全 文 ：第。。眷第蝴 生 态 学 报 、，。 。， 。．
1 9 9 8年7月 ＼／ ACTA ECOLOGKA SINICA 川，1998
CO 倍增环境生长的小麦幼苗对
／ [『I 1。 盐胁迫的生理反应 ， 。√ ／
刘家尧 衣艳君
(曲阜师范大学生物系 曲阜 Z73165)
自寞智 梁
(中国科学院植物研究所 北京
峥
10~093)
摘要 研究丁CO 倍增／盐胁迫对不同抗盐性冬小麦幼苗有机干重，K+ Na~ “、M 音量，脯氯醇水平
夏蛋白质变化的效应。表明两种小麦生长在150mmol／L NaCI下，其有机干重．K 、ca*，M 音量下降，而
Na 明显升高IcOi倍增可增加小麦有机干重，使一价阳离子 K 、Na 音量升高，二竹阳商子ca¨ 、Mg 星下
降趋势．同时有利于游离脯氯奠的袒量，井为植物进行渗透调节提供大量的碳探。150mmal／L N—c1可降低
普通小麦蛋白质音量，CO 倍增具提高蛋白质耆量的效应，而00：倍增／NsCI酶迫对抗盐小麦蛋白变化影响
不明显，但 CO,倍增／NaCl胁迫明显改变 丁两种小麦蛋白质的组成，指出CO2倍增 可提高小麦的耐盐能力 ，
减轻盐胁迫的毒害效应，提高作物产量．
关t调：g 丝 鼬 逭，蝗 ，毫±龟量，脯氨醴，垂自堕窭生匕。
THE PHYSIoLoGICAL RESPoNSES 0F WHEAT NEEDLINGS
To SALT STRESS UNDER ELEVATED
ATMoSPHERIC CONCENTRATIoNS oF Co2
Liu Jiayao Yi Yanjun
(D~partmem Biology，Q Ⅳ洲 University，0|E^‘， h 姗 ，Z73185，Ch~a)
Bai Kezhi Liang Zheng
( jm Botany，Acadtmia Si．~a，Beljin~，10~093一China)
Abstract The eHect of doubled CO2／salt stress on the organic dry weight，contents of
K 、Na 、Ca“、Mg”，proling level and the changes of content and composition of protein
were investigated in two wheat varieties with different salt tolerance．The organic dry
weight and K 、Ca“、Mg“contents in two wheat seedlings grown in 150mmol／L NaCI de—
creased comparing with the controls while Na evel increased．Under doubled CO2，the or—
ganic dry weigt and K 、Na levels rose，but Ca“、Mg“levels fel1．Moreover，doubled CO2
concentration was able to enhance proline accumulation and provide carbon source for os—
moregulation．The protein content of salt—sensitive wheat was decreased by 150mmol／L
国家自然科学基金重大珂目，国家攀壁计蝴和山东省自然科学基垒资助
本工作得到中国科学琬植物研究所单际惨博士的帮助，特此致谢．
收稿日期}1997—07·Z3．
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4期 刘家尧等：CO。倍增环境生长的小麦幼苗对盐胁迫的生理反应 409
NaC1 and elevated by doubled CO2．CO：／salt had little or no effect on the change of protein
in salt—tolerance wheat，while the composition of protein in two wheat varieties were signif—
icantly changed by doubled CO2／salt stress．Data suggest that elevated CO2 conentration
might increase the capacity of salt tolerance and production in wheat．
Key words： doubled CO 2，salt stress，wheat，ion content，proline level，protein change．
在我国1亿公顷耕地中有1／10为孜生盐渍化土鳙 t世界上灌溉区35％耕地受到盐胁迫的威胁 ．可见
盐胁迫是影响植物生长和作物产量的重要因子。由于人类的活动，大气 CO。浓度逐年增加，预计下十世纪
中叶将倍增至7OO 1／L0 。许多实验表明+盐胁迫下，COz浓度增加可刺激植物的生长，减轻盐度对植物的毒
害效应 ．对于盐胁迫对植物的伤害： ．以及盐胁迫／CO 倍增对植物生长、光合速率、呼吸作用的影响
等方面已有不少报道[{。 ” ，但 CO。倍增对盐胁迫所造成的植物离子毒害、低膨压等生理过程的效应研究
不多+为此本文研究了 CO 倍增条件下盐胁迫对不同抗盐性小麦幼苗有机物干重．K 、Na 、Ca“、Mg 含
量 ，脯氨酸水平及蛋白质变化的影响
1 材料和方法
1．1 实验材料的培养及处理
实验材料为冬小麦 (Triticum a~stivum L．)普通品种“CA一8686 和抗盐品种“石中5号”(种子由中国科
学院新疆分院生物土壤研究所惠赠)+种子浸泡Ih，放入培养皿，种子露白后播于培养缸中 自然条件下砂基
培养．每天浇灌1／2Hoag[and培养液．幼苗长至三叶期移至中国科学院植物研究所植物园内开顶式培养
室_l ．对两个小麦品种分别进行以下处理 ：(1)对照室通入正常空气(1xCO”CO2浓度为350 l／L)+盐处理
为0+150mmol／L NaC1}(2)CO捕 增室(2×CO2，CO2浓度为700~1／L)，盐处理同对照室。在 自然条件下(培
养室昼夜温度3O士1’C／19士 C．昼夜相对湿度70 ／85 )tg养6d分别取样分析。
1．2 有机干重的测定
新鲜小麦叶片+用无离子水冲洗后 ．吸干表面水分 ，称重 ，放入80’C烘箱烘至恒重，烘干样品磨碎后称
取0．1g置坩锅中，在马弗炉中550℃灰化．冷却，称重。有机干重一干重一灰分重。
1．3 离子含量的测定
将灰化好的拌品用浓硝酸溶解并定容，用塞曼原子 吸收光谱仪 (日立 z 8000)测定样品中 K+、Na 、
Ca 、Mg 含量
1．4 脯氨酸含量测定
用酸性茚三酮比色法“ 测定。
1．s 蛋白质提取、含量测定及电泳
蛋 白质提 取在4"C下进行 一20"C冰冻的 lg小麦叶 片．加2ml研磨介质 (50mmol／LTris(pH7，4)．
0．2mmol／L蔗糖．1Ommol／L 巯基乙醇)研磨．i0000Xg离心15min，取上清淮接 Bradfordt 方法在岛津
190型双光束分光光度计上测定蛋白含量．以 BAS作标准。上清液经(NH。) SO。盐析，收集50 ～70 部分
蛋白，透析过夜 ，用 SDS水解后，在 Mini电泳系统(Bio—Rad产品)接骆爱玲等 方法进行1O SDS聚丙烯
酰胺凝腔电泳，然后进行 CBB染色
2 结果和讨论
2．1 CO。倍增条件下，盐胁迫对小麦幼苗有机物干重的效应
由图1可知．无论在正常大气CO 还是在CO 倍增条件下．两个小麦品种的生长都明显地被1 50mmol／L
NaCI所抑制，普通小麦幼苗的有机物干重比对照分别降低了34．6 和25．2 +抗盐小麦分别降低了29．8
和21．7 +可以看出，150mmol／L NaC1对抗盐小麦的抑制程度小于普通小麦+且在 CO。倍增条件下抑制程
度软小，而两个小麦品种在无 NaCI和有 NaC1胁迫时．CO 倍增均能提高植物有机物干重 ．且这种效应在
盐处理植株(提高1 9 )比无盐处理植株(提高7 ～10％)明显。环境中 CO。浓度的提高+可增加植物叶面
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4lO 生 态 学 报 l8卷
租Jf盯RUBPj受化底物．提高光台速率．增加光台产物的台成 ，改普水分状况，提高水分利用率，提供充足的
有机物质．以弥朴 由于植物忍耐盐胁迫而造成的有机物质的消耗 ‘¨～Ⅲ，因而 c0t倍增可促进植物生
长．提高植物的耐盐能力．减轻盐胁迫的毒害效应。
2．2 CO。倍增条件下，盐曲迫对小麦叶片离子水平的
影响
无论在 CO。倍增还是在正常空气的 COe浓度环境
中，150mmol／L Na(31可使两种小麦叶片Na 含量嘱显
增加．抗盐小麦增加幅度小于昔通小麦 ，而 K 、Ca”、
M8”含量则下降(表1)。Na 大量进人细胞会对细胞产
生l离子毒害．且破坏了质膜透性，使营养离子 K 及
Ca“、Mg“等外渗，影响细胞的一些代谢生理活动．从而
抑制植物生长。从表1还可看出，COe浓度增加髓使小麦
叶片一价阳离子 K 、Na 含量升高 ．二价阳离子 Ca“、
Mg”含量呈下降趋势，这种 K 、Na 含量 的升高 与
Nicolas等 在小麦实验 中Na 变化相似。一价阳离子
含量的升高在于盐胁迫下．COt使植物气孔传导力下
降．通过减步水分损失来改普叶片水分状况，井依靠液
泡中 K 、Na 、C1一进行渗透调节．维持叶片较高膨
压 ““”，Ca”、Mg“含量下降．在雀麦_拍 实验中也是类
似的结果。这可能是 由于 CO：升高时使植物产生的高
碳水化台物含量的稀释作用0 和一价阳离子的吸收使
=价离子 等被Na 交换出来，使其含量下降 ]。
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衰1 co 倍增条件下盐胁迫对小麦幼苗离子含量的影响
Talbe l The Effect of salt stress oR the Ion contents In wheat seedlngs under doubled COl cencenUaion
2．3 CO。倍增条件下，盐胁迫对小麦叶片脯氨酸含量的影响
从对小麦(石中5号)叶片脯氨酸含量测定结果(圉2)可知，150mmol／L NaCI可使抗盐小麦叶片积累脯
氨酸．而CO 倍增也可提高叶片脯氪酸水平。在盐胁迫下．植物体内要台成和积累一些无毒渗透物质来进
行渗透调节．以避免由于无机离子积累过多对植物的伤害．在盐胁迫下植物体内一些正常蛋白质合成被抑
制 ．且分解加快 ，产生大量的游离氨基酸．同时 NaC1阻止脯氨酸的氧化，使其台成加强 ．致使脯氨酸积
累【]]．另外．盐胁迫下植物要形成和维持溶质势而进行渗透调节时要消耗能量．体内合成脯氨酸要与植物
生长竞争相当一部分碳源_2 ，CO：浓度增加可促进檀株光合作用．使碳水化合物形成增加．因而 CO。倍增
能提供给植物充足的碳源 ．利于檀株合成和租累脯氨酸。
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4期 刘家尧等：CO 倍增环境生长的小麦幼苗对盐胁追的生理反应 411
篓 ‘m N CICO 50 IRubis 是由于盐度阻止氨基酸(如亮氨酸等)彤咸蛋白质和破塞!”●l■ 蛐 坏棱糖体而影响蛋白质的合成，：浓度增加可提芎U1●高光台强，从增加．同时抑制 一■Ico与co的亲台力
，降低光呼吸和减少蛋白质的消耗。 ”——■一一—■～ 一
麦 胁迫 兰 迫耐幢晒邮 蛐
4)，从图4可以看出，CO。倍增／Nac1胁迫能使两种小麦 ～ ：，一 一 ．‘ ．
图3 CO 倍增条件下盐胁迫对小麦幼苗蛋白质水平的
影响
Fig．0 The t {e of sah stre p~oteln level m
wheat seedings under double C02
从以上 COz倍增条件下小麦幼苗对盐度的生理反应可 看出，CO 倍增可提高作物的耐盐能力，从各
种代谢反应上减轻盐胁迫的伤害效应，有利于提高作物产量。
参 考 文 献
1 赵可夫编著 植物抗盐生理．北京：中国科学技术出版牡 。1993．1～189
2 Epstein E·Norlyn J O·Rush D W etⅡ， Saline culture of crops：a genetic approach，Science．1980．210}39g～ 404
3 Aather』S Respirationin a~uture，higher—C0±world．Plant，CellEnviron，1991．14：13~ 20
4 荆家尧，表艳君，白吏智等．CO ／盐冲击对小麦呼吸酶活性的影响 植物学报．1996．38(8)：541～6帖
■■●■■■■■■■
—■■■■●■■■
、 ■■●■-
r 一 =二 二二 H¨ n__U¨ =¨=
曲 曲 ∞ ：2 ¨
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412 生 态 学 报 18卷
5 Bal M C．Mun∞ R．plant responses to salinity under elevated atmospheric concentrations ef CO=一^ ∞f J． ，1992，
40：515～ 525
6 Schwarz M ．Gale J．Growth response to salinity at high levels of carbon dioxide—Journal E~p*,i．,aea~l Beta~y．
1984，35 193～ 196
7 Greenway H．Murms R．Mechanism of salt tolerance in non—ha]ophy~es， 州呲 Review Plant，时 曲 ·l98O一
31，149～ 190
8 恤 n J R．Crltchley C．E“ecb of salt stre~s on鲫 [h．ion content．stomata1 behavour and photosyntbetic capacity
0f a salt—sensitive spe~ielt Phasdous弛 甜 一Plw~to·1985·164l151～ 162
9 Wdff R D．Strain B R．E~fects of CO2 enrichment on gro,~h and pbo呻s he in Desmodiun p0，|f Can，．
Bat，1982，60|1084
10 RyleG JA．Powe[1CE，Tew~oaV．~ feet of elevated∞ 2onthe photos~ntheals—respiration and growth ofP _
regrasJ+J Ezp ·1992，43l81l～ 818
l1 Bowman W D，Strain B R．interaction between CO2 enrichment and salinity st㈣ in the C‘1o9一halop hyte Andr~
pogon ∞ —m l(walter)BSP．Pleat—Cel Ea~iron·1987．18I267～ 270
12 丁 藕．钟棒囊．李世仪苷．C 倍增对紫花首蓿酸、氯同化与分它的影响，檀麴学报，1996，38(1)：83~86
13 赵可夫．李明亮．刘索尧，不同类型盐生植物脯氨靛青量测定．曲阜师大学报(檀麴扰盐生理专刊)，1984
14 Bradford M M．A rapid and sensitive method for the q~antites 0f protein utilizing the princ|ph of protein dye binding．
hal Bfochem ．1976．72t248～ 252
l5 骆叠琦．王缝伟_李佳椿．一种筒懂快速的蛋白质免疫申渍法介绍．植物学通报．1995．12(2)：63~64
16 许太全．光台作用A其有关过程对长期高CO ：浓度的响应．植物生理学通讯．1994．加(2)，81～87
17 Potter H ．Gi／fotd R M ．Kriedemann P E．“ a1．A quantitative analysis of dark resp~atmn and carbon content fac
tors in the growth reaponse of plant t0 elevated∞ Aura J Bat，1992，．口l5O1～ 513
18 Farrar J F．Williams L．nle effects 0f increased atmospheric carbon dioxide and temperature on carbon partitioning
Bo㈣ 一sink relations and resp~ation．Pla时 ．Ce m ．1991．41 t819~ 830
19 Gorbem J，W Jo~eJRG．MeD om~elE．Somemechardsms of sahtolerancein crop plants．Plato andSol，1985·89|
15～ 40
2O LazigauderieA ，HilbertD W —OechelW C．Efect 0fCO￡enrichment and nitrogen svaihbility on r 0㈣ e acquisiton
and resource allocation|n·grass．Bromuamoili~．0∞衄 ，l988，77l544
21 Porte~M A ．G~odzinski B．Growth 0f bean in high CO=：Effects oD．shoot mineral composition·J plato Nuran~n，
1989，12t129
22 钱永常．采枉文．檀物中的逆境蛋白．檀曲生理学通讯，1989，5：5～1l
23 静云峙．采赧文．檀物适应盐逆境过程中的能量捐耗．植物生理学通讯．1990．‘·70~73
24 Psssera C．Albuzio A．E~fect of salinlty on photoayntbesm and photoresp／ration 0f two wheat species·Can，．丑 ，
1978．5‘t121～ 126
25 蛹■橙．高辱檀曲呼曩代谢造径的谓节控倒和代谢与生理功能简的相互制约．檀曲学报，1979．2l(2)：93~106
维普资讯 http://www.cqvip.com