以日本引进的设施专用耐盐茄(Solanum melongena)品种‘Torvum Vigor’为砧木, 栽培茄(S. torvum)品种‘苏崎茄’为接穗, 用营养液栽培, 对80 mmol•L-1 Ca(NO3)2胁迫下茄子嫁接苗和自根苗叶片抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统中抗氧化酶活性和抗氧化物及H2O2含量进行比较。结果表明, Ca(NO3)2胁迫下茄子幼苗叶片H2O2含量有所增加, 但嫁接苗叶片H2O2含量显著低于自根苗。Ca(NO3)2胁迫下嫁接苗叶片抗氧化酶(APX、DHAR和GR)活性、AsA和GSH再生率、氧化还原力(AsA/DHA值和GSH/GSSG值)均显著高于自根苗。综上所述, Ca(NO3)2胁迫下嫁接苗保持良好的AsA-GSH循环效率, 清除H2O2效率较高, 细胞受氧化损伤程度较轻, 表现出较强的耐盐性。
Aims Oxidative stress is one of the responses of plants to salt stress, which causes the production of hydrogen peroxide (H2O2). Plants grafted on salt resistant rootstocks could improve their tolerance to salt stress because of the vigorous root system of rootstocks. However, little is known about the relationship between salt tolerance of grafted plants and the scavenging system of H2O2under Ca(NO3)2 stress. Our objective was to investigate the mechanism and roles of ascorbate-glutathione metabolism system in salt tolerance of grafted eggplant under Ca(NO3)2 stress, including ascorbate pool, glutathione pool and the activities of antioxidant enzymes. Methods We grafted cultivar ‘Suqi qie’ (Solanum melongena) onto rootstock of ‘Torvum Vigor’ (S. torvum), which is a salt tolerant cultivar introduced from Japan. We compared leaves of hydroponically-grown grafted and own-root eggplant seedlings grown under 80 mmol•L-1 Ca(NO3)2 stress for changes of antioxidant enzyme activities, contents of antioxidants in ascorbate-glutathione cycle metabolism and content of H2O2. Important findings Under Ca(NO3)2 stress, H2O2 content increased in leaves of eggplant seedlings and was significantly lower in leaves of grafted seedlings than own-root seedlings. Also, activities of antioxidant enzymes (APX, DHAR and GR), regenerating rates of AsA and GSH and redox statuses (ratios of AsA/DHA and GSH/GSSG) were significantly higher in leaves of grafted seedlings than own-root seedlings. We concluded that grafted eggplant seedlings had efficient metabolism of ascorbate-glutathione cycle, which scavenged the H2O2 rapidly to alleviate the oxidative damage of Ca(NO3)2 stress; therefore, grafted seedlings had a stronger tolerance to salt stress.
全 文 :植物生态学报 2008, 32 (5) 1023~1030
Journal of Plant Ecology (Chinese Version)
——————————————————
收稿日期: 2007-11-05 接受日期: 2008-02-21
基金项目: 教育部高校博士点基金(20030307020)和江苏省科技厅资助项目(BC2003306 和 BE2002304)
* 通讯作者 Author for correspondence Email: ylzhu @njau.edu.cn
硝酸钙胁迫对营养液栽培嫁接茄子叶片
抗坏血酸-谷胱甘肽循环的影响
魏国平 朱月林* 刘正鲁 张古文 杨立飞
(南京农业大学园艺学院,南京 210095)
摘 要 以日本引进的设施专用耐盐茄(Solanum melongena)品种‘Torvum Vigor’为砧木, 栽培茄(S. torvum)品
种‘苏崎茄’为接穗, 用营养液栽培, 对80 mmol·L–1 Ca(NO3)2胁迫下茄子嫁接苗和自根苗叶片抗坏血酸-谷胱甘
肽循环系统中抗氧化酶活性和抗氧化物及H2O2含量进行比较。结果表明, Ca(NO3)2胁迫下茄子幼苗叶片H2O2含量
有所增加, 但嫁接苗叶片H2O2含量显著低于自根苗。Ca(NO3)2胁迫下嫁接苗叶片抗氧化酶(APX、DHAR和GR)活
性、AsA和GSH再生率、氧化还原力(AsA/DHA值和GSH/GSSG值)均显著高于自根苗。综上所述, Ca(NO3)2胁迫下
嫁接苗保持良好的AsA-GSH循环效率, 清除H2O2效率较高, 细胞受氧化损伤程度较轻, 表现出较强的耐盐性。
关键词 嫁接茄子 Ca(NO3)2胁迫 抗坏血酸-谷胱甘肽循环 营养液栽培
EFFECTS OF CALCIUM NITRATE STRESS ON ASCORBATE-GLUTATHIONE
CYCLE METABOLISM IN LEAVES OF HYDROPONICALLY-GROWN GRA-
FTED EGGPLANT SEEDLINGS
WEI Guo-Ping, ZHU Yue-Lin*, LIU Zheng-Lu, ZHANG Gu-Wen, and YANG Li-Fei
College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
Abstract Aims Oxidative stress is one of the responses of plants to salt stress, which causes the
production of hydrogen peroxide (H2O2). Plants grafted on salt resistant rootstocks could improve
their tolerance to salt stress because of the vigorous root system of rootstocks. However, little is
known about the relationship between salt tolerance of grafted plants and the scavenging system of
H2O2 under Ca(NO3)2 stress. Our objective was to investigate the mechanism and roles of
ascorbate-glutathione metabolism system in salt tolerance of grafted eggplant under Ca(NO3)2 stress,
including ascorbate pool, glutathione pool and the activities of antioxidant enzymes.
Methods We grafted cultivar ‘Suqi qie’ (Solanum melongena) onto rootstock of ‘Torvum Vigor’ (S.
torvum), which is a salt tolerant cultivar introduced from Japan. We compared leaves of
hydroponically-grown grafted and own-root eggplant seedlings grown under 80 mmol·L–1 Ca(NO3)2
stress for changes of antioxidant enzyme activities, contents of antioxidants in ascorbate-glutathione
cycle metabolism and content of H2O2.
Important findings Under Ca(NO3)2 stress, H2O2 content increased in leaves of eggplant seedlings
and was significantly lower in leaves of grafted seedlings than own-root seedlings. Also, activities of
antioxidant enzymes (APX, DHAR and GR), regenerating rates of AsA and GSH and redox statuses
(ratios of AsA/DHA and GSH/GSSG) were significantly higher in leaves of grafted seedlings than
own-root seedlings. We concluded that grafted eggplant seedlings had efficient metabolism of
ascorbate-glutathione cycle, which scavenged the H2O2 rapidly to alleviate the oxidative damage of
Ca(NO3)2 stress; therefore, grafted seedlings had a stronger tolerance to salt stress.
Key words grafted eggplant, Ca(NO3)2 stress, ascorbate-glutathione cycle, hydroponically-grown
DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.05.007
1024 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 32 卷
近年来, 茄子(Solanum melongena)设施生产
得到了快速发展, 种植面积不断增加。但是, 一方
面, 由于长季节栽培的设施内长年得不到雨水的
淋洗以及土壤水分的蒸发, 使设施内土壤水分平
衡和生态环境受到破坏; 另一方面, 由于生产者
粗放的肥水管理和过量化学肥料的施用, 导致设
施土壤次生盐渍化现象严重 (Kitamura et al.,
2006; Ju et al., 2007)。研究表明, 设施盐渍化土壤
的盐分组成特点与滨海及内陆盐土不同, 其主要
阳离子为Ca2+, 主要阴离子为NO3¯(占总阴离子
的67%~76%)(李廷轩等, 2001; 杨凤娟等, 2005)。
蒋廷惠等(2006)也报道, 设施土壤盐渍化导致连
作障碍的特征为土壤Ca(NO3)2的过量积累, 而区
别于其它盐碱土的成分。
目前, 研究人员试图通过基因工程和分子生
物学方法来提高植物的耐盐性, 由于植物耐盐性
是多基因调控的数量性状, 分子育种的效果并不
理想(Cuartero & Fernandez-Munoz, 1998; Foolad,
1999; Kashyap et al., 2003)。国外研究表明, 利用
耐盐砧木进行嫁接栽培是提高蔬菜耐盐性的一条
有效途径(Fisarakis et al., 2001)。我国茄子嫁接栽
培起步迟, 尚未在生产上大面积应用(刘正鲁等 ,
2007)。
在嫁接茄子的耐盐生理研究方面, 尽管已有
少量报道, 但主要集中在NaCl胁迫对膜脂过氧化
和抗氧化酶活性影响方面(白丽萍等, 2005; 刘正
鲁等, 2007), 对Ca(NO3)2胁迫所引起的生理生化
变化, 国内外尚鲜有报道。在植物逆境生理和耐
盐生理生态研究中 , 抗坏血酸-谷胱甘肽循环系
统在植物抵抗氧化胁迫、清除活性氧自由基方面
具有重要作用, 抗坏血酸与还原型谷胱甘肽水平
的高低与植物的抗逆性密切相关 (陈坤明等 ,
2004a)。本试验以营养液栽培茄子嫁接苗和自根
苗为试材 , 对Ca(NO3)2胁迫下两者在抗坏血酸 -
谷胱甘肽循环中抗氧化物质含量和抗氧化酶活性
的差异进行比较, 以探讨茄子嫁接苗耐Ca(NO3)2
胁迫的生理生化基础, 为利用茄子嫁接栽培克服
设施土壤盐渍化和连作障碍提供一定的理论基
础。
1 材料和方法
1.1 供试材料
供试砧木为日本设施栽培专用耐盐茄子
(Solanum torvum)品种‘Torvum Vigor’, 购自日
本Takii种苗公司; 接穗茄子(S. melongena)品种
为‘苏崎茄’, 购自江苏省农业科学院江蔬种
苗公司。
1.2 试验方法
1.2.1 试材培育
试验在南京农业大学温室内进行。2007年3
月8日按照说明书和文献(刘正鲁等, 2007)将砧
木种子浸种催芽, 30 d后接穗浸种催芽。出芽后
分别播于32孔的穴盘中 , 采用复合基质(蛭石:
草炭土=2:1), 浇足底水, 每穴播1粒种子。真叶
展开后用1/4浓度日本园试配方(张福墁, 2001)
营养液, 隔1 d浇一次。幼苗长至3片真叶时, 移
入直径10 cm、高10 cm的塑料营养钵中, 采用
复合基质(蛭石:草炭土=1:1)。砧木幼苗长至4~5
片真叶、接穗有3~4片真叶时, 取长势一致的健
壮幼苗参照刘正鲁等(2007)和魏国平等(2007)
文献进行嫁接。6月5日挑选生长一致的嫁接苗
和自根苗洗净根部基质后 , 移栽至上直径39
cm、下直径26 cm、高33 cm的聚乙烯栽培桶中,
每桶栽1株, 用1/4浓度日本园试配方营养液12
L, 进行营养液栽培。用电动气泵进行连续通气,
每3 d更换一次营养液。试验期间平均温度为
28/18 ℃(昼/夜), 相对湿度为75%, 白天平均光
照强度为2 000 µmol·s–1·m–1。
1.2.2 试验处理
经预备试验观测后, 确定Ca(NO3)2处理浓
度为80 mmol·L–1。移苗后10 d当幼苗具有9~10
片真叶时开始Ca(NO3)2处理 , 试验设4个处理:
1)1/4浓度营养液栽培自根苗 (O1)(EC值为1.6
dS·m–1) 、 2)1/4 浓度营养液栽培自根苗 +80
mmol·L–1 Ca(NO3)2 处 理 (O2)(EC 值 为 14.5
dS·m–1); 3) 1/4浓度营养液栽培嫁接苗(G1); 4)
1/4 浓 度 营 养 液 栽 培 嫁 接 苗 +80 mmol·L–1
Ca(NO3)2处理(G2)。每个处理10株, 3次重复, 随
机区组排列。
1.2.3 测定项目及方法
Ca(NO3)2处理开始前取样1次 , 处理开始
后, 每3 d取样1次, 取样部位为植株从上向下数
4或5片完全展开叶, 测定有关生理指标。H2O2
含量参照林植芳等(1988)的方法测定 ; 还原型
抗坏血酸(AsA)和脱氢抗坏血酸(DHA)测定按照
Jin等(2003)的方法; 还原型谷胱甘肽(GSH)和氧
魏国平等: 硝酸钙胁迫对营养液栽培嫁接茄子
5 期 叶片抗坏血酸-谷胱甘肽循环的影响 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.05.007 1025
化型谷胱甘肽(GSSG)含量按照Gossett等(1994)
的方法测定 ; 抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性
的测定采用Nakano和Asada(1981)的方法; 脱氢
抗 坏 血 酸 还 原 酶 (DHAR) 活 性 的 测 定 按
Krivosheeva等 (1996)的方法 ; 谷胱甘肽还原酶
(GR)活性测定参照Foyer和Halliwell(1976)的方
法 , 稍加修改 : 取 0.2 g 叶片 , 加入 1.6 ml
Tricine-NaOH缓冲液 (pH值为7.8)冰浴研磨 , 4
℃下15 000×g离心20 min, 将上清液定容至2 ml
进行酶活性测定。3 ml反应体系包括: 0.3 ml 1
mmol·L–1 NADPH, 1.8 ml 0.1 mol·L–1 Tricine-
NaOH缓冲液(pH值为7.8), 酶液0.6 ml, 0.3 ml 5
mmol·L–1 GSSG, 以不加 GSSG做对照 , 测定
OD340变化值 , 以每分钟变化0.1为一个酶活性
单位。
1.3 数据处理
用 SAS 软件进行单因素方差分析 , 并用
Duncan’s新复极差法对平均数进行多重比较 ,
Microsoft Excel软件制图。
2 结果与分析
2.1 Ca(NO3)2胁迫对茄子嫁接苗和自根苗叶片
APX、DHAR和GR活性的影响
由图1A可知, Ca(NO3)2胁迫下, G2和O2叶片
APX活性均呈先上升后下降趋势。G2在胁迫6 d
时达到最大值, 此后平缓下降, 胁迫15 d时为同
期G1叶片APX活性的1.54倍; O2在胁迫3 d时达到
最大值, 此后直线下降, 胁迫15 d时为同期O1叶
片APX活性的36%; G2与O2相比, 前者在胁迫期
间叶片APX活性均高于后者, 且胁迫6 d及此后两
者差异达显著水平。图1B所示, Ca(NO3)2胁迫下,
G2和O2叶片DHAR活性均呈先上升后下降趋势。
G2叶片DHAR活性在胁迫9 d时达到最大值, 此后
虽然有所下降, 但胁迫15 d时仍为同期G1水平的
1.95倍; O2叶片DHAR活性变化幅度大, 胁迫3 d
时达到最大值, 此后快速下降, 胁迫15 d时仅为
同期O1水平的 33%; G2与O2相比 , 前者叶片
DHAR活性在胁迫期间均显著高于后者, 胁迫15
d时为后者的6.66倍。由图1C可知, Ca(NO3)2胁迫
下 , G2和O2叶片GR活性变化幅度大 , 先快速上
升, 胁迫6 d时达到峰值, 此后均呈下降。胁迫15 d
时G2叶片GR活性为同期G1的128%, 而O2为同
期O1的42%; G2与O2相比 , 前者叶片GR活性在
胁迫期间均显著高于后者 , 胁迫15 d时为后者
的5.14倍。
图1 Ca(NO3)2胁迫对茄子嫁接苗和自根苗叶片APX、
DHAR和GR活性的影响
Fig.1 Effects of Ca(NO3)2 stress on APX, DHAR and GR
activities in leaves of grafted and own-root eggplant
seedlings
图中数据为3次重复的平均值±标准误差 The data are
means of three replicates ± SE
2.2 Ca(NO3)2胁迫对茄子嫁接苗和自根苗叶片
AsA与DHA含量及AsA/DHA比值的影响
1026 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 32 卷
如图2A所示, Ca(NO3)2胁迫后, 随胁迫时间
图2 Ca(NO3)2胁迫对茄子嫁接苗和自根苗叶片AsA
与DHA含量及AsA/DHA比值的影响
Fig. 2 Effects of Ca(NO3)2 stress on AsA and DHA
contents and AsA/DHA ratio in leaves of grafted and
own-root eggplant seedlings
图注同图1 Notes see Fig. 1
增加, G2和O2叶片AsA含量的变化均呈先上升后
下降趋势。G2在胁迫9 d时达到最大值, 此后平缓
下降, 胁迫15 d时仍略高于同期G1叶片AsA水平;
O2也在胁迫9 d时达到最大值, 此后快速下降, 胁
迫15 d时O2显著低于O1; G2与O2相比, 前者在胁
迫期间叶片AsA含量均高于后者, 且胁迫6 d及此
后 两 者 差 异 均 达 显 著 水 平 。 由 图 2B 可 知 ,
Ca(NO3)2胁迫下, 随胁迫时间延长, G2和O2叶片
DHA含量均有所增加。G2叶片DHA含量在胁迫期
间增加幅度小; O2在胁迫期间增加幅度大, 胁迫
15 d时叶片DHA含量为同期O1的2.31倍; G2与O2
相比, 前者在胁迫3 d后叶片DHA含量均显著低
于后者, 胁迫15 d时为后者的74%。如图2C所示,
Ca(NO3)2胁迫下 , G2和O2叶片AsA/DHA比值均
下降。G2下降较平缓, 而O2下降幅度大; G2与O2
相比 , 前者在胁迫期间 (3~15 d) 及此后叶片
AsA/DHA比值均显著高于后者, 胁迫15 d时为后
者的1.77倍。
2.3 Ca(NO3)2胁迫对茄子嫁接苗和自根苗叶片
GSH与GSSG含量及GSH/GSSG比值的影响
由图3A可知, Ca(NO3)2胁迫下, G2叶片GSH
含量变化呈先上升后下降趋势, 胁迫9 d时达到峰
值, 此后下降, 胁迫15 d时接近同期G1水平; O2
叶片GSH含量变化幅度大, 胁迫3 d时达到峰值,
此后快速下降 , 胁迫15 d时仅为同期O1的61%;
G2与O2相比, 前者在胁迫3 d前叶片GSH含量略
低于后者, 胁迫9 d后均显著高于后者, 胁迫15 d
时为后者的1.64倍。如图3B所示, Ca(NO3)2胁迫
下, 随胁迫时间增加, G2和O2叶片GSSG含量有
所增加。G2叶片GSSG含量增加幅度小, 胁迫9 d
时达到峰值, 此后平缓下降, 胁迫15 d时接近同
期G1水平; O2增加幅度较大, 胁迫期间显著高于
O1; G2与O2相比, 前者叶片GSSG含量在胁迫3 d
及此后均显著低于后者 , 胁迫15 d时为后者的
70%。如图3C所示 , Ca(NO3)2胁迫下 , G2叶片
GSH/GSSG比值变化幅度较小, 呈先上升后下降
趋势, 胁迫6 d时达到峰值, 胁迫15 d时接近同期
G1水平; O2叶片GSH/GSSG比值变化呈显著下降
趋势, 胁迫15 d时仅为同期O1的52%; G2与O2相
比, 前者在胁迫6 d及此后叶片GSH/GSSG比值均
显著高于后者, 胁迫15 d时为后者的2.36倍。
2.4 Ca(NO3)2胁迫对茄子嫁接苗和自根苗叶片
H2O2含量的影响
由表1可知, Ca(NO3)2胁迫下, 随胁迫时间增
加, G2和O2叶片H2O2含量均有所增加。O2叶片
H2O2含量在胁迫期间快速增加, 胁迫6 d及此后
均显著高于O1, 胁迫15 d时为同期O1的2.66倍 ;
G2叶片H2O2含量在胁迫9 d及此后均显著增加 ,
胁迫15 d时为同期G1的1.61倍; G2与O2相比, 胁
魏国平等: 硝酸钙胁迫对营养液栽培嫁接茄子
5 期 叶片抗坏血酸-谷胱甘肽循环的影响 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.05.007 1027
迫初期(3 d)两者差异不显著, 此后(6~15 d)G2均
显著低于O2, 胁迫15 d时为后者的59.1%。
图3 Ca(NO3)2胁迫对茄子嫁接苗和自根苗叶片GSH
与GSSG含量及GSH/GSSG比值的影响
Fig. 3 Effects of Ca(NO3)2 stress on GSH and GSSG
contents and GSH/GSSG ratio in leaves of grafted and
own-root eggplant seedlings
图注同图1 Notes see Fig. 1
3 讨 论
正常生理生态环境下, 植物体内活性氧的产
生和清除处于动态平衡, 当其受到盐渍、干旱和
低温等胁迫时, 活性氧的代谢平衡被破坏, 产生
超氧阴离子(O2⎯· )、过氧化氢(H2O2)、羟自由基
(·OH)和单线态氧(1O2)(刘正鲁等 , 2007; 王长泉
等, 2007)。如果过多的H2O2不能被及时清除, 通
过Haber-Weiss反应(O2⎯· + H2O2→ ·OH + OH– +
O2)和Fenton反应 (H2O2 + Fe2+→ ·OH + OH– +
Fe3+)将生成破坏力更强的·OH, 从而导致细胞膜
受损伤及细胞内物质的渗漏, 细胞快速脱水死亡
(袁琳等, 2005)。本试验中, Ca(NO3)2胁迫后嫁接
苗 生 长 受 到 的 抑 制 较 小 ( 数 据 未 列 出 ), 对
Ca(NO3)2胁迫适应性更强。Ca(NO3)2胁迫增加了
茄子幼苗叶片H2O2含量 , 而嫁接苗叶片H2O2含
量上升幅度较小, 且胁迫期间叶片H2O2含量显著
低于自根苗。可见, 茄子嫁接苗在Ca(NO3)2胁迫
下叶片中H2O2清除系统仍较完善, 能迅速清除因
胁迫而产生的H2O2, 这可能与耐盐砧木的地下部
生理生态优势相关。
研究表明, 植物叶绿体中存在抗氧化酶与抗
氧化物质这两个活性氧自由基清除系统, 对叶绿
体起保护作用 , 由于过氧化氢酶 (CAT)的不足 ,
叶绿体中H2O2 主要依赖于APX及相应的AsA-
GSH循环(Halliwell-Asada循环)系统来清除, 该循
环 主 要 由 APX 、 单 脱 氢 抗 坏 血 酸 还 原 酶
(MDHAR)、DHAR和GR所构成 (Bowler et al.,
1992; 朱祝军和俞景权, 1998)。Jin等(2003)报道,
低温和干旱胁迫环境下, 植物体内APX、MDAR、
DHAR及GR活性在清除H2O2等活性氧系统中发
挥重要作用。在盐胁迫下番茄嫁接苗的研究中 ,
陈淑芳等(2005)也报道, 耐盐砧木嫁接后的番茄
幼苗 APX 活性显著高于自根苗。本试验中 ,
Ca(NO3)2胁迫下茄子嫁接苗叶片APX与DHAR及
GR活性均显著高于自根苗 , 且在胁迫后期嫁接
苗仍保持较高的APX与DHAR及GR活性, 表明嫁
接苗在Ca(NO3)2胁迫下清除过量活性氧的同时能
较好地维持AsA-GSH循环系统的完整性, 从而嫁
接苗在较长时间内仍表现出对Ca(NO3)2胁迫的耐
性, 这与Azevedo等(2006)在玉米抗氧化酶活性的
研究中报道耐盐性强的品种比盐敏感品种具有更
高的APX和GR活性的结果相似。因此, 保持较高
1028 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 32 卷
的抗氧化酶活性可能是嫁接苗耐Ca(NO3)2胁迫的
重要原因之一。
表1 Ca(NO3)2胁迫对茄子嫁接苗和自根苗叶片H2O2含量(μmol·g–1 FW)的影响
Table 1 Effect of Ca(NO3)2 stress on H2O2 content (μmol·g–1 FW) in leaves of grafted and own-root eggplant seedlings
胁迫时间 Stress time (d) 处理
Treatment 0 3 6 9 12 15
O1 5.08±0.22a 5.22±0.20a 5.07±0.30b 5.08±0.30c 5.14±0.24c 5.24±0.27c
O2 5.04±0.37a 5.48±0.70a 6.48±0.17a 8.51±0.35a 11.71±1.46a 13.92±1.19a
G1 4.82±0.24a 4.83±0.21a 5.03±0.14b 5.17±0.10c 5.20±0.19c 5.10±0.24c
G2 5.05±0.19a 4.90±0.19a 5.38±0.09b 5.97±0.21b 6.93±0.23b 8.22±0.34b
表中数据为3次重复的平均值±标准误差, 同列数值不同字母表示差异达5%显著水平 The data are means of three replicates ± SE,
different letters within the same column indicate significant difference at 5% level O1、O2、G1、G2: 同图1 See Fig. 1
AsA是植物体内普遍存在的一种高丰度小分
子抗氧化物质, 可以直接清除O2⎯· 、H2O2和·OH等
活性氧自由基(ROS), 其一个重要功能是保护叶
绿体免于氧化损伤, 因此在植物抵抗生物和非生
物胁迫中具有重要作用(钱琼秋等, 2006)。在叶绿
体中, APX利用AsA可将H2O2还原为水, 同时形
成MDHA; MDHA进一步被氧化为DHA或被还原
为AsA; AsA的含量、氧化还原状态(AsA/DHA比
值)及其合成与代谢相关酶类活性的变化与植物
对生态环境胁迫的响应有关(陈坤明等, 2004b)。
Shalata等(2001)报道 , 盐胁迫使盐敏感番茄根系
中 的 AsA 含 量 降 低 , DHA 含 量 明 显 升 高 ,
AsA/DHA比值降低, 代谢相关酶APX和MDHAR
活性也降低, 而耐盐品种与之相反, 表明番茄较
强的耐盐性与AsA含量、AsA/DHA比值及代谢相
关酶活性的提高有关。同时, AsA-GSH循环中另
一种重要的抗氧化物质GSH在还原态硫的储存与
转运以及蛋白质与核酸的合成中具有重要作用 ,
并且与植物对多种环境胁迫的忍耐能力密切相关
(陈坤明等, 2004a)。正常生理pH下, GSSG在还原
型辅酶Ⅱ(NADPH)存在时可以被GR还原为GSH,
当细胞还原力不足时, 胞内GSH/GSSG比值下降,
GSH在植物生理生态胁迫抵抗中的主要作用是通
过AsA-GSH循环而使DHA再还原实现的 , 已有
报道认为GSH及GSH/GSSG比值是激活植物抗性
基因的信号之一(Pukacka & Ratajczak, 2006)。本
试验中, Ca(NO3)2胁迫下幼苗叶片AsA含量先增
加后降低 , DHA含量增加 , AsA/DHA比值下降 ,
而嫁接苗叶片AsA水平和AsA/DHA比值显著高
于自根苗, DHA含量显著低于自根苗; 嫁接苗叶
片GSH与GSSG含量及GSH/GSSG比值先有所上
升, 胁迫15 d时均接近未处理植株水平, 而自根
苗GSH含量与GSH/GSSG比值显著下降、GSSG含
量逐渐增加 , 且嫁接苗叶片GSH含量与GSH/
GSSG比值显著高于自根苗、GSSG含量显著低于
自根苗。结果表明, Ca(NO3)2胁迫下嫁接苗抗坏血
酸代谢和谷胱甘肽代谢受损伤程度较小, 细胞氧
化还原力(AsA/DHA比值和GSH/GSSG比值)较高,
从而AsA和GSH再生率增加, 能较好地维持细胞
内活性氧代谢的平衡。AsA水平和GSH水平的增
加对于提高嫁接苗耐盐性密切相关。
综上所述 , Ca(NO3)2 胁迫下茄子嫁接苗
AsA-GSH循环效率显著高于自根苗, 高水平的抗
氧化物质再生率和抗氧化酶活性对嫁接苗快速清
除活性氧和维持细胞内生理代谢的动态平衡具有
重要作用。从而, 选用耐盐品种‘Torvum Vigor’
为砧木进行茄子嫁接栽培, 由于砧木根系优良的
生理生态特性使得嫁接苗对Ca(NO3)2胁迫的耐性
更强。
参 考 文 献
Azevedo Neto AD, Prisco JT, Enéas-Filho J, de Abrau
CEB, Gomez-Filho E (2006). Effect of salt stress on
antioxidative enzymes and lipid peroxidation in leaves
and roots of salt-tolerant and salt-sensitive maize
genotypes. Environmental and Experimental Botany,
56, 87-94.
Bai LP (白丽萍), Zhou BL (周宝利), Li N (李宁), Chen
ZM (陈作民), Liu XM (刘宪敏) (2005). Response of
grafted eggplant to NaCl stress. Plant Physiology
Communications (植物生理学通讯), 41, 31-33. (in
Chinese with English abstract)
Bowler C, Van Montagu M, Inzé D (1992). Superoxide
dismutase and stress tolerance. Annual Review of Plant
Physiology and Plant Molecular Biology, 43, 83-116.
魏国平等: 硝酸钙胁迫对营养液栽培嫁接茄子
5 期 叶片抗坏血酸-谷胱甘肽循环的影响 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.05.007 1029
Chen KM (陈坤明), Gong HJ (宫海军), Wang SM (王锁
民 ) (2004a). Glutathione metabolism and
environmental stresses in plants. Acta Botanica
Boreali-Occidentalia Sinica ( 西北植物学报 ), 24,
1119-1130. (in Chinese with English abstract)
Chen KM (陈坤明), Gong HJ (宫海军), Wang SM (王锁
民) (2004b). Biosynthesis, transport and function of
ascorbate in plants. Acta Botanica
Boreali-Occidentalia Sinica ( 西北植物学报 ), 24,
329-336. (in Chinese with English abstract)
Chen SF (陈淑芳), Zhu YL (朱月林), Liu YL (刘友良), Li
SJ (李式军) (2005). Effects of NaCl stress on activities
of protective enzymes, contents of osmotic adjustment
substances and photosynthetic characteristics in
grafted tomato seedlings. Acta Horticulturae Sinica
(园艺学报), 32, 609-613. (in Chinese with English
abstract)
Cuartero J, Fernandez-Munoz R (1998). Tomato and
salinity. Scientia Horticulturae, 78, 83-125.
Fisarakis I, Chartzoulakis K, Stavrakas D (2001). Response
of sultana vines (V. vinifera L.) on six rootstocks to
NaCl salinity exposure and recovery. Agricultural
Water Management, 51, 13-27.
Foolad MR (1999). Comparison of salt tolerance during
seed germination and vegetative growth in tomato by
QTL mapping. Genome, 42, 727-734.
Foyer CH, Halliwell B (1976). Presence of glutathione and
glutathione reductase in chloroplasts: a proposed role
in ascorbic acid metabolism. Planta, 133, 21-25.
Gossett DR, Millhollon EP, Lucas MC (1994). Antioxidant
response to NaCl stress in salt-tolerant and
salt-sensitive cultivars of cotton. Crop Science, 34,
706-714.
Jiang TH (蒋廷惠), Zhan XH (占新华), Xue JC (薛继澄)
(2006). Responses of plants to elevated calcium nitrate
and their possible roles in physiological disorders of
vegetables grown in a greenhouse. Chinese Journal of
Soil Science (土壤通报), 37, 606-611. (in Chinese
with English abstract)
Jin YH, Tao DL, Hao ZQ, Ye J, Du YJ, Liu HL, Zhou YB
(2003). Environmental stresses and redox status of
ascorbate. Acta Botanica Sinica (植物学报), 45, 795-
801.
Ju XT, Kou CL, Christie P, Dou ZX, Zhang FS (2007).
Changes in the soil environment from excessive
application of fertilizers and manures to two
contrasting intensive cropping systems on the North
China plain. Environmental Pollution, 145, 497-506.
Kashyap V, Kumar SV, Collonnier C, Fusari F, Haicour R,
Rotino GL, Sihachakr D, Rajam MV (2003).
Biotechnology of eggplant. Scientia Horticulturae, 97,
1-25.
Kitamura Y, Yano T, Honna T, Yamamoto S, Inosako K
(2006). Causes of farmland salinization and remedial
measures in the Aral Sea basin: research on water
management to prevent secondary salinization in
rice-based cropping system in arid land. Agricultural
Water Management, 85, 1-14.
Krivosheeva A, Tao DL, Ottander C, Wingsle G, Dube SL,
Öquist G (1996). Cold acclimation and photoinhibition
of photosynthesis in Scots pine. Planta, 200, 296-305.
Li TX (李廷轩), Zhang XZ (张锡洲), Wang CQ (王昌全),
He Y (何艳) (2001). Progress in the study on soil
salinization of protected farmland. Southwest China
Journal of Agricultural Sciences (西南农业学报), 14,
103-107. (in Chinese with English abstract)
Lin ZF (林植芳), Li SS (李双顺), Lin GZ (林桂珠), Guo
JY (郭俊彦) (1988). The accumulation of hydrogen
peroxide in senescing leaves and chloroplasts in
relation to lipid peroxidation. Acta Phytophysiologia
Sinica (植物生理学报), 14, 12-16. (in Chinese with
English abstract)
Liu ZL (刘正鲁), Zhu YL (朱月林), Hu CM (胡春梅),Wei
GP (魏国平), Yang LF (杨立飞), Zhang GW (张古文)
(2007). Effects of NaCl stress on the growth,
antioxidant enzyme activities and reactive oxygen
metabolism of grafted eggplant. Chinese Journal of
Applied Ecology (应用生态学报), 18, 537-541. (in
Chinese with English abstract)
Nakano Y, Asada K (1981). Hydrogen peroxide is
scavenged by ascorbate: specific peroxidase in spinach
chloroplasts. Plant Cell Physiology, 22, 867-880.
Pukacka S, Ratajczak E (2006). Antioxidative response of
ascorbate-glutathione pathway enzymes and
metabolites to desiccation of recalcitrant Acer
saccharinum seeds. Journal of Plant Physiology, 163,
1259-1266.
Qian QQ (钱琼秋), Zai WS (宰文珊), Zhu ZJ (朱祝军), Yu
JQ (俞景权) (2006). Effects of exogenous silicon on
active oxygen scavenging systems in chloroplasts of
cucumber (Cucumis sativus L.) seedlings under salt
stress. Journal of Plant Physiology and Molecular
Biology (植物生理与分子生物学报), 32, 107-112. (in
Chinese with English abstract)
Shalata A, Mittova V, Volokita M, Guy M, Tal M (2001).
Response of the cultivated tomato and its wild
salt-tolerant relative Lycopersicon pennellii to
salt-dependent oxidative stress: the root antioxidative
system. Physiologia Plantarum, 112, 487-494.
Wang CQ (王长泉), Zhao JQ (赵吉强), Chen M (陈敏),
1030 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 32 卷
Wang BS (王宝山) (2007). Involvementof hydrogen
peroxide in betacyanin accumulation induced by dark
in leaves of suaeda salsa. Journal of Plant Ecology
(Chinese Version) (植物生态学报), 31, 748-752. (in
Chinese with English abstract)
Wei GP (魏国平), Zhu YL (朱月林), Liu ZL (刘正鲁),
Yang LF (杨立飞 ), Zhang GW (张古文 ) (2007).
Growth and ionic distribution of grafted eggplant
seedlings with NaCl stress. Acta Botanica
Boreali-Occidentalia Sinica ( 西北植物学报 ), 27,
1172-1178. (in Chinese with English abstract)
Yang FJ (杨凤娟), Wang XF (王秀峰), Wei M (魏珉), Yan
T (闫童) (2005). Effects of K+ and Ca2+ on membrane
lipid peroxidation and endogenous oxygen radicals
scavenging enzymes systems under NO–3 stress in
cucumber seedlings. Transactions of the Chinese
Society of Agricultural Engineering (农业工程学报),
21, 155-158. (in Chinese with English abstract)
Yuan L (袁琳), Karim AL (克热木·伊力), Zhang LQ (张利
权) (2005). Effects of NaCl stress on active oxygen
metabolism and membrane stability in Pistacia vera
seedlings. Acta Phytoecologica Sinica (植物生态学
报), 29, 985-991. (in Chinese with English abstract)
Zhang FM (张福墁) (2001). Protected Horticulture (设施
园艺学). China Agricultural University Press, Beijing,
317-326. (in Chinese)
Zhu ZJ (朱祝军), Yu JQ (俞景权) (1998). Effect of light
intensity and nitrogen form on growth and activities of
H2O2-scavenging enzymes in tobacco. Plant Nutrition
and Fertilizer Science (植物营养与肥料学报 ), 4,
379-385. (in Chinese with English abstract)
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