作者：嚴(yán)媚欣等
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發(fā)布時間：2021-10-13
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[麻進(jìn)展]混合鹽堿脅迫對羅布麻生理特性的影響
摘 要：為探究混合鹽堿脅迫對羅布麻生理特性的影響，以羅布麻為研究對象，采用盆栽法研究不同混合鹽堿濃度處理對一年生羅布麻幼苗保護(hù)酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響，并運用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對不同種源地羅布麻幼苗耐鹽堿性進(jìn)行綜合評價。結(jié)果表明，隨著混合鹽堿脅迫濃度的增加，2個種源地羅布麻幼苗葉片保護(hù)酶活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，POD、CAT、APX酶活性在鹽堿脅迫濃度300mmol/L時達(dá)到最大值，SOD酶活性在鹽堿脅迫濃度為200mmol/L時達(dá)到最大值；MDA、超氧陰離子、可溶性蛋白含量則呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，由隸屬函數(shù)綜合評價值可見，來源于甘肅民勤的羅布麻比來源于第二師31團(tuán)的羅布麻耐鹽堿能力強。
關(guān)鍵詞：羅布麻；鹽堿脅迫；保護(hù)酶活性；滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)；隸屬函數(shù)法
羅布麻（Apocynum venetum）為夾竹桃科（Apocy-naceae）羅布麻屬（Apocynum）多年生草本植物，是我國寶貴的野生植物資源[1]。羅布麻既能治療神經(jīng)衰弱、心悸失眠，又能平肝安神，減少患高血壓的風(fēng)險，有重要的藥用功能。同時其纖維產(chǎn)品品質(zhì)極佳，可以發(fā)揮紡織功能，具有十分重要的生態(tài)經(jīng)濟價值[2]。
羅布麻具有較強的耐鹽、耐堿、耐貧瘠、耐風(fēng)沙特性，可以改良土壤、調(diào)節(jié)氣候、保持水土、防風(fēng)固沙，已逐漸成為鹽堿土壤地區(qū)種植的優(yōu)良植物[3]。肖斌等[4]研究發(fā)現(xiàn)，施加不同濃度的NaCl，隨著脅迫濃度的增加，羅布麻種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢均顯著降低，平均發(fā)芽天數(shù)延長。耿蕾等[5]研究表明，不同脅迫條件下羅布麻幼苗葉片SOD、POD酶活性、脯氨酸和可溶性總糖含量隨脅迫表現(xiàn)為先升后降的趨勢。
目前對羅布麻的研究主要集中在資源和藥用成分評價方面，而其在混合鹽堿脅迫下的生理特性變化鮮有報道。因此，本試驗以第二師31團(tuán)和甘肅民勤2個種源地的羅布麻為材料，進(jìn)行不同濃度混合鹽堿脅迫處理，開展幼苗保護(hù)酶活性、可溶性蛋白和丙二醛含量等指標(biāo)的測定，利用隸屬函數(shù)法對不同種源地羅布麻幼苗的耐鹽性進(jìn)行綜合評價，以期為鹽堿地區(qū)羅布麻的栽培及鹽堿地改良提供理論依據(jù)。
1材料與方法
1.1試驗材料
參試種子分別采自第二師31團(tuán)和甘肅民勤2個種源地，在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗站日光溫室內(nèi)進(jìn)行種植與處理。
1.2試驗設(shè)計
2020年4月將羅布麻種子浸種至剛露白時，播種于花盆中。播種后澆蒸餾水以保持培養(yǎng)基質(zhì)濕潤，至2片子葉展開后，每天澆1/5倍的Hoagland完全營養(yǎng)液，當(dāng)長出3對葉時改澆1/2倍的營養(yǎng)液，在長出4對葉時開始澆完全營養(yǎng)液直至收獲植株。用KOH和H2SO4將營養(yǎng)液pH調(diào)至6.5±0.1。播種后2個月對幼苗進(jìn)行鹽堿脅迫處理。采用鹽堿混合脅迫，將2種中性鹽NaCl和Na2SO4，以及2種堿性鹽NaHCO3和NaCO3，按照1∶2∶1∶1質(zhì)量比例混合，濃度梯度設(shè)定為0、100mmol/L、200mmol/L、300mmol/L、400mmol/L共5個混合鹽堿處理。在處理后的第30天隨機取無機械損傷和無病蟲害的羅布麻幼苗葉片測定保護(hù)性酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，重復(fù)3次。
1.3測定項目及方法
生理指標(biāo)的測定參照李忠光[6]的方法測定葉片超氧陰離子含量和抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性，采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[7]測定可溶性蛋白質(zhì)含量，采用硫代巴比妥酸法[8]測定丙二醛（MDA）含量，采用NBT光還原法[9]測定超氧化物歧化酶（SOD）活性，采用愈創(chuàng)木酚法[10]測定過氧化物酶（POD）活性，采用紫外分光光度法[11]測定過氧化氫酶（CAT）活性。
隸屬函數(shù)計算用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對羅布麻保護(hù)酶活性的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，公式為
式中，X（ij）表示i種類j指標(biāo)的隸屬值；Xij表示i種類j指標(biāo)的測定值；Xjmax、Xjmin分別表示指標(biāo)的最大值和最小值。
采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法計算標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)Vj，公式為
對標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)進(jìn)行歸一化，得到各個羅布麻保護(hù)酶活性指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)Wj，公式為
依據(jù)權(quán)重系數(shù)計算羅布麻保護(hù)酶活性綜合評價D值，公式為
1.4數(shù)據(jù)分析
試驗數(shù)據(jù)采用Excel2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和制作圖表，運用DPS9.05統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行顯著性分析。
2結(jié)果與分析
2.1不同鹽堿脅迫對羅布麻幼苗葉片過氧化物酶活性的影響
從圖1可以看出，隨著混合脅迫濃度的增加，羅布麻葉片POD酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，且各濃度處理下，31團(tuán)羅布麻幼苗葉片POD酶活性均高于甘肅民勤羅布麻幼苗葉片。兩個種源地羅布麻葉片POD活性均在300mmol/L時達(dá)到最大值，分別為187.43U/g和54.90U/g。甘肅民勤羅布麻葉片POD酶活性從高濃度300mmol/L開始下降，而31團(tuán)羅布麻葉片POD活性降幅較小。
2.2不同鹽堿脅迫對羅布麻幼苗葉片超氧化物歧化酶活性的影響
從圖2可以看出，2個種源地羅布麻幼苗葉片SOD活性在不同脅迫濃度下呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。31團(tuán)和甘肅羅布麻幼苗葉片SOD活性均在200mmol/L濃度梯度下達(dá)到最大值，分別為75.99U/g和87.96U/g。31團(tuán)羅布麻幼苗葉片SOD活性在各濃度梯度下均高于甘肅民勤羅布麻幼苗葉片。400mmol/L高濃度脅迫下31團(tuán)羅布麻幼苗葉片SOD活性較200mmol/L和300mmol/L濃度分別減少12.30%和5.53%，較0和100mmol/L濃度梯度下的葉片SOD活性分別增加21.51%和1.43%。
2.3不同鹽堿脅迫對羅布麻幼苗葉片過氧化氫酶活性的影響
從圖3可以看出，2個種源地羅布麻幼苗葉片CAT活性在不同濃度梯度下變化趨勢相似，均隨鹽堿脅迫濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。31團(tuán)和甘肅民勤羅布麻幼苗葉片CAT活性在300mmol/L濃度梯度下達(dá)到最大值，分別為63.33U/g和61.79U/g。甘肅民勤羅布麻在中等濃度脅迫300mmol/L下的幼苗葉片CAT活性較高濃度脅迫400mmol/L和低濃度脅迫100mmol/L分別降低了1.43%和8.70%。31團(tuán)和甘肅種源地羅布麻幼苗葉片CAT活性均在300mmol/L濃度梯度開始下降，400mmol/L濃度梯度時CAT活性分別為62.44U/g和57.50U/g。羅布麻幼苗葉片對高濃度脅迫的抵抗能力較弱，隨著脅迫時間的推移，活性氧積累到一定程度，體內(nèi)逐漸合成CAT，清除活性氧，防止大分子物質(zhì)發(fā)生氧化作用。
2.4不同鹽堿脅迫對羅布麻幼苗葉片抗壞血酸過氧化物酶活性的影響
從圖4可以看出，2個種源地羅布麻幼苗葉片APX活性呈現(xiàn)相同的規(guī)律。31團(tuán)羅布麻幼苗葉片APX活性隨脅迫濃度的增加，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，拐點為300mmol/L濃度，達(dá)到最大值6.01U/g，后呈現(xiàn)降低趨勢。甘肅種源地羅布麻葉片APX活性隨脅迫濃度的增加，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，拐點同樣為300mmol/L濃度，達(dá)到最大值7.70U/g。
2.5不同鹽堿脅迫對羅布麻幼苗葉片超氧陰離子的影響
植物細(xì)胞在其生命活動過程中，由于葉綠體、線粒體和質(zhì)膜上隨時都發(fā)生著電子傳遞過程中電子的泄露，因而不可避免地會產(chǎn)生大量的活性氧，如超氧陰離子自由基等[12-13]。在正常情況下，植物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和消除之間處于動態(tài)平衡狀態(tài)。受到脅迫時，細(xì)胞中電子傳遞系統(tǒng)受阻，自由基生成增加或清除自由基的能力減弱，打破了自由基產(chǎn)生與清除的平衡[14-15]。從圖5可以看出，2個種源地羅布麻幼苗葉片超氧陰離子含量隨脅迫濃度的增加，表現(xiàn)出相同的趨勢。31團(tuán)羅布麻葉片超氧陰離子含量隨脅迫濃度的增加，呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，在400mmol/L濃度時，達(dá)到最大值209.11nmol/g，較0濃度處理增加了84.11%。甘肅種源地葉片超氧陰離子含量隨脅迫濃度的增加，也呈現(xiàn)持續(xù)遞增趨勢，在0鹽濃度時含量最小，為108.58nmol/g，200mmol/L、300mmol/L和400mmol/L濃度梯度下的葉片超氧陰離子含量分別較0濃度時增加了14.32%、25.57%和33.24%，且各濃度間存在明顯差異。
2.6不同鹽堿脅迫對羅布麻幼苗葉片丙二醛含量的影響
丙二醛含量是植物細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度的體現(xiàn)。從圖6可以看出，31團(tuán)和甘肅民勤羅布麻幼苗葉片MDA含量均隨脅迫濃度的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。31團(tuán)和甘肅民勤羅布麻幼苗葉片MDA含量均在400mmol/L濃度達(dá)到最大值，分別為21.83μmol/g和21.31μmol/g。400mmol/L濃度31團(tuán)羅布麻幼苗葉片MDA含量較其余各濃度羅布麻幼苗葉片MDA含量分別高15.74%、9.91%、5.92%和4.35%。400mmol/L濃度甘肅羅布麻幼苗葉片MDA含量較其余各濃度羅布麻幼苗葉片MDA含量分別高29.22%、16.06%、12.09%和11.39%。
2.7不同鹽堿脅迫對羅布麻幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響
從圖7可以看出，2個種源地羅布麻幼苗葉片蛋白質(zhì)含量隨濃度的增加表現(xiàn)相同的規(guī)律，且甘肅民勤羅布麻幼苗葉片可溶性蛋白含量增加幅度高于31團(tuán)。31團(tuán)幼苗葉片蛋白質(zhì)含量在400mmol/L濃度達(dá)到最大值，為60.75mg/g，其余濃度梯度由小到大較其分別減少10.20%、8.60%、5.10％和1.04%，且各處理之間存在明顯差異。甘肅民勤幼苗葉片蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢，在400mmol/L時達(dá)到最大值，為73.61mg/g，較其余濃度分別增加34.39%、19.82%、13.87％和11.85%。
2.8不同種源羅布麻幼苗耐鹽性綜合評價
對不同種源羅布麻耐鹽性采用隸屬函數(shù)法進(jìn)行分析，求出綜合評價D值，綜合評價值越大，代表耐鹽堿性越好。從附表可以看出，甘肅民勤羅布麻幼苗綜合綜合得分最高，為0.714，31團(tuán)較低，為0.285。因此，甘肅民勤羅布麻幼苗耐鹽堿性比31團(tuán)好。
3討論
植物在受到鹽脅迫時，其體內(nèi)抗氧化酶活性與其耐鹽性密切相關(guān)[16]。SOD和POD是植物在逆境脅迫中體內(nèi)重要的保護(hù)酶系統(tǒng)，是清除活性氧傷害的重要指標(biāo)[17]。王雷等[18]研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽堿脅迫濃度的增加，羅布麻幼苗葉片SOD活性和POD活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，這與本研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果表明，隨著鹽堿脅迫濃度的增加，2個種源地羅布麻幼苗葉片SOD活性和POD活性都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。分析認(rèn)為羅布麻幼苗葉片對高濃度脅迫的抵抗能力較弱，隨著脅迫時間的推移，保護(hù)類酶積累到一定程度，在體內(nèi)會逐漸下降。徐振朋等[19]研究發(fā)現(xiàn)，隨著PEG脅迫濃度的升高，幼苗CAT活性呈現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢。本研究結(jié)果表明，隨著鹽堿脅迫濃度的升高，不同種源地羅布麻幼苗葉片CAT活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。這與前人研究結(jié)果不一致，究其原因可能是因為CAT活性是植物體脅迫早期的指標(biāo)之一，對不同脅迫的敏感程度不一樣所導(dǎo)致的。
附表 鹽堿脅迫下不同種源羅布麻幼苗耐鹽堿性綜合評價
植物在不利于其生長的鹽堿環(huán)境和衰老的情況下，都會造成植物細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷，引起膜脂過氧化反應(yīng)，MDA含量是膜脂過氧化反應(yīng)的主要產(chǎn)物之一，通常丙二醛含量的多少在一定程度能夠反映膜損傷程度的大小[20-21]。荊瑞英等[22]研究發(fā)現(xiàn)，羅布麻隨鹽堿脅迫濃度增高M(jìn)DA含量均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。本研究結(jié)果表明，在不同濃度脅迫下，不同種源地羅布麻幼苗隨著脅迫時間的延長，各脅迫濃度丙二醛含量均逐漸增大，且隨著濃度的增大，丙二醛含量越高。這與前人的研究得出的結(jié)論不一致，可能是試驗鹽堿脅迫處理鹽脅迫濃度不一樣的原因所造成的。
隸屬函數(shù)方法作為一種有效的方法已廣泛應(yīng)用于辣椒[23]、蘋果[24]、番茄[25]等植物上進(jìn)行抗逆性鑒定，孫凱等[26]在研究甘薯耐鹽性中發(fā)現(xiàn)，運用隸屬函數(shù)法能全面反映其不同品種的耐鹽特性，綜合評價值越大，表明耐鹽性越強，反之耐鹽性越弱。本研究通過測定不同種源地羅布麻在不同濃度混合鹽堿脅迫下的生理指標(biāo)的變化，利用隸屬函數(shù)法綜合評價不同種源羅布麻幼苗在混合鹽堿脅迫下的耐鹽堿性，甘肅民勤羅布麻生理指標(biāo)綜合評價值最大，表明甘肅民勤羅布麻抗鹽堿能力強于31團(tuán)。
4結(jié)論
甘肅民勤和31團(tuán)2個種源地的羅布麻幼苗葉片POD、SOD、CAT和APX活性均隨鹽堿脅迫濃度的增大而升高，不同滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)也呈現(xiàn)相同趨勢。通過隸屬函數(shù)法對不同種源地羅布麻幼苗耐鹽堿能力進(jìn)行綜合評價得出，甘肅民勤羅布麻抗鹽堿能力強于31團(tuán)，這為鹽堿地區(qū)羅布麻的栽培及鹽堿地改良提供了理論依據(jù)。
文章摘自：嚴(yán)媚欣，白茹，崔金霞，張岳瓊，王春芳，吳佩，邴政，金波.混合鹽堿脅迫對羅布麻生理特性的影響[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，2021(08):153-157.
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