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盐胁迫对三个高羊茅品种膜脂过氧化及耐盐性的影响



全 文 :北方园艺2014(22):57~61 植物·园林花卉·
  
第一作者简介:张占彪(1988-),男,山西吉县人,硕士研究生,现主
要从事园林植物组织培养和植物逆境生理等研究工作。E-mail:
zzb552350@163.com.
基金项目:青岛市公共领域科技支撑计划资助项目(12-1-3-50-
nsh)。
收稿日期:2014-07-10
盐胁迫对三个高羊茅品种膜脂过氧化及耐盐性的影响
张 占 彪,李 培 环,段 艳 欣,薛 秀 栋,董 晓 颖
(青岛农业大学 园艺学院,山东 青岛266109)
  摘 要:以高羊茅品种“雅典娜”、“金太阳”和“美洲虎4号”种子为试材,测定分析了其在盐碱
土和正常土壤上发芽70d后叶片中保护酶活性和丙二醛(MDA)、叶绿素及可溶性蛋白质的含
量。结果表明:盐碱土上的“雅典娜”、“金太阳”和“美洲虎4号”叶片的过氧化物酶(POD)活性分
别比在正常土上的升高了10.43%、12.68%和61.83%,超氧化物歧化酶(SOD)活性分别比正常土
升高了33.96%、41.70%和16.35%,过氧化氢酶(CAT)活性比正常土上的升高了6.18%、
106.34%和2.62%;MDA含量比正常土上增加了56.46%、33.56%和65.21%;叶绿素含量分别
比正常土下降了35.35%、27.08%和36.59%;可溶性蛋白质含量比正常土降低了23.04%、
7.39%和23.49%。其中“金太阳”在盐碱土上受到的膜脂过氧化程度较轻,叶绿素和可溶性蛋白
质的含量下降较少,耐盐性较好。
关键词:高羊茅;盐胁迫;膜脂过氧化;耐盐性
中图分类号:S 688.4 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2014)22-0057-05
  盐碱化土壤是植物生长和城乡绿化过程中最常遇
到的自然逆境之一,而该问题在滨海地区和许多内陆的
干旱、半干早地区表现尤为突出。据联合国粮农组织
(FAO)2005年调查表明,全世界约有8×108 hm2的土地
受到盐渍化的影响[1],我国有各类盐碱地约3 460hm2,
主要分布在内陆干旱地区和沿海地区[2]。大量盐碱地
的存在不但对这些地区的生态绿化、植被维护、作物产
量等方面产生了巨大的负面影响,而且还大大缩小了耕
地面积,恶化了生态环境,严重限制了我国农林经济的
    
发展和人民生活水平的提高[3]。为改善滨海和内陆干
旱、半干旱地区盐碱化的生态绿化状况,选择耐盐的草
坪草种类和品种用于绿化具有较大的现实意义。
高羊茅(Festuca arundinacea)属禾本科羊茅属多年
生草本植物,耐寒、耐热、耐干旱、耐潮湿及较耐盐碱,能
够在多种气候条件(-15~38℃)和生态环境中生长[4-5],
是目前主要的草坪草种之一,目前已被广泛用于绿化、
护坡[6-9]。高羊茅的品种较多,不同品种间具有不同的
耐盐特性[10]。前人对草坪草的耐盐机理研究主要采用
人工造的盐碱环境如在花盆中浇灌不同浓度梯度的
NaCl溶液等方法进行,而直接在盐碱土的大田进行草坪
草的耐盐性研究较少。现以高羊茅的3个较为耐盐品
种“雅典娜”(‘Athena’)、“金太阳”(‘Golden sun’)和“美
洲虎4号”(‘Jaguar 4’)为试材,对分别播种在盐碱土和
正常土壤上、发芽70d后的3个草坪草品种叶片的保护
  
质根迅速膨大期可进行第1次追肥,追肥量为人粪尿
1 000kg/667m2或硫酸铵12~15kg/667m2、钾肥12~
15kg/667m2,每隔半个月进行第2、3次追肥,每次施人
粪尿1 000kg/667m2。速溶性的肥料可以溶解在水中,
结合滴灌进行。
5 病虫害防治
胡萝卜的主要病害是软腐病、黑腐病、黑斑病等。
防治软腐病、黑腐病、黑斑病的措施是用种子重0.3%的
福美霜粉拌种(带有包衣的种子除外),发病初期用80%
的退菌特800~1 000倍液或50%的代森锰锌500~600
倍液,每隔7~10d喷1次药,连喷2~3次。
6采收
一般当外叶开始变橘黄,心叶呈黄绿色时,即可采
收。去除泥土,加工后进行贮藏或出售。
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·园林花卉·植物 北方园艺2014(22):57~16
酶(POD、SOD、CAT)活性、丙二醛(MDA)含量、叶绿素
含量及可溶性蛋白质含量进行比较测定,研究了盐胁迫
对各自的膜脂过氧化及耐盐性的影响,以期为耐盐草坪
草品种的选择和盐碱地区的生态绿化提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
所用草坪草为高羊茅的3个品种“雅典娜”、“金太
阳”和“美洲虎4号”。
1.2 试验方法
试验于2013年4—12月在青岛农业大学园艺学院
和青岛城阳上马盐碱地试验田进行。2013年4月15日
分别将“雅典娜”、“金太阳”和“美洲虎4号”播种在上马
盐碱土试验田和青岛农业大学校园正常土试验田,上马
盐碱土试验田为青岛市高新区墨水河入海口区域,土壤
含盐量为0.54%,pH 8.005(春季测定);校园正常土含
盐量为0.24%,pH 6.910。播种后进行正常管理。发芽
后70d,分别采集生长在盐碱土和正常土上、生长一致、
发育健壮且充分展开的3个草坪草品种的叶片,用干净
纱布拭去叶片表面的尘土,立即进行液氮速冻,放入超
低温冰箱贮藏备用。
酶液提取参照刘家尧等[11]的方法(略有改动)。称
取草坪草叶片1g,剪碎,放入预冷的研钵,加入2mL
预冷的磷酸缓冲液在冰浴中研磨成匀浆,再用2mL磷
酸缓冲液冲洗1次转移至10mL的离心管,在4℃,
12 000r/min下离心20min,取上清液至10mL的容
量瓶,再取5mL磷酸缓冲液冲洗残渣,离心(同上),将
上清液并入10mL容量瓶,最后用磷酸缓冲液定容至
10mL,即为酶液,4℃下保存备用。
1.3 项目测定
过氧化物酶(POD)活性的测定参照郝再彬等[12]愈创
木酚法进行,以0.01ΔOD·g-1 FW·min-1表示;超氧化
物歧化酶(SOD)活性的测定参照李合生[13]的氮蓝四唑法
进行,以U/g FW表示;过氧化氢酶(CAT)活性的测定参
照李合生[13]的紫外吸收法进行,以0.01ΔOD·g-1 FW·
min-1表示。以上所有测定均重复3次。
丙二醛(MDA)含量的测定参照郝再彬等[12]的硫代
巴比妥酸比色法进行。称取剪碎的叶片0.5g,加入
2mL 10%三氯乙酸(TCA),研磨至匀浆,再加适量TCA
进一步研磨,匀浆转入5mL离心管中,在4 000r/min
离心10min,上清液为样品提取液。取上清液2mL
(空白加2mL蒸馏水),加入2mL 0.6%TBA溶液,混
匀物至于沸水中反应15min,迅速冷却后再离心。取上
清液测定532、600、450nm波长下的吸光度。
MDA(μmol/g FW)=MDA浓度(μmol/L)×提取
液体积(mL)/叶片鲜重(g)。
叶绿素含量的测定参照刘家尧等[11]的分光光度法。
称取0.05g叶片,放入具塞试管中,加10mL提取液,密
封,在黑暗条件下浸提24~36h(至叶片脱色变白)后,
663、645、440nm处比色。叶绿素含量(mg/g)=C×V/
A×1 000,C:测定液中叶绿素浓度(mg/L),V:提取液体
积(mL),A:叶鲜重(g)。
可溶性蛋白质含量的测定参照郝再彬等[12]的考马
斯亮蓝比色法进行。称取剪碎鲜叶0.5g,加蒸馏水研
磨至匀浆,过滤后定容至10mL容量瓶,5 000r/min离
心10min,取上清液0.1mL,加5mL考马斯亮蓝G-250,
放置2min后,在595nm处比色。可溶性蛋白质含
量(mg/g)=(C×VT)/(VS×WF×1 000),C:标准曲线,
VT:提取液总体积(mL),VS:测定时加样量体积(mL),
WF:样品鲜重(g)。以上所有测定均重复3次。
1.4 数据分析
采用DPS 7.05数据处理软件对结果进行统计分
析,采用Excel 2003软件作图。
2 结果与分析
2.1 盐碱土对3个草坪草品种叶片中POD活性的影响
从图1可以看出,与正常土壤相比,生长在盐碱土
上的3个草坪草品种叶片的POD活性均升高,正常土
和盐碱土上的3个草坪草品种叶片POD活性依次为
“金太阳”>“雅典娜”>“美洲虎4号”。盐碱土上的“雅
典娜”、“金太阳”和“美洲虎4号”叶片的POD活性分别
比在正常土上的升高了10.43%、12.68%和61.83%;
“雅典娜”和“美洲虎4号”叶片的POD活性与正常土相
比有极显著升高(P<0.01);“金太阳”叶片的POD活性
与正常土相比有显著升高(P<0.05)。试验结果表明,
正常土和盐碱土上,3种草坪草叶片POD活性较高,盐
碱土胁迫下对POD活性的升高有一定的诱导作用。
图1 2种土壤上3个草坪草品种叶片的POD活性变化
Fig.1 Change of POD activity of three grasses cultivar under
two kinds of soil
2.2 盐碱土对3个草坪草品种叶片中SOD活性的影响
由图2可知,与正常土壤相比,生长在盐碱土上的3
个草坪草品种叶片的SOD活性均升高。“雅典娜”和“美
洲虎4号”叶片的SOD活性分别比正常土升高了
33.96%和16.35%,但差异不显著(P>0.05);“金太阳”
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北方园艺2014(22):57~61 植物·园林花卉·
叶片的SOD活性比正常土升高了41.70%,与正常土之
间差异显著(P<0.01);“金太阳”叶片SOD活性升高较
大且分别比“雅典娜”和“美洲虎4号”叶片的SOD活性
高10.59%和24.45%。这说明在盐碱土胁迫下“金太
阳”叶片的SOD活性升高较大,对细胞膜具有较好的保
护作用。
图2 2种土壤上3个草坪草品种叶片的SOD活性变化
Fig.2 Change of SOD activity of three grasses cultivar under
two kinds of soil
2.3 盐碱土对3个草坪草品种叶片中CAT 活性的
影响
从图3可以看出,与正常土壤相比,生长在盐碱土
上的3个草坪草品种叶片的CAT 活性升高,变化幅度
不同。在盐碱土上生长的3个草坪草品种叶片中,“雅
典娜”和“美洲虎4号”叶片的CAT 活性仅比正常土上
的升高了6.18%和2.62%,差异不显著(P>0.05),“金
太阳”叶片CAT 活性变化最大,比正常土上的升高了
106.34%,差异极显著(P<0.01),且分别比“雅典娜”和
“美洲虎4号”叶片的CAT 活性高82.30%和55.54%。
盐碱土上“金太阳”叶片CAT 活性最大。试验表明,在
盐碱土胁迫下,“金太阳”叶片中CAT活性迅速升高,以
增强对活性氧的清除,减轻细胞膜脂过氧化的危害。
图3 2种土壤上3个草坪草品种叶片的CAT活性变化
Fig.3 Change of CAT activity of three grasses cultivar under
two kinds of soil
2.4 盐碱土对3个草坪草品种叶片中 MDA含量的
影响
植物叶片中 MDA含量的高低可以说明细胞膜被
破坏的程度。从图4可知,与正常土壤相比,生长在盐
碱土上的3个草坪草品种叶片MDA含量均增加。盐碱
土上,“雅典娜”、“金太阳”和“美洲虎4号”叶片的 MDA
含量差异显著(P<0.05),且分别比正常土上增加了
56.46%、33.56%和65.21%,与正常土间存在极显著差
异(P<0.01),但同是盐碱条件下,“金太阳”叶片的
MDA含量增加量最少,在3个品种中其含量也是最低
的。说明在盐碱土胁迫下“金太阳”叶片细胞膜破损程
度较轻,对盐胁迫抗性较强。
图4 2种土壤上3个草坪草品种叶片的MDA含量变化
Fig.4 Change of MDA content of three grasses cultivar under
two kinds of soil
2.5 盐碱土对3个草坪草品种叶片中叶绿素含量的
影响
由图5可以看出,在盐碱土上生长的3个草坪草品
种叶片的叶绿素含量比正常土上的均明显降低。盐碱
土上的“雅典娜”、“金太阳”和“美洲虎4号”叶片的叶绿
素含量分别比正常土下降了35.35%、27.08%和
36.59%,3个品种中,以“金太阳”叶片的叶绿素含量下
降最少;说明3种草坪草在盐碱土上生长较正常,“金太
阳”生长更好些。
图5 2种土壤上3个草坪草品种叶片的叶绿素含量变化
Fig.5 Change of main chlorophyl content of
three grasses cultivar under two kinds of soil
2.6 盐碱土对3个草坪草品种叶片中可溶性蛋白质含
量的影响
由图6可知,在盐碱土上生长的3个草坪草品种叶
片中可溶性蛋白质含量与正常土比较均降低。“雅典
娜”和“美洲虎4号”叶片中可溶性蛋白质含量降低幅度
大,比正常土降低了23.04%和23.49%,与正常土间差
异极显著(P<0.01);而“金太阳”叶片中可溶性蛋白质
仅比正常土降低了7.39%。
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图6 2种土壤上3个草坪草品种叶片的
可溶性蛋白质含量变化
Fig.6 Change of soluble protein content of
three grasses cultivar under two kinds of soil
3 讨论
3.1 盐碱土对3个草坪草品种叶片细胞膜酯过氧化的
影响
当植物受到逆境胁迫时,体内活性氧产生与清除机
制失衡,造成细胞中活性氧迅速积累,对植物膜脂、蛋白
质和其它细胞组分造成伤害,乃至细胞死亡[14]。许多有
关逆境胁迫对植物伤害的研究结果表明,活性氧介导了
膜脂的过氧化作用[15-18]。脂质过氧化的程度与细胞内
活性氧(ROS)的水平有关,当ROS积累超过抗氧化系统
的清除能力时,ROS就会大量积累,造成了抗氧化酶活
性的降低和膜透性的增加[19-21]。该研究结果表明,在盐
碱土上生长的草坪草叶片的POD、SOD和CAT活性比
正常土升高,说明盐碱环境诱导了保护酶活性的升高。
在正常土和盐碱土上,3种草坪草叶片POD活性较高,
且“金太阳”叶片的POD活性最高和变化较小,说明3种
草坪草均可以维持较高的POD活性来增加抵御盐分胁
迫产生氧化胁迫的能力,减轻膜脂过氧化的危害,这与
薛秀栋等[22]在大穗结缕草中的研究结果相一致。
在正常土上,3种草坪草叶片SOD活性无差异,在
盐碱土壤上,3种草坪草叶片SOD和CAT 活性升高,
“金太阳”叶片SOD和CAT活性升高最显著,尤其是“金
太阳”CAT活性比正常土上的升高了106.34%,SOD和
CAT活性升高,自身清除氧自由基的能力提高,使细胞
内活性氧减少,从而减轻盐分胁迫对草坪草叶片细胞膜
的伤害,说明“金太阳”通过提高SOD和CAT活性来保
护叶片膜脂过氧化的危害,以此抵御盐胁迫,有较好的
耐盐性。
MDA是植物器官在逆境时膜脂过氧化的最终产
物,MDA能与细胞内的各种物质发生强烈反应,引起对
酶和酯的严重损伤。因此MDA的含量可以作为膜脂过
氧化指标,反映膜的受损伤程度[15]。该试验中,在盐碱
土上生长的3个草坪草品种叶片的MDA含量分别比正
常土上的增加了56.46%、33.56%和65.21%,说明在盐
碱土条件下3个草坪草品种叶片的细胞膜受损,“金太
阳”叶片的MDA含量增加量较小,因而细胞膜透性变化
较小,说明该品种受到的逆境损伤最小,耐盐胁迫的能
力较强,这与前人的研究结果一致[23-24]。
3.2 盐碱土对3种草坪草叶片中叶绿素含量的影响
植物叶片叶绿素含量是衡量植物在盐胁迫下耐盐
性的重要生理指标之一[25-26],在一定程度上反映叶片的
光合能力和生长发育状况。叶绿体是受盐胁迫影响最
敏感的细胞器[27-29]。该试验中,在盐碱土上生长的“雅
典娜”、“金太阳”和“美洲虎4号”叶片叶绿素含量分别比
正常土上的下降了35.34%、27.08%和36.59%,说明在
盐碱土条件下,3个草坪草品种叶片叶绿素合成受阻及
叶绿素分解,叶绿素含量下降,这与张景云等[29]在盐胁
迫对黄瓜的影响的结果一致。在盐碱土上,“金太阳”叶
片的叶绿素含量下降较少,且叶绿素含量分别比“雅典
娜”和“美洲虎4号”的高14.77%和25.54%,说明“金太
阳”受到盐胁迫后叶绿素降解小,生长发育比“雅典娜”
和“美洲虎4号”更好些,这与盐碱土上3种草坪草的长
势表现相符。
3.3 盐碱土对3个草坪草品种叶片中可溶性蛋白质含
量的影响
盐胁迫下,植物体内蛋白质含量下降,主要由于盐
抑制了蛋白质的合成和加快蛋白质的水解[30]。研究表
明,可溶性蛋白质与调节植物细胞的渗透势有关,高含
量的可溶性蛋白质可帮助维持植物细胞较低的渗透势
以抵抗逆境带来的胁迫[31],盐分胁迫下,破坏了mRNA
的转录过程,使蛋白质合成受阻,同时,活性氧大量增加
对蛋白质分子结构的破坏以及呼吸消耗的相对增加等
因素,都将使蛋白质含量下降[32]。该试验中,在盐碱土
上生长的3个草坪草品种叶片中可溶性蛋白质含量均
有下降,表明盐碱土胁迫下,3个草坪草品种的蛋白质代
谢过程受到紊乱使蛋白质降解,受到的盐害越大,活性
氧增加量越多,蛋白质分子结构破坏越大,叶片细胞损
伤就越大,可溶性蛋白质降解就越多。“雅典娜”和“美
洲虎4号”叶片中可溶性蛋白质含量低且下降幅度较
大,而“金太阳”叶片中可溶性蛋白质含量较高且降低较
小。说明“金太阳”在盐碱土胁迫下可以维持较高的可
溶性蛋白质来抵抗逆境带来的胁迫,具有较高的耐
盐性。
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(Colege of Horticulture,Qingdao Agricultural University,Shandong,Qingdao 266109)
Abstract:Taking ‘Athena’,‘Golden sun’and‘Jaguar 4’as materials,the leaf protective enzymes activity,MDA,
chlorophyl content and soluble protein content were determined under normal soil and saline-alkali soil after 70days
germination.The results showed that the POD activity of‘Athena’,‘Golden sun’and‘Jaguar 4’under the saline-alkali
soil were higher 10.43%,12.68%and 61.83%than that under the normal soil.Likewise,the SOD activity were higher
33.96%,41.70%and 16.35%,the CAT activity was higher 6.18%,106.34%and 2.62%;the MDA content was higher
56.46%,33.56%and 65.21%;the chlorophyl content was decreased 35.35%,27.08%and 36.59%;the soluble protein
content was decreased 23.04%,7.39%and 23.49%.Among‘Athena’,‘Golden sun’and‘Jaguar 4’,the degree of lipid
peroxidation of‘Golden sun’in saline-alkali soil were lighter,the chlorophyl content and the soluble protein content
decreasing was fewer,and it had the higher salt tolerance.
Keywords:tal fescue;salt stress;lipid peroxidation;salt tolerance
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