全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2012, 48 (12): 1187~1192 1187
收稿 2012-11-05　　修定 2012-12-10
资助 山东省自然科学基金(ZR2010CL019)。
* 通讯作者(E-mail: hbyang@qau.edu.cn; Tel: 0532-88030393)。
外源蔗糖和Ca2+对荞麦幼苗耐盐性的影响
陈晓云1, 刘洪庆1, 李发良2, 苏丽萍2, 杨洪兵1,*
1青岛农业大学生命科学学院, 山东省高校植物生物技术重点实验室, 山东青岛266109; 2四川省凉山州农业科学研究所高山
作物研究站, 四川凉山616150
摘要: 以盐敏感荞麦品种‘TQ-0808’为实验材料, 在100 mmol·L-1 NaCl胁迫下研究添加不同浓度蔗糖和Ca2+处理对荞麦幼苗
耐盐性的影响。不同浓度的外源蔗糖和Ca2+处理均能明显降低盐胁迫下荞麦叶片的质膜透性和丙二醛(MDA)含量, 明显增
加荞麦叶片的超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性及净光合速率, 且外源Ca2+处理的增加效果明显好
于外源蔗糖处理。说明外源蔗糖和Ca2+处理能明显改善盐胁迫下荞麦幼苗的耐盐性, 对盐胁迫具有较好的缓解作用, 外源
蔗糖和Ca2+处理的最适浓度分别为6 mmol·L-1和20 mmol·L-1。
关键词: 荞麦; 盐胁迫; 蔗糖; Ca2+; 耐盐性
Effects of Exogenous Sucrose and Ca2+ on Salt Tolerance of Buckwheat Seedlings
CHEN Xiao-Yun1, LIU Hong-Qing1, LI Fa-Liang2, SU Li-Ping2, YANG Hong-Bing1,*
1Key Laboratory of Plant Biotechnology in Universities of Shandong, College of Life Sciences, Qingdao Agricultural University,
Qingdao, Shandong 266109, China; 2Research Station of Alpine Crop, Liangshan Institute of Agricultural Science, Liangshan,
Sichuan 616150, China
Abstract: Salt-sensitive buckwheat (Fagopyrum esculentum) variety ‘TQ-0808’ was used as experimental
material. Under the stress of 100 mmol·L-1 NaCl, the effects of different concentrations of sucrose and Ca2+
treatment on salt tolerance of buckwheat seedlings were studied. The results showed that different
concentrations of exogenous sucrose and Ca2+ treatment could significantly reduce the plasmalemma
permeability and malondialdehyde (MDA) content of buckwheat leaves under salt stress, and significantly
increase superoxide dismutase (SOD) and ascorbate peroxidase (APX) activities and net photosynthetic rate of
buckwheat leaves, and the increase effect of exogenous Ca2+ treatment was more obviously better than that of
exogenous sucrose. These indicated that exogenous sucrose and Ca2+ treatment could significantly improve salt
tolerance of buckwheat seedlings and had a better remission to the salt stress, and the optimal concentrations of
exogenous sucrose and Ca2+ treatment were 6 mmol·L-1 and 20 mmol·L-1 respectively.
Key words: buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench); salt stress; sucrose; Ca2+; salt tolerance
目前我国有盐碱地和盐渍化土壤0.27亿hm2
以上, 约占耕地面积的20%, 其中未开发的盐碱地
有0.17亿hm2 (周南镚等2009), 土壤盐渍化已成为
限制我国农业生产的重要环境因素, 每年造成的
损失难以估计, 如何充分利用和开发盐渍化土壤
已成为我国农业生产中十分迫切和重要的任务。
过去几十年人们对如何开发和利用盐碱地已做了
大量工作, 主要有两条途径, 一是依赖工程措施改
良土壤, 这些工程投资大, 又不能解决根本问题,
所以不能大面积推广应用(李彦等2008); 二是通过
研究作物耐盐机理, 有目的地进行抗盐育种, 从而
培育和筛选抗盐作物品种 , 但选育过程较为复
杂。通过作物耐盐机理的研究表明, 利用化学调
控手段也是提高作物耐盐性的有效措施之一(任艳
芳和何俊瑜2008)。外源物质的加入若能提高普通
作物品种及盐敏感作物品种的耐盐性, 那将节省
不少的人力物力。研究表明, 腐胺、氨基乙酸甜
菜碱、脂肪酸和硅离子等外源物质能不同程度地
提高植物的耐盐性(Lutts等1996; Zhao和Qin 2005;
Demiral和Türkan 2006; Liang等2006)。外源蔗糖
和其他碳水化合物缓解盐分对植物诸多生命活动
的胁迫已有报道, 在高等植物中, 外源葡萄糖和果
糖可增强硝普钠(NO供体)对盐胁迫下水稻幼苗生
长的促进效应(凌腾芳等2005), 外源海藻糖也可以
增加小麦幼苗耐盐性(丁顺华等2001)。外源Ca2+处
植物生理学报1188
理也能增强植物的抗盐性, 缓解盐胁迫对植物的
危害(薛延丰和刘兆普2006)。Ca2+缓解盐害的作用
机理之一是降低细胞内Na+和Cl-离子含量及减少
K+外渗, 抑制植物对Na+、Mg2+的吸收, 对盐胁迫
的植物外施适当浓度的Ca2+可弥补植物体Ca2+的不
足, 减轻植物的盐害(王广印等2004)。
荞麦是蓼科(Polygonaceae)荞麦属(Fagopy-
rum)一年生栽培的双子叶植物, 它生育期短、抗逆
性强, 特别适应于干旱丘陵和贫瘠地区, 一年可多
次播种和收获, 荞麦具有独特的营养价值和良好
的保健功效, 已成为高档食品、保健食品和药品
的重要原料(杨利艳和杨武德2002)。荞麦具有有
广泛适应性(罗虹等2005), 并可在含盐量0.1%的土
壤中正常生长(朱凤华等1987), 说明荞麦具有一定
的耐盐性。本文以产量较高的盐敏感荞麦品种为
实验材料, 研究NaCl胁迫下添加不同浓度蔗糖和
Ca2+处理对荞麦叶片质膜透性、丙二醛(malondial-
dehyde, MDA)含量、超氧化物歧化酶(superoxide
dismutase, SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate
peroxidase, APX)活性及净光合速率等耐盐生理指
标(战伟龑等2009a, b)的影响, 为荞麦耐盐生理研
究及提高其耐盐性提供一定依据。
材料与方法
1 材料培养和处理
以筛选出的盐敏感荞麦(Fagopyrum esculen-
tum Moench)品种‘TQ-0808’为实验材料(马德源等
2009), 挑选大小一致、籽粒饱满的荞麦种子, 1
g·L-1高锰酸钾消毒10 min, 蒸馏水中通气吸涨5 h,
26 ℃培养箱中培养, 种子发芽后移至塑料盆中, 采
用Hoagland营养液培养, 营养液5 d更换1次, 自然
光照, 昼夜温度为26 ℃/16 ℃, 相对湿度60%左右,
常规管理。幼苗长至两叶一心期时开始处理, 第1
组为对照, 第2组采用100 mmol·L-1 NaCl处理, 另外
8组是在100 mmol·L-1 NaCl胁迫下分别添加不同浓
度蔗糖和Ca(NO3)2至培养液中进行根部处理, 即
NaCl+2 mmol·L-1蔗糖、NaCl+4 mmol·L-1蔗糖、
NaCl+6 mmol·L-1蔗糖、NaCl+8 mmol·L-1蔗糖、
NaCl+10 mmol·L-1 Ca(NO3)2、NaCl+20 mmol·L
-1
Ca(NO3)2、NaCl+30 mmol·L
-1 Ca(NO3)2和NaCl+40
mmol·L-1 Ca(NO3)2, 处理3 d后取荞麦顶端第2个叶
片测定相关指标。每个处理设3个重复。
2 质膜透性和MDA含量的测定
采用李锦树等(1983)的方法测定质膜透性; 采
用林植芳等(1984)的方法测定MDA含量。
3 SOD和APX活性的测定
采用氮蓝四唑法(李文卿等2000)测定荞麦组
织SOD活性, 采用碘液滴定法(战伟龑等2009b)测
定荞麦组织APX活性。
4 净光合速率的测定
采用CIRAS-I型便携式光合作用测定系统测
定荞麦叶片的净光合速率, 温度为26 ℃, 系统光照
强度1 200 µmol·m-2·s-1, CO2浓度为400 µmol·mol
-1。
结果与讨论
1 外源蔗糖和Ca2+对盐胁迫下荞麦叶片质膜透性
的影响
膜系统是植物盐害的主要敏感部位, 盐胁迫
下植物细胞膜结构和功能受到伤害, 表现为质膜
透性增大(Zhao等2000)。如图1所示, 100 mmol·L-1
NaCl胁迫下荞麦叶片质膜透性显著增加, 加入不
同浓度外源蔗糖后, 荞麦叶片质膜透性显著降低
(P<0.01), 与NaCl胁迫相比分别下降了38.62%、
46.82%、54.35%和44.12%, 其中6 mmol·L-1外源蔗
糖处理使荞麦叶片质膜透性下降幅度最大。不同
浓度外源Ca2+处理也使荞麦叶片质膜透性显著降
低(P<0.01), 与NaCl胁迫相比分别下降了37.94%、
48.36%、42.04%和31.62%, 其中20 mmol·L-1外源
Ca2+处理的荞麦叶片质膜透性下降幅度最大。这
说明6 mmol·L-1蔗糖及20 mmol·L-1 Ca2+对盐胁迫下
荞麦叶片质膜损伤的缓解能力最强。
2 外源蔗糖和Ca2+对盐胁迫下荞麦叶片MDA含量
的影响
MDA是膜脂过氧化的主要产物, MDA的累积
也会对质膜造成进一步的伤害, 所以MDA含量在
一定程度上可以作为膜脂过氧化程度的生理指标,
代表质膜伤害程度的大小(丁顺华等2005)。盐胁
迫下, 水稻幼苗细胞膜透性的变化趋势与MDA含
量变化相似, 表明盐胁迫下水稻幼苗质膜透性的
增加与膜脂过氧化程度之间呈显著的正相关(朱晓
军等2004)。
由图2可见, 100 mmol·L-1 NaCl胁迫下荞麦叶
陈晓云等: 外源蔗糖和Ca2+对荞麦幼苗耐盐性的影响 1189
片MDA含量明显增加, 加入不同浓度外源蔗糖后,
荞麦叶片MDA含量显著降低, 与NaCl胁迫相比分
别下降了20.96%、27.33%、39.83%和32.25%, 其
中6 mmol·L-1外源蔗糖处理的荞麦叶片MDA含量
下降幅度最大。不同浓度外源Ca2+处理也使NaCl
胁迫下荞麦叶片MDA含量明显降低, 与NaCl胁迫
相比分别下降了25.26%、34.04%、32.44%和
18.51%, 其中20和30 mmol·L-1外源Ca2+处理的荞麦
叶片MDA含量下降幅度最大, 说明6 mmol·L-1蔗糖
及20和30 mmol·L-1 Ca2+对盐胁迫下荞麦叶片膜脂
过氧化的缓解能力最强。
研究表明, Ca2+在提高植物抗盐性中的作用是
多方面的, Ca2+可以促进K+、硝酸盐和P的吸收, 维
持质膜的稳定性和增强相关酶的活性, 维持植物
的正常生长; 另外, Ca2+在信号转导中还行使重要
的功能(蔡蕾等2004)。本文结果中不同浓度的外
源蔗糖和Ca2+处理均能明显降低盐胁迫下荞麦叶
片的MDA含量, 这与赵翔等(2009)用CaCl2处理缓
解小麦幼苗盐害所得结论基本一致。表明外源蔗
糖和Ca2+处理对盐胁迫下荞麦叶片膜脂过氧化作
用具有较好的缓解作用。
3 外源蔗糖和Ca2+对盐胁迫下荞麦叶片SOD活性
的影响
适宜环境条件下, 植物细胞内自由基的产生
与清除处于动态平衡状态, 细胞内活性氧浓度很
低, 不会对细胞产生伤害作用; 盐胁迫下植物体内
自由基产生与清除的平衡被破坏, 自由基积累, 诱
导膜脂中的不饱和脂肪酸发生脂质过氧化作用,
使植物细胞质膜系统完整性遭到破坏(Mansour和
Salama 2004)。SOD是植物活性氧代谢中的关键
酶(丁顺华等2005); 盐胁迫下, SOD能够清除植物
体内过量的活性氧, 维持活性氧代谢平衡, 保护膜
结构, 从而使植物在一定程度上减缓或抵御盐胁
迫伤害(朱晓军等2005; 吴晶晶等2008)。王丽萍等
图1 外源蔗糖和Ca2+对盐胁迫下荞麦叶片质膜透性的影响
Fig.1 Effects of exogenous sucrose and Ca2+ on plasmalemma permeability of buckwheat leaves under salt stress
n=3, *表示P<0.05, **表示P<0.01。图2~5同此。
图2 外源蔗糖和Ca2+对盐胁迫下荞麦叶片MDA含量的影响
Fig.2 Effects of exogenous sucrose and Ca2+ on MDA content of buckwheat leaves under salt stress
植物生理学报1190
(2004)通过对黄瓜幼苗进行缺Ca2+处理的实验, 证
明Ca2+对维持黄瓜幼苗生长和细胞膜抗氧化过程
起着重要作用。
从图3看出, 100 mmol·L-1 NaCl胁迫下荞麦叶
片SOD活性显著降低, 加入不同浓度外源蔗糖后,
荞麦叶片SOD活性明显增加, 与NaCl胁迫相比分
别增加了15.78%、28.83%、44.89%和33.96%, 其
中6 mmol·L-1外源蔗糖处理使荞麦叶片SOD活性增
加幅度最大, 已接近对照水平。不同浓度外源Ca2+
处理增强荞麦叶片SOD活性的效果更为明显, 与
NaCl胁迫相比分别增加了48.08%、69.64%、
67.50%和42.43%, 其中20和30 mmol·L-1外源Ca2+处
理使荞麦叶片SOD活性增加的幅度最大, 已明显
高于对照, 说明外源Ca2+对荞麦叶片SOD活性有明
显的促进作用, 且外源Ca2+处理的增加效果明显好
于外源蔗糖处理, 因此, 外源Ca2+处理在提高盐胁
迫下荞麦叶片活性氧清除能力及平衡活性氧代谢
方面发挥了较好的作用。
图3 外源蔗糖和Ca2+对盐胁迫下荞麦叶片SOD活性的影响
Fig.3 Effects of exogenous sucrose and Ca2+ on SOD activity of buckwheat leaves under salt stress
4 外源蔗糖和Ca2+对盐胁迫下荞麦叶片APX活性
的影响
植物细胞中H2O2若不及时消除, 就会转化为
毒性更大的羟自由基(沈文飚等1997)。APX是
H2O2代谢的第一个关键酶, 参与叶绿体和细胞质
的H2O2代谢(Takahama和Oniki 1997)。由图4可见,
100 mmol·L-1 NaCl胁迫下荞麦叶片APX活性明显
降低, 加入不同浓度外源蔗糖后, 荞麦叶片APX活
性显著增加 , 与N a C l胁迫相比分别增加了
35.29%、66.67%、70.59%和41.18%, 其中4和6
mmol·L-1外源蔗糖处理使荞麦叶片APX活性增加
幅度最大, 已经达到了对照水平。不同浓度外源
Ca2+处理使荞麦叶片APX活性增加效果更为明显
(P<0.01), 与NaCl胁迫相比分别增加了107.84%、
131.37%、113.73%和82.35%, 其中20 mmol·L-1外
源Ca2+处理使荞麦叶片APX活性增加幅度最大, 已
图4 外源蔗糖和Ca2+对盐胁迫下荞麦叶片APX活性的影响
Fig.4 Effects of exogenous sucrose and Ca2+ on APX activity of buckwheat leaves under salt stress
陈晓云等: 外源蔗糖和Ca2+对荞麦幼苗耐盐性的影响 1191
明显高于对照, 说明与外源蔗糖处理相比, 外源
Ca2+对盐胁迫下荞麦叶片APX活性有更明显的促
进作用。
5 外源蔗糖和Ca2+对盐胁迫下荞麦叶片净光合速
率的影响
植物光合效率高低与叶片净光合速率密切相
关(杨涓等2009)。盐胁迫下水稻体内Na+和Cl-含量
与叶片净光合速率呈极显著负相关 (王仁雷等
2002), 当土壤中盐度超过一定范围后, 植物光合能
力下降, 盐度越大则下降越明显(Munns 1993)。从
图5看出, NaCl胁迫导致荞麦叶片净光合速率明显
下降, 加入不同浓度外源蔗糖后, 荞麦叶片净光合
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图5 外源蔗糖和Ca2+对盐胁迫下荞麦叶片净光合速率的影响
Fig.5 Effects of exogenous sucrose and Ca2+ on net photosynthetic rate of buckwheat leaves under salt stress
速率显著增加 , 与N a C l胁迫相比分别增加了
20.89%、38.52%、68.30%和51.41%, 其中6
mmol·L-1外源蔗糖处理使荞麦叶片净光合速率增
加幅度最大。陈全战等(2009)研究表明, 外源Ca2+
处理能明显提高盐胁迫下向日葵叶片的净光合速
率, 本文结果(图5)中不同浓度外源Ca2+处理使荞麦
叶片净光合速率增加效果更为明显(P<0.01), 与
NaCl胁迫相比分别增加了66.37%、102.74%、
73.63%和46.22%, 特别是20 mmol·L-1外源Ca2+处理
使盐胁迫下荞麦叶片净光合速率增加幅度最大,
已达到对照水平, 说明外源Ca2+对盐胁迫下荞麦叶
片净光合速率有明显的促进作用。
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