盐碱胁迫下外源抗坏血酸对海滨锦葵的调节效应

来源:用户上传      作者:

　　摘要    为研究外源抗坏血酸对盐碱胁迫下海滨锦葵生长与离子富集的调节效应，利用NaCl、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO4配制成4种浓度为30 mmol/kg的盐碱土壤栽培海滨锦葵，对幼苗喷施0.5、1.5 mmol/L浓度的抗坏血酸，测定了植株的生长指标、组织Na+浓度与离子转运系数等。结果表明，外源抗坏血酸对盐碱胁迫下海滨锦葵的生长抑制具有一定缓解作用，其中1.5 mmol/L抗坏血酸对地径、干重的缓解更显著;外源抗坏血酸对不同盐碱土中海滨锦葵的Na+富集与Na+转运的影响存在差异，但1.5 mmol/L抗坏血酸的调控效应相对较明显。
　　关键词    海滨锦葵;盐碱胁迫;抗坏血酸;生长;离子富集
　　中图分类号    S156.4        文献标识码    A
　　文章编号   1007-5739（2020）03-0171-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）
　　Regulating  Effect  of  Exogenous  Ascoribic  Acid  on  Kosteletzkya  virginica  Under  Salina-alkali  Stress
　　DAI Yue-meng 1，2    ZHOU Jian 1，2 *
　　（1 School of Horticulture and Landscape Architecture，Henan Institute of Science and Technology，Xinxiang Henan 453003;
　　2 Henan Province Engineering Center of Horticultural Plant Resource Utilization and Germplasm Enhancement）
　　Abstract    In order to study the regulating effect of exogenous ascorbic acid on growth and sodium ion accumulation of Kosteletyzkya virginica in saline-alkali soil，NaCl，Na2CO3，NaHCO3 and Na2SO4 were used to prepare salina-alkali soil（concentration of 30 mmol/kg） for cultivation of Kosteletyzkya virginica.The ascorbic acid at 0.5 mmol/L and 1.5 mmol/L concentrations was sprayed respectively on leaves of K. virginica plants in this research，then the growth index，Na+ concentration and ion transport coefficient of these treated plants were determined.The results showed that exogenous ascorbic acid could alleviate the growth inhibition of K. virginica under the saline-alkali stress，while the alleviations on stem diameter and dry weight from 1.5 mmol/L treatment were more significant than those from 0.5 mmol/L treatment.There were differences of Na+ enrichment and Na+ transport in K. virginica plants among four kinds of saline-alkali soil，but the regulations from 1.5 mmol/L ascorbic acid were basically more effective than that from 0.5 mmol/L treatment.
　　Key words    Kosteletyzkya virginica;saline-alkali stress;ascorbic acid;growth;ion accumulation
　　當前，土壤盐碱化是世界性的环境问题，分布范围广，严重影响了植物生长和农作物的产量[1-2]。我国是盐碱地大国，广泛分布于西北地区、东北地区以及沿海地区，各类盐碱土总面积达到9 913.3 hm2，成为威胁农业发展和生态环境的重大非生物胁迫因素之一[3]。土壤盐分对植物形成有直接影响，如抑制种子萌发及干扰植物代谢、光合作用等，进而影响植物生长发育，甚至造成植物萎蔫死亡或产量下降。因此，选用耐盐碱能力强的植物或利用外源手段调节植物耐盐性，以此来改善盐碱地生态功能与提高盐碱地经济产出已成为重要的农业发展方向[4]。星星草是一种优良的牧草，耐盐性极强，能耐1.0%的NaCl溶液浇灌，成为盐生草甸的建群种[5]。白颖苔草耐盐阈值达到263 mmol/L，盐胁迫抗性强，在盐碱地生长具有明显的优势，具有较强的环境改善能力[6]。作为一种盐生经济植物，低盐碱地可促进碱地肤的生长;高盐碱条件下，碱地肤生长受到一定程度抑制[7]。 　　海滨锦葵（Kosteletyzkya virginica），原产于美国东部沿海地区的含盐沼泽地带，是多年生宿根草本植物，具极强的抗盐能力，在2.5%盐水浇灌下，种子产量可达到0.8～1.5 t/hm2 [8]。海滨锦葵种子含有丰富的油脂和蛋白质，有“生物柴油”的美称;地下块根膨大，富含糖类、总黄酮、皂苷等，可以作为饲料、保健品和其他工业用途的原料;花期长，花大而艳丽，具有很好的优化海滨地区景观作用[9-10]。1993年，南京大学将海滨锦葵引入我国，用于海滨盐土开发利用[11]。目前，对海滨锦葵的抗盐性机制的系统研究比较深入[12-13]。在引种发展过程中，海滨锦葵在海滨盐土表现出较高的生态适应性与经济效益。
　　抗坏血酸（Ascorbic Acid，简称AsA），又称维生素C，是在植物体内普遍存在的非酶促抗氧化物质，可有效去除植物体内O2-、-OH、H2O2等活性氧（ROS），缓解氧化毒害[14]，提高植物的抗逆性。近年来，抗坏血酸在提高植物抗性方面有广泛的应用。在铝胁迫下，对水稻叶片喷施2 mmol/L的抗坏血酸，可降低叶片内H2O2的含量，提高叶绿素含量，促进水稻受胁迫植株的生长[15]。与水稻相似，对铝毒害的大麦幼苗喷施0.25 mmol/L AsA，可显著提高植株体内抗氧化酶活性，有效缓解铝毒害对大麦的生长抑制[16]。马彦霞等[17]研究发现，外源抗坏血酸能有效缓解番茄幼苗的自毒作用，促进幼苗主根和上胚轴的生长，维持植株正常的生理功能。此外，在正常生长条件下，外源抗坏血酸能促进烟草细胞分裂，减轻细胞膜脂过氧化，明显延缓细胞衰老[18]，成为有效的烟草生长调节剂。
　　因此，本试验通过在盐碱胁迫下对海滨锦葵幼苗喷施抗坏血酸，初步探索抗坏血酸对海滨锦葵盐碱胁迫损伤的缓解效应，为海滨锦葵在盐碱地的推广应用提供参考。
　　1    材料与方法
　　1.1    试验材料
　　供试海滨锦葵种子由南京大学盐生植物实验室提供。
　　1.2    试验设计
　　试验设4个盐碱土处理，即称取普通园土，与NaCl、Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3混合配置成4种30 mmol/kg的盐碱土，即NaCl（A1）;NaCl∶Na2SO4∶Na2CO3∶NaHCO3=4∶8∶1∶1（A2）;NaCl∶Na2SO4∶Na2CO3∶NaHCO3=8∶4∶1∶1（A3）;Na2CO3∶NaHCO3=1∶1（A4），以空白处理为正对照（CK）。设2个抗坏血酸喷施处理，分别为0.5 mmol/L（B1）、1.5 mmol/L（B2），以不喷施抗坏血酸为负对照（CK0）。
　　1.3    试验方法
　　将配置好的土壤分别装入口径12 cm、高11 cm的栽培钵中，每个处理6钵，一并放入长54 cm、宽26 cm、高12 cm的塑料白盆中，并做好标记。选择饱满的海滨锦葵种子，用浓硫酸处理30 min;随后用清水快速冲洗，并用温水浸泡24 h;最后用湿沙催芽。待露白种子达到1/3时进行播种。每个栽培钵播种5粒，播后浇透水1次。幼苗出土30 d后，对幼苗分别喷施0.5、1.5 mmol/L抗坏血酸，每周喷1次，连续喷施9次。
　　1.4    指标测定
　　1.4.1    植株生长指标的测定。待处理完成以后，从每个处理中选出具有代表性的植株，用游标卡尺（精确到千分位）和直尺（cm）分别测量植株的地径和株高。随后，将样株从栽培钵中移出，在水中缓慢清洗植株根部，尽量减少对根系的损伤。用吸水纸吸干清洗干净的植株的表面水分。随即用剪刀将植株根、茎、叶剪切分离，置入烘箱中，于80 ℃条件下烘干至恒重。最后，使用1/1 000电子天平测定植物干组织质量。重复5次。
　　1.4.2    钠离子浓度测定。取烘干植物组织0.1～0.2 g，放入研钵中充分研磨。将研磨组织置入消解罐中，并加入7 mL浓硝酸、2 mL双氧水、2 mL高氯酸，放入微波消解仪于165 ℃、5 W下消解30 min;消解完成后，将消解液转移至聚四氯乙酸烧杯，在170 ℃电热板上赶酸，除去氯气;待消解液赶酸至黄豆大小，用0.2%的稀硝酸溶液定容至25 mL，于50 mL离心管内保存。最后用Optima 2100DV电感耦合等离子发射光谱仪测定样品Na+含量。重复3次。
　　1.4.3    钠离子转运系数的计算。植物组织钠离子转运系数由以下公式计算：
　　钠离子转运系数=上部位置Na+含量/下部位置Na+含量
　　1.5    数据统计与分析
　　用Excel 2010数据分析软件进行数据分析与制图;用SPSS 21.0进行方差分析，在α=0.05水平下进行Duncan多重比较。
　　2    結果与分析
　　2.1    外源抗坏血酸对盐碱胁迫下海滨锦葵生长特性的影响
　　在试验中，对株高而言，喷施抗坏血酸对处理A1、A2、A3、A4等4种盐碱土植株有不同程度的影响，见图1（a）。在0.5 mmol/L处理中，喷施措施对处理A2、A3盐碱土植株株高起促进作用，其中处理A3盐碱土植株增幅最大，分别较CK、CK0高11.58%、24.12%;喷施措施抑制处理A1、A4盐碱土植株株高生长，处理A4盐碱土植株的抑制最显著，低于CK0 12.57%。在浓度为1.5 mmol/L时，喷施措施对处理A1、A2、A3等盐碱土植株株高大致起促进作用，其中处理A1盐碱土植株促进最明显，分别较CK、CK0高7.61%、7.53%。
　　对地径而言，外源抗坏血酸对处理A1、A2、A3、A4等4种盐碱土植株影响不显著，见图1（b）。0.5 mmol/L抗坏血酸对处理A3盐碱土植株地径促进最明显，分别较CK、CK0高18.86%、17.41%;喷施1.5 mmol/L抗坏血酸，处理A2盐碱土植株地径的促进作用最大，分别较CK、CK0增加19.37%、23.79%。2种处理浓度对处理A4盐碱土植株的地径生长均有抑制作用，0.5 mmol/L处理植株低于CK0 13.57%;1.5 mmol/L处理植株分别较CK、CK0低6.34%、14.38%。 　　外源抗坏血酸对盐碱土植株干重大致起促进作用，见图1（c）。在0.5 mmol/L处理中，处理A1盐碱土植株干重增加幅度最大，分别较CK、CK0高13.48%、27.00%;对处理A2盐碱土植株的抑制最显著，低于CK0 37.31%。抗坏血酸浓度为1.5 mmol/L时，对胁迫植株干重的促进程度高于0.5 mmol/L处理，其中处理A1盐碱土植株干重的增幅最大，分别较CK、CK0增加74.21%、94.97%;而处理A4盐碱土植株干重略呈抑制趋势，分别较CK、CK0低28.95%、14.77%。
　　2.2    外源抗坏血酸对盐碱胁迫下植株组织Na+浓度的影响
　　在试验中，0.5、1.5 mmol/L抗坏血酸处理对海滨锦葵根部Na+富集影响存在差异，见图2（a）。0.5 mmol/L抗坏血酸促进处理A3、A4盐碱土植株根部Na+富集，其中处理A4盐碱土植株促进作用最显著，分别较CK、CK0高108.60%、14.07%;抑制处理A1、A2盐碱土植株根部钠离子富集，且对处理A2盐碱土植株的抑制较显著，分别较CK、CK0低75.13、85.61%。在1.5 mmol/L处理中，喷施措施对海滨锦葵根系Na+富集大致呈现促进趋势，其中对处理A4盐碱土植株的促进作用最显著，高于CK0 81.05%;对处理A2盐碱土植株根系离子富集的抑制最强，低于CK0 59.83%。
　　在抗坏血酸喷施处理下，植株茎部Na+富集存在一定差异，见图2（b）。在0.5 mmol/L抗坏血酸处理中，处理A1盐碱土植株茎部离子富集促进效果最显著，其离子浓度高于CK0 33.65%;处理A2盐碱土植株茎Na+富集抑制最明显，低于CK0值23.57%。在1.5 mmol/L时，喷施措施促进处理A1、A4盐碱土植株茎离子富集，处理A1盐碱土植株的促进幅度最大，离子浓度高于CK0 68.06%;处理A2盐碱土植株茎Na+富集呈抑制趋势，离子浓度低于CK0 16.64%。
　　在盐碱胁迫土壤中海滨锦葵叶的Na+浓度均高于正常处理植株。在0.5 mmol/L处理中，抗坏血酸对海滨锦葵植株叶中Na+富集的影响存在一定差异，见图2（c）。其中，对处理A2盐碱土植株的促进作用最明显，分别较CK、CK0高468.64%、64.59%;对处理A3、A4盐碱土植株叶片中钠离子富集形成抑制，其中处理A4抑制最大，低于CK0值53.55%。在1.5 mmol/L处理中，抗坏血酸抑制了植株叶部钠离子富集，其中对处理A1盐碱土植株的影响最小，低于CK0 19.11%;处理A3盐碱土对植株的影响最大，低于CK0 42.51%。
　　2.3    外源抗坏血酸对植株Na+转运系数的影响
　　在试验中，喷施抗坏血酸对海滨锦葵叶/茎离子转运系数的影响存在差异，见图3（a）。0.5 mmol/L抗坏血酸促进处理A1、A2盐碱土植株Na+叶/茎转运，其转运系数分别较CK0高61.34%、109.20%;而处理A3、A4盐碱土植株离子转运受到抑制，分别较CK0低57.89%、42.34%。在1.5 mmol/L处理中，抗坏血酸对处理A1、A3、A4盐碱土植株离子转运形成抑制，其中处理A1盐碱土对植株的影响最大，低于CK0 51.87%。
　　对于茎/根Na+转运而言，外源抗坏血酸对处理A1、A2、A3盐碱土植株起促进作用，对处理A4盐碱土对植株形成抑制，见图3（b）。在0.5、1.5 mmol/L处理中，喷施措施对处理A2盐碱土植株的促进效果最显著，分别较CK0高380.97%、107.53%;而处理A4盐碱土植株的钠离子转运系数呈下降趋势，分别较CK0低20.56%、34.54%。
　　在试验中，喷施抗坏血酸对海滨锦葵植株根/土壤Na+转运系数的影响存在差异，见图3（c）。在0.5 mmol/L处理中，抗坏血酸促进处理A2、A3盐碱土植株离子转运，其中对处理A2盐碱土植株的影响最大，其轉运系数高于CK0 43.91%;处理A1、A4盐碱土植株离子转运受到抑制，其中处理A2植株受影响最明显，其Na+转运系数低于CK0 59.94%。在1.5 mmol/L处理中，喷施措施促进处理A1、A2盐碱土植株Na+转运，其中处理A2盐碱土植株影响最大，其转运系数高于CK0 301.72%;处理A3、A4盐碱土植株Na+转运受到抑制，其中处理A4植株抑制作用最强，其离子转运系数低于CK0 34.54%。
　　3    结论与讨论
　　3.1    外源抗坏血酸对盐碱胁迫下海滨锦葵生长特性的影响
　　在试验中，喷施抗坏血酸对盐碱胁迫下海滨锦葵生长抑制，尤其是对地径、干重的抑制具有缓解作用，这与抗坏血酸对燕麦[19]、黄芩[20]、番茄幼苗[21]的调节效应相似。外源抗坏血酸调控盐碱胁迫下海滨锦葵幼苗生长的作用：一是提高植株体内可溶性糖和脯氨酸等渗透调节物质，并以此来缓解盐碱对植株形成的水分渗透胁迫[20-22];二是增强酶促或非酶促抗氧化途径的效率，从而有效清除产生的活性氧，减轻盐碱胁迫形成的氧化毒害[23]。研究发现，0.5 mmol/L抗坏血酸是提高盐胁迫下黄芩幼苗抗盐性的最适浓度[20]，20 mg/L抗坏血酸对海水胁迫下油菜生长抑制的缓解效果最好[22];本试验中，高浓度抗坏血酸（1.5 mmol/L）对盐碱胁迫下海滨锦葵生长抑制的缓解效果较低浓度（0.5 mmol/L）更好，可能是因为植物种间差异与生理特性不同所导致，具体作用机理有待进一步研究。
　　3.2    外源抗坏血酸对盐碱胁迫下海滨锦葵植株离子富集与转移的影响
　　在盐胁迫下，细胞内积累的活性氧能直接改变膜脂和膜蛋白的结构[24]，进而影响膜的透性及对离子的吸收、转运。喷施外源抗坏血酸可提高植株体内抗氧化酶活性，可有效清除活性氧，降低膜质过氧化伤害，保持细胞膜结构和功能的完整性[21，25]，在一定程度保持植株对离子的吸收与转运，提高其盐碱耐受性。本试验中，外源抗坏血酸对不同盐碱土中海滨锦葵根、茎、叶Na+富集与Na+转运的影响存在差异，有的表现为促进，部分存在抑制。这应该与盐碱土类型有关，其盐分种类及盐分配比存在差异，导致盐碱土间化学性质不同，从而对海滨锦葵形成的胁迫危害存在差异;同时，不同浓度的外源抗坏血酸清除海滨锦葵体内活性氧、保护细胞膜完整的能力不同，从而导致外源抗坏血酸对海滨锦葵盐碱胁迫植株的Na+富集与Na+转运的调控效应存在差异性。 　　4    参考文献
　　[1] MAHAJAN S，TUTEJA N.Cold，salinity and drought stresses：an over view[J].Archives of Biochemistry and Biophysics，2005，444（2）：139-158.
　　[2] MUNNS R，TESTER M.Mechanisms of salinity tolerance[J].Plant Biology，2008，59（1）：651-681.
　　[3] 李彬，王志春，孙志高，等.中国盐碱地资源与可持续利用研究[J].干旱地区农业研究，2005，23（2）：154-156.
　　[4] 张磊，侯云鹏，王立春.盐碱胁迫对植物的影响及提高植物耐盐碱性的方法[J].东北农业科学，2018，43（4）：11-16.
　　[5] 张立宾，刘玉新，张明兴.星星草的耐盐能力及其对滨海盐渍土的改良效果研究[J].山东农业科学，2006（4）：40-42.
　　[6] 张昆，李明娜，曹世豪，等.白颖苔草对不同浓度NaCl胁迫的响应及其耐盐阈值[J].草业科学，2017，34（3）：479-487.
　　[7] 赵龙.盐生植物碱地肤耐盐生理及分子机制研究[D].长春：东北师范大学，2018.
　　[8] RUAN C J，QIN P，CHEN J W，et al.Analysis of nutritive compositions in the seeds of Kosteletzkya virginica[J].Acta Agronomica Sinica，2004，30（9）：901-905.
　　[9] 聂小安，蒋剑春，高一苇，等.海滨锦葵油生物柴油的制备及性能分析[J].南京林业大学学报（自然科学版），2008（1）：72-74.
　　[10] 孙建国，张焕仕，宰学明，等.耐盐经济植物海滨锦葵综合利用研究进展[J].江苏农业科学，2015，43（10）：440-442.
　　[11] 徐国，万钦佩，谢民，等.海滨锦葵（Kostelezkya virginica）的引种生态学研究[J].南京大学学报（自然科学版），1996（2）：90-96.
　　[12] 任燕燕，连俊方，闫道良.施氮对海滨锦葵盐胁迫下生物量分配特征及其关联的影响[J].东北林业大学学报，2012，40（6）：52-54.
　　[13] 闫道良，余婷，徐菊芳，等.盐胁迫对海滨锦葵生长及Na+、K+离子积累的影响[J].生态环境学报，2013，22（1）：105-109.
　　[14] NOCTOR G，FOYER C H.Ascorbate and glutathione：keeping active oxygen under control[J].Plant Molecular Biology，1998，49：249-279.
　　[15] 周小華，谷照虎，徐慧妮，等.外源抗坏血酸AsA对铝胁迫下水稻光合特性的影响[J].扬州大学学报（农业与生命科学版），2015，36（3）：73-78.
　　[16] 郭天荣.外源抗坏血酸对铝毒害大麦幼苗的缓解效应[J].麦类作物学报，2012，32（5）：895-899.
　　[17] 马彦霞，张玉鑫，胡琳莉，等.外源抗坏血酸对番茄自毒作用的缓解效应[J].农业环境科学学报，2015，34（7）：1247-1253.
　　[18] 黄文敏，邢伟，李敦海，等.外源抗坏血酸对烟草细胞生长及衰老的影响[J].农业环境科学学报，2006（5）：1157-1161.
　　[19] 董秋丽，夏方山，丁荷星，等.外源抗坏血酸引发促进Na2SO4胁迫下燕麦幼苗的生长[J].草业科学，2018，35（3）：558-565.
　　[20] 江绪文，李贺勤，王建华.盐胁迫下黄芩种子萌发及幼苗对外源抗坏血酸的生理响应[J].植物生理学报，2015，51（2）：166-170.
　　[21] 冉国栋.外源抗坏血酸对Ca（NO3）2胁迫下番茄幼苗生理特性的影响[J].青海农林科技，2015（3）：17-20.
　　[22] 范美华，张义鑫，石戈，等.外源抗坏血酸对油菜种子在海水胁迫下萌发生长的影响[J].中国油料作物学报，2009，31（1）：34-38.
　　[23] 石永春，杨永银，薛瑞丽，等.植物中抗坏血酸的生物学功能研究进展[J].植物生理学报，2015，51（1）：1-8.
　　[24] 陈沁，刘友良，陈亚华.盐胁迫下大麦叶片的活性氧伤害与液泡膜H+-ATPase活性的关系[J].南京农业大学学报，1998（3）：24-28.
　　[25] 何文亮，黄承红，杨颖丽，等.盐胁迫过程中抗坏血酸对植物的保护功能[J].西北植物学报，2004（12）：2196-2201.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15141293.htm