性與離 子流速變化關系方面的報道 本試驗主要探究百 合根部和葉片抗氧化酶系統(tǒng)對鹽脅迫的響應 及鹽 脅迫下根尖 的流速變化 以期為百 合鹽脅迫研究提供一些理論依據(jù) 材料與方法 試驗材料 試 驗 所 用 材 料 為 百 合 雜交系品種 在北京農學院東 大地 號棚 選取大小一致 飽滿 無病蟲害 無機械 損傷的種球 以草炭與珍珠巖體積比為 為栽培 基質 選用規(guī)格相同的種植框 每框隨機種植 粒 種球 每 澆 次水 后 隨機選擇 框長勢 一致 健壯的百合為一組 用 的 溶液處理 重復 組 處理 時 取完好無損百合根部 去離子水沖洗 干凈 用于測定根部離子流 處理的第 天 選 取長勢一致的植株 用去離子水快速洗凈百合根部 并擦干 快速稱好后包上錫箔紙 迅速放入液氮罐 中 保存于實驗室內 冰箱 試驗方法 生理指標測定 稱取根 于預冷的研缽 中 加液氮研磨成粉末 然后轉至 離心管中 按質量 體積 的比例加入 倍體積 的磷酸緩沖液 離心 上清液即為粗提酶液 活性測定采用氮藍四唑法 和 活性測定 以及 含量測定均采用南京建 成科技有限公司試劑盒 離子流測定 采用非損傷微測技術 實時動態(tài)測 定百合根尖 流 流 流 將取好的用于 測離子流的根尖放入半徑 容積為 的塑 料培養(yǎng)皿中 加入 測試液浸沒 平衡 測試時更換新的測試液 并用提前在測試液中浸泡 過的濾紙條和小石塊固定樣品 留出根尖處 方便測試 每條根取 個不同的測試點 每個測試 點持續(xù)穩(wěn)定測試 設 次重復 測試液 測試液 測試液 所有指標均重復測定 次 從中選取 組數(shù)據(jù) 使用 版本軟件中的 年第 期 劉容秀 等 脅迫對 百合葉片和根部抗氧化酶系統(tǒng)及根尖離子流速的影響 進行實驗數(shù)據(jù)錄入 計算以及圖表繪制 使 用 軟件進行統(tǒng)計學分析 離子 流速根據(jù)旭月科技有限公司的 軟件 計算得出 試驗中陽離 子的流速為正表示離子外流 流速為負表示離子內 流 且所得數(shù)據(jù)是凈離子流速 即內外流相抵消后 的流速 結果與分析 鹽脅迫對百合抗氧化酶系統(tǒng)的影響 鹽脅迫對百合 活性的影響 由圖 可 以看出 隨著鹽處理濃度的加大 處理時間的延長 注 不同小寫字母表示不同處理間差異顯著 圖 同 圖 不同濃度 處理和脅迫時間對百合根和葉 活性以及 含量的影響 北 京 農 學 院 學 報 第 卷 百合根系 活性總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢 而葉片 活性隨著鹽處理濃度的加大 第 天呈 現(xiàn)先上升后下降的趨勢 第 天和第 天則是持續(xù) 上升 根部在鹽處理第 天和第 天 活性均 是在鹽濃度為 時達到最高 且分別顯 著高于空白對照 和 之后隨著鹽濃度 升高 活性逐漸下降 第 天時 活性在 鹽濃度下最高 比對照高出 差 異顯著 葉片在鹽處理第 天 活性在鹽濃度 時最高 顯著高于對照組 第 天和第 天時 活性均持續(xù)上升 時分別比對照組顯著高出 和 鹽脅迫對百合 活性的影響 百合 活性總體來說隨鹽濃度的升高和處理時間的延長 先上升后下降 根系在鹽處理第 天和第 天時 活性都在 濃度時達到最高 且顯 著高于對照 分別高出 和 在第 天 時 活性隨鹽濃度升高持續(xù)上升 在 時顯著高于對照 且處理第 天時 活性明顯被抑制 葉片的 活性變化趨勢 與根系基本一致 不同的是在鹽處理第 天和第 天時 葉片 活性在 時達到最高 顯著 高 于 對 照 組 和 第 天 濃度下 活性是對照的 倍 鹽脅迫對百合 活 性 的 影 響 根 系 對鹽脅迫較為敏感 鹽處理第 天和第 天 時 在 鹽濃度處理下 活性就顯著上 升 隨著鹽濃度增加 在 時達到最高 值 分別是 的 倍和 倍 差異顯著 第 天 時各個鹽濃度處理下的 活性都較第 天下 降 各處理間隨著鹽處理濃度的加大持續(xù)上升 在 時比對照高出 差異顯著 葉 片 活性在鹽處理第 天和第 天 隨著鹽濃度 升高先上升后下降 且都在 時達到最 大值 分別顯著高于對照組 和 第 天 時 葉片 活性隨著鹽處理濃度增大持續(xù)升高 濃度下是對照組的 倍 差異顯著 鹽脅迫對百合 含量的影響 百合根系 和葉片的 含量隨著鹽處理濃度的增加和處理 時間的延長變化趨勢基本一致 均持續(xù)上升 圖 根系 含量在第 天 隨著鹽處理濃度的上升 持續(xù)升高 但趨勢比較平緩 和 濃度下分別比對照組高出 和 差異顯著 但三者之間并無顯著差異 第 天 含量在 濃度下最高 是對照組的 倍 時是對照組的 倍 但二者之間 差異不明顯 第 天時 隨著鹽濃度加大 含 量上升速度較快 鹽處理下 含 量是對照組的 倍 葉片 含量則在鹽處理 時變化都不如根系劇烈 隨著鹽處理濃度的 加大持續(xù)升高 濃度下分別比對照組 高出 倍 倍 倍 差異顯著 鹽脅迫對百合根尖 凈流速 的影響 鹽脅迫對百合根尖 凈流速的影響 由 圖 可知 百合根尖 流向在對照組和處理組中 均表現(xiàn)為外流 且隨著鹽處理濃度的增加 流速呈 現(xiàn)先升高后下降趨勢 且在測定離子流的 內 對照及各個處理下根尖的 流速比較穩(wěn)定 鹽 脅迫處理 后 根尖 外流速度在空白對照組 中平均為 隨著鹽處理濃度 增加 在 處理下達到最高 最高達到 平均流速約是對照組的 倍 鹽濃度 時 根尖 外流速度下 降 比 平均下降 是對照組的 倍 在 鹽處理下 根尖 外流速度下降幅度大 但仍顯著高于對照 組約 鹽脅迫對百合根尖 凈流速的影響 百合 根尖 在對照和處理組中同 流向一樣 均表 現(xiàn)為外流 且隨著鹽處理濃度的增加外流速度先上 升后下降 不同濃度 處理 后 對照組的 根尖 平均流速為 流速低 且無較大波動 圖 在 濃度處理下 根尖 凈流速上升為 約 是對照組的 倍 時外排流速平均達 到最大為 最高時可達 約是對照組的 倍 顯著高于 對照組和其他各處理組 濃度下根尖 凈流速顯著低于 處理 但高出對照 組 約是對照組的 倍 處 理 組 根 尖 的 凈 流 速 下 降 為 比對照組高 差異顯著 鹽脅迫對百合根尖 凈流速的影響 由 圖 可看出 百合根尖 在對照和處理組中流向 與 和 相反 均表現(xiàn)為內流 流速隨著鹽處 理濃度的增加 在 濃度處理下 根尖 年第 期 劉容秀 等 脅迫對 百合葉片和根部抗氧化酶系統(tǒng)及根尖離子流速的影響 平均凈流速為 與對照 組相 差 差 異 顯 著 時 內流速度大幅度上升 平均流速為 約是對照組的 倍 濃度下 流速有所波動 但幅度不大 此時平均流速顯著高于對照組及其他處理組 凈流 速最高可達 約是對照組 的 倍 時處理組的 凈流速急 劇下降為 與對照組相差 差異顯著 圖 不同濃度 處理 后百合根尖 流速變化 左 及平均流速與流向 右 討論與結論 植物在感受到鹽脅迫后 需氧細胞會在代謝過 程中產生一系列的活性氧簇 造成膜質過氧化 從而改變了細胞膜原 有的流動性和通透性 進而使細胞結構和功能發(fā)生 變化 最終導致植物生理代謝紊亂 但是 植物 在長久的進化過程中形成了一套完整的活性氧清 除系統(tǒng) 能夠清除超氧陰離子自由基 保護細 胞免受生物氧毒害 其活性高低間接反映了植物體 清除氧自由基的能力 具有消除過氧化氫 毒性的作用 能夠分解過氧化氫 從而避免植 物受到活性氧毒害 則可以在一定程度上反 映植物遭受逆境傷害的程度 間接反映機體細胞受 自由基攻擊的嚴重程度 在本試驗中 百合的 活性隨著鹽濃度的增大 脅迫時 間的延長基本呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢 而 含量持續(xù)上升 這與華智銳 在研究百合對鹽脅迫 的生理反應中得出的 和 活性隨著 鹽脅迫時間的延長先上升后下降 同時 水平 北 京 農 學 院 學 報 第 卷 逐漸 上 升 的 結 果 相 一 致 并 且 在 亞 麻 薺 茄 子 枸杞 藜麥 等植物的耐鹽性研究中 也 有相似的變化趨勢 本試驗中 根系在鹽處理第 天和第 天時 隨著鹽濃度的加大 含量增加 但比較緩慢 活性均顯著上升 說 明百合根系在感受到鹽脅迫后 根系細胞膜質可能 發(fā)生過氧化 抗氧化酶系統(tǒng)被激活 三者協(xié)同作用 適應逆境 來維持植株正常的生理代謝 臧劍等 研究也表明 鹽脅迫下角果木根部 和 活 性隨鹽濃度的增加而上升 隨著脅迫時間的延長呈 先升后降的趨勢 在金盞菊和萬壽菊 的耐鹽性試 驗中 也有相似的結果 綜合說明鹽脅迫可以促使 植物 和 活性上升 從而提高植物抗鹽能 力 但鹽處理第 天和第 天 鹽濃度超過 后 酶活性基本上有不同程度的下降 鹽處 理第 天時 各個鹽濃度下三種酶活性比第 天均 有明顯下降 同時第 天 鹽處理時 含量迅速增加 說明長時間高濃度鹽脅迫導 致的活性氧累積可能超出百合根系的自我清除范 疇 細胞膜受損 抗氧化酶系統(tǒng)可能遭受破壞 此 外 在受到鹽脅迫后百合葉片的 活性以及 含量與根系表現(xiàn)出相似的變化趨 勢 但是又不如根系變化劇烈 說明根系直接接觸 土壤 在受到鹽脅迫后 根系比葉片更敏感 更快作 出反應 鹽脅迫條件下 植物對鹽分離子的吸收積累和 再分配與鹽脅迫造成的傷害有密切關系 是鹽脅迫的主要毒害離子 它的吸收 運輸以及區(qū) 域化存儲與植物在鹽脅迫下能否正常生長發(fā)育息 息相關 外流則與質膜去極化密切相關 而 和 的一系列活動可觸動 通道引起 內 流 從而使細胞內 濃度升高來激活鹽超敏感 信 號 途 徑 后 通 過 反向運輸體排出 在本試驗中 低 鹽脅迫下 隨著鹽處理濃度的升高 百合根系 均表現(xiàn)為外流 且流速逐漸上升 這與郭鵬 李廣魯 王曉東 等關于鹽脅迫對紫花苜蓿 冰 葉日中花 不同小麥品種等植物根系 流速 影響的研究結果相一致 鹽處理下 外流速度達到最大 隨后下降 時 下降幅度較大 但仍顯著高于對照組 此外 的流速要整體低于 說明低鹽脅迫下 植 物細胞通過促進 外流 同時減少 外流等的 跨膜流動 來調節(jié) 達到新的離子平衡 從 而提高其耐鹽性 而高鹽脅迫下離子流速降低 可能是由于細胞膜受損 離子平衡調節(jié)能力下降 是植物細胞內重要的信號物質 鹽脅迫下胞外 向細胞內流動 細胞內 濃度呈線性增加 進而調控 和 的跨膜流動 在本試驗中 表現(xiàn)為內流 且隨著鹽脅迫濃度的升高流速加 大 在 濃度處理下流速最大 表現(xiàn)最為 明顯 而 鹽濃度處理下 內流速度 同樣降低 但要顯著低于對照組 這與 和 在 此濃度下的流速表現(xiàn)有所不同 說明 同樣在鹽 脅迫后百合根尖細胞離子吸收和交換中起著重要 作用 但具體的調控機制仍需進一步研究 綜上 百合耐鹽能力與 的活 性高低密切相關 在不同濃度和時間鹽處理下 百 合在 及以下濃度鹽處理下抗氧化酶系 統(tǒng)被充分激活 活性明顯提高 三 者協(xié)同作用來提高植株的耐鹽性 繼續(xù)增加鹽濃 度 酶活性反而下降 抗氧化酶系統(tǒng)可能受損 而 含量隨鹽處理濃度升高持續(xù)上升 也反映出 百合受到鹽脅迫后細胞膜的受損程度 這與鹽脅迫 下百合根尖 和 表現(xiàn)為外流 表現(xiàn)為內 流 同時流速均先增大后減少的離子跨膜流動變化 趨勢相互驗證 說明高濃度鹽脅迫下 百合根尖細 胞膜可能受損 離子交換受阻 植株的自我調節(jié)能 力下降 和 跨膜運輸對百合根系受 到鹽脅迫后重建離子平衡 緩解離子毒害來提高植 株耐鹽性有重要作用 本次試驗為進一步研究百 合耐鹽機制提供了理論依據(jù) 同時可以在此基礎上 對百合進行耐鹽鍛煉 逐步提高百合的耐鹽性 以 篩選出更加耐鹽的優(yōu)良品種 對百合耐鹽品種選育 具有重要意義 參考文獻 年第 期 劉容秀 等 脅迫對 百合葉片和根部抗氧化酶系統(tǒng)及根尖離子流速的影響 王康君 樊繼偉 陳鳳 等 植物對鹽脅迫的響應及耐鹽調控的 研究進展 江西農業(yè)學報 左志銳 高俊平 穆鼎 等 鹽脅迫下百合兩個品種的葉綠體和 線粒體超微結構比較 園藝學報 魏祎 張克 王樹棟 等 鹽脅迫對 個百合品種生理特性的影 響 北京農學院學報 華智銳 百合對鹽脅迫的生理反應及轉 基因植株的抗 鹽性鑒定 楊凌 西北農林科技大學 李合生 植物生理生化實驗原理和技術 北京 高等教育 出版社 郭鵬 張萬筠 鮑雅靜 鹽堿脅迫對紫花苜蓿根系 離 子流速的影響 大連民族學院學報 胡濤 張鴿香 鄭福超 等 植物鹽脅迫響應的研究進展 分 子植物育種 劉衛(wèi)衛(wèi) 王彬忠 郝麗玫 等 鹽脅迫對離體百合不定芽誘導及 生理活性的影響 草原與草坪 李曉雅 趙翠珠 程小軍 等 鹽脅迫對亞麻薺幼苗生理生化指 標的影響 西北農業(yè)學報 趙躍鋒 陳昆 張清華 鹽脅迫對茄子光合特性 葉綠素熒光及 保護 酶 活 性 的 影 響 山 西 農 業(yè) 科 學 陳金龍 不同濃度鹽分脅迫對枸杞生理指標的影響 林業(yè) 科技通訊 楊宏偉 劉文瑜 沈寶云 等 脅迫對藜麥種子萌發(fā)和幼 苗生理特性的影響 草業(yè)學報 臧劍 符秀梅 王鶴鳴 等 角果木根系鹽脅迫的防御機理 熱帶生物學報 王永路 孫正海 鄧艷 等 鹽脅迫提高金盞菊和萬壽菊的耐鹽 性 江蘇農業(yè)科學 王曉冬 王成 馬智宏 等 短期 脅迫對不同小麥品種幼 苗 吸收和 積累的影響 生態(tài)學報 左照江 張汝民 高巖 鹽脅迫下植物細胞離子流變化的研究 進展 浙江農林大學學報 李廣魯 王文果 陳志新 等 鈣對鹽脅迫下冰葉日中花不同器 官離子含量和根部 吸收的影響 植物科學學報