全 文 ：第20卷 第3期
Vol.20 No.3
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2012年 5月
May. 2012
外源硅对盐胁迫下黑果枸杞幼苗生理特性的影响
沈 慧1,米永伟2,王龙强2,3*
(1.甘肃省农业科学院工程咨询研究中心,甘肃 兰州 730070;2.甘肃农业大学农学院,甘肃 兰州 730070;
3.甘肃省干旱生境作物学重点实验室,甘肃 兰州 730070)
摘要:以盐生植物黑果枸杞(Lyciumruthenicum)幼苗为材料,NaCl胁迫下设置不同硅浓度处理,并在处理后第7d
和第14d,对叶片叶绿素、质膜相对透性、丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)和可溶性糖共5种生理指标进行测定,以探
讨外源硅对盐胁迫下黑果枸杞生理特性的影响。结果表明:在盐胁迫下,黑果枸杞叶片叶绿素总量、质膜相对透
性、MDA、脯氨酸和可溶性糖含量均显著增加;硅浓度大于1mmol·L-1时可显著增加盐胁迫下的叶绿素总量和叶
绿素a/b,并降低质膜相对透性、MDA、脯氨酸和可溶性糖含量;随处理时间的延长,硅处理下5种生理指标的降幅
或增幅均小于盐胁迫处理,而当硅浓度为4和8mmol·L-1时,叶绿素总量、叶绿素a/b、MDA和脯氨酸含量的变
化趋势与盐胁迫处理的相反,可见适宜浓度的硅可缓解盐胁迫对黑果枸杞幼苗的伤害。
关键词:硅;盐胁迫;黑果枸杞;缓解效应
中图分类号:S543.9;Q945.78 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2012)03-0553-06
EffectsofExogenousSilicononPhysiologicalCharacteristicsof
LyciumruthenicumSeedlingunderSaltStress
SHENHui1,MIYong-wei2,WANGLong-qiang2,3*
(1.ResearchCenterforConsultingEngineers,GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou,GansuProvince730070,China;
2.ColegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,GansuProvince730070,China;
3.GansuKeyLabofCropImprovement&GermplasmEnhancement,Lanzhou,GansuProvince730070,China)
Abstract:Theeffectsofsilicon(Si)onphysiologicalcharacteristicsofLyciumruthenicumseedlingsunder
saltstresswerestudiedbyinvestigatingleafchlorophyl,membranepermeability,malondialdehyde
(MDA),prolineandsolublesugarcontent.Resultsshowedthatchlorophyl,membranepermeability,
MDA,prolineandsolublesugarcontentincreasedsignificantlycomparedwithcontrolundersaltstress.
Chlorophylcontentandchlorophyla/chlorophylbincreasedsignificantly,whereasmembranepermeability,
MDA,prolineandsolublesugarcontentdecreasedwhensiliconconcentrationwasabove1mmol·L-1.Several
physiologicalindicesinsilicontreatmentswerelessthanthoseinsaltstresstreatmentswithincreased
treatment.Thechangetendencyofchlorophyl,chlorophyla/chlorophylb,MDAandprolinecontentof
Lyciumruthenicumseedlingsinsiliconconcentration4and8mmol·L-1treatmentswascontrarytothat
insaltstresstreatmentsshowingthattheappropriateconcentrationofexogenoussiliconcanaleviatethe
saltinjuryofLyciumruthenciumseedling.
Keywords:Silicon;Saltstress;Lyciumruthenicum;Aleviationeffect
土壤盐渍化是世界上最为关注的生态环境问题
之一,严重制约着农业生产,据估计,目前约有20%
的灌溉土壤受到盐害的影响[1]。在盐胁迫下,植物
生长受到抑制,光合作用减弱[2],细胞质膜透性遭到
破坏[3],代谢失调[4]。为了适应盐生环境,不同植物
体的避盐或抗盐的机理有所不同[5],而渗透调节是
很多植物的一种重要耐盐机制[6]。因此,如何利用
各种方法提高植物耐盐性,挖掘兼具高耐盐能力和
经济价值的潜在物种,达到生物改良盐碱地的效果
已成为人们关注的焦点。硅是地壳和土壤中的第2
大元素,是植物健康生长的有益元素,可增强植物抗
性,克服包括病虫害等在内的生物或非生物胁迫[7]。
收稿日期:2011-10-20;修回日期:2012-02-25
基金项目:甘肃省自然科学基金项目(1010RJZA203)资助
作者简介:沈慧(1978-),女,上海人,助理研究员,主要从事农业工程咨询方面的研究,E-mail:shenhui263@163.com;*通信作者 Author
forcorrespondence,E-mail:wanglq@gsau.edu.cn
草 地 学 报 第20卷
近年来研究表明,硅可显著提高植物耐盐性,降低盐
害[8]。Yeo等[9]认为在盐胁迫下加入硅可减少水稻
(Oryzasativa)对盐分的吸收及盐分向地上部分的
运输转移;陈阳[10]的研究表明,在盐胁迫下,加硅未
能减少小獐毛(Aeluropuspungens)根中Na+浓度,
但可明显增加叶片POD活性;姚秋菊等[11]通过水
培试验发现硅缓解了盐胁迫对黄瓜(Cucumissati-
vus)幼苗生长的抑制作用,显著降低了叶片中的丙
二醛和脯氨酸含量,SOD,POD和PPO保护酶活性
显著升高,而且绿原酸含量也显著增加。
黑果枸杞(Lyciumruthencium)为茄科枸杞属
灌木,广泛分布于我国西北荒漠地区[12]。野外考察
发现,在很多植物无法生长的高盐渍环境下照样能
正常生长,有的地方和柽柳(Tamirixchinensis)、盐
琐琐(Halocnemumstrobilaceum)、骆驼刺(Alhagi
sparsifolia)、有叶盐爪爪(Kalidiumfoliatum)等
组成群丛,也有的地段形成单纯群丛,表现出较强的
耐盐性。目前,国内外对于黑果枸杞的研究主要集
中在色素提取工艺[13]和药理研究[14]等方面,而关于
其耐盐生理机制方面的研究报道较少。因此,通过
盐分胁迫模拟试验,从植物自身生理生化变化的角
度研究外源硅对盐胁迫下黑果枸杞的生理响应特
点,阐明硅提高黑果枸杞耐盐性的可能作用机理,并
为其引种驯化、种质资源保护及西北地区盐渍土改
良等提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验用黑果枸杞种子采自甘肃省民勤县东坝镇
盐碱沙荒地,为多年生野生种。
1.2 试验处理
试验于2009年7月进行,将黑果枸杞种子表面
附着的色素杂质洗净后,挑选饱满度较好、大小基本
一致的种子,经70%酒精消毒15min后,播种于装
有经高温灭菌土壤的花盆中,置于昼夜温度为
25℃/20℃、光照变幅为12h/12h、相对湿度为
75%的人工气候箱内培养,用 Hoagland’s营养液
进行培养。待出苗后涨至4~5cm时进行间苗,每
盆留苗10株,到幼苗高度8cm时进行处理。共设
置7个处理:CK1,不加 NaCl和Si(处理1);CK2,
加300mmol·L-1NaCl溶液(处理2);其余处理中
均加入300mmol·L-1NaCl,Si的浓度分别为0.5
(处理3)、1.0(处理4)、2.0(处理5)、4.0(处理6)
和8.0(处理7)mmol·L-1,Si由K2SiO3 提供,母
液均采用 Hoagland’s营养液。加硅处理中由
K2SiO3所引入的钾量从配制Hoagland’s营养液所
用的硝酸钾中扣除,由此而引起的 NO-3 损失用稀
硝酸补偿。第1次浇灌后,以后每隔3d用相应浓
度的Hoagland’s营养液等量灌溉,直至胁迫结束,
采用根灌方式处理。在处理后的第7d和第14d进
行各项生理指标的测定,每个处理重复3次。
1.3 测定方法
取黑果枸杞幼苗中部新鲜叶片,用去离子水洗
净擦干后,称取一定量的样品进行各项生理指标的
测定[15]。其中,叶绿素chl含量用95%乙醇提取法
测定;细胞质膜透性采用DDS-11A型电导率仪测
定,以相对电导率表示细胞膜相对透性;膜脂过氧化
产物丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸TBA法
测定;脯氨酸采用酸性茚三酮法测定;可溶性糖采用
蒽酮比色法测定。
1.4 统计分析
试验数据采用Excel2003绘图,用SPSS13.0
统计软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 硅对盐胁迫下黑果枸杞叶绿素含量的影响
在盐胁迫处理(CK2)下,黑果枸杞叶片叶绿素
总量显著高于正常水平CK1(P<0.05),chla/chlb
却显著低于CK1,且随着处理时间增加,CK1 中叶
绿素总量增加了6.20%,chla/chlb变化则不显
著,而CK2 中叶绿素总量和chla/chlb却显著下降
(P<0.05),降幅分别为11.12%和11.22%(图1
和图2)。在处理第7d,除Si0.5与CK2 之间无显著
差异外,其余加硅处理均与CK2 之间达到显著差异
(P<0.05),且随着硅浓度的增加,叶绿素总量逐渐
增加,但当浓度增加至2mmol·L-1时,其含量不再
变化,而chla/chlb随硅浓度增加呈先升高后降低
的变化规律,在硅浓度为2mmol·L-1时达到最大
值。当处理时间增加至14d时,各加硅处理均显著
高于CK2,与处理第7d相比,Si0.5和Si1.0这2个处
理的叶绿素总量和chla/chlb均显著下降(P<
0.05),但降幅均小于CK2,而Si4.0和Si8.0处理中叶
绿素总量和chla/chlb却显著增加,其增幅分别为
455
第3期 沈慧等:外源硅对盐胁迫下黑果枸杞幼苗生理特性的影响
4.44%,5.61%和2.64%,4.24%(P<0.05)。说明
加硅可提高盐胁迫下黑果枸杞叶绿素总量和chla/
chlb,并能缓解叶绿素含量和chla/chlb随胁迫时
间的下降幅度,高硅浓度下甚至有所增加。
图1 硅对盐胁迫下黑果枸杞叶绿素总量的影响
Fig.1 EffectsofsilicononchlorophylcontentinleavesofLyciumruthenciumseedlingsundersaltstress
注:不同小写字母表示在0.05水平差异显著,下同
Note:Differentsmallettersindicatesignificantdifferenceatthe0.05level,thesameasbelow
图2 硅对盐胁迫下黑果枸杞叶绿素a/b的影响
Fig.2 Effectsofsilicononchla/chlbratioinleavesofLyciumruthenciumseedlingsundersaltstress
2.2 硅对盐胁迫下黑果枸杞细胞质膜透性的影响
相对于CK1,盐胁迫处理(CK2)下黑果枸杞叶片
质膜透性在第7d和14d时分别增加了102.19%和
172.58%(P<0.05),且随处理时间延长,CK1 无显
著变化,而CK2 质膜透性增加了31.96%(图3)。
在处理第7d时,Si0.5和Si1.0处理与CK2 之间差异
不显著,随着硅浓度的进一步升高,其余加硅处理下
叶片质膜透性显著降低。而在处理第14d时,各硅
处理中的质膜透性均比CK2 显著下降(P<0.05),
当硅浓度达到2mmol·L-1以后其含量变化不再显
著,与处理第7d相比,Si0.5,Si1.0和Si2.0这3个处
理差异不显著,而Si4.0和Si8.0处理中质膜透性分别
增加了19.70%和12.42%(P<0.05)。说明加硅
处理可缓解盐胁迫对黑果枸杞叶片细胞质膜的伤害
程度,且高浓度下作用更为明显。
2.3 硅对盐胁迫下黑果枸杞叶片中MDA含量的影响
在300mmol·L-1NaCl胁迫下,黑果枸杞叶片
中过氧化产物 MDA含量显著增加(P<0.05),其
中处理第7d和14d叶片的 MDA含量分别比同时
间下的CK1 处理增加了133.47%和175.04%,处
理前后相比,CK2 中的 MDA也增加了15.69%(图
4)。在处理第7d和14d,加硅各处理中的 MDA
含量均显著低于盐处理,且随硅浓度的增加其含量
逐渐下降。处理前后相比,第14d时 Si0.5中的
MDA含量比第7d显著增加,但其增幅5.14%小
于CK2,而Si2.0,Si4.0和Si8.0这3个处理中的 MDA
含量却降低了3.17%,12.10%和9.88%(P<
0.05)。说明硅处理可有效缓解盐胁迫对黑果枸杞
叶片膜系统的伤害,且当外源硅达到一定浓度时还
可降低膜伤害程度。
555
草 地 学 报 第20卷
图3 硅对盐胁迫下黑果枸杞质膜透性的影响
Fig.3 EffectsofsilicononmembrancepermeabilityinleavesofLyciumruthenciumseedlingsundersaltstress
图4 硅对盐胁迫下黑果枸杞丙二醛含量的影响
Fig.4 EffectsofsilicononMDAcontentinleavesofLyciumruthenciumseedlingsundersaltstress
2.4 硅对盐胁迫下黑果枸杞叶片中脯氨酸含量的
影响
盐胁迫处理(CK2)可大幅增加黑果枸杞叶片中
的脯氨酸含量,在处理第7d和14d,其含量分别达
到166.10和250.47μg·g-1,比对照(CK1)增加了
788.71%和889.61%,处理前后相比,CK2 中的脯
氨酸含量增加了50.79%(P<0.05)(图5)。在处
理第7d,除Si0.5处理与CK2 之间无显著差异外,其
余各硅处理均显著低于CK2(P<0.05)。随着处理
时间延长,各硅处理中脯氨酸含量均显著低于CK2
(P<0.05),且随硅浓度增加而逐渐降低,到2
mmol·L-1后,其含量变化不再显著。与处理第7d
相比,处理第14d时Si0.5,Si1.0和Si2.0处理中的脯
氨酸含量分别增加了25.55%,17.78%和3.68%,
增幅逐渐减小,且小于CK2,而Si4.0和Si8.0处理中脯
氨酸含量略有下降,未达到显著水平。说明硅可降
低盐胁迫下脯氨酸随时间的积累量,是硅缓解黑果
枸杞盐分伤害的一种生理响应机制。
图5 硅对盐胁迫下黑果枸杞脯氨酸含量的影响
Fig.5 EffectsofsilicononprolinecontentinleavesofLyciumruthenciumseedlingsundersaltstress
655
第3期 沈慧等:外源硅对盐胁迫下黑果枸杞幼苗生理特性的影响
2.5 硅对盐胁迫下黑果枸杞叶片中可溶性糖含量
的影响
在盐胁迫下,黑果枸杞叶片中可溶性糖的积累没
有脯氨酸敏感,处理第7d和14d时CK2中的可溶性
糖含量比CK1分别增加了11.79%和112.61%(P<
0.05),且处理前后相比,CK2 中的可溶性糖含量增加
了100.11%(图6)。加硅各处理中的可溶性糖含量
显著低于盐处理CK2(P<0.05),其中,在处理第
7d,Si4.0中的可溶性糖含量最低,比 CK2 降低了
35.93%,在处理第14d时,可溶性糖含量随硅浓度
增加而降低,当增加至2mmol·L-1后变化不再显
著。与处理第7d相比,处理第14d时各硅处理中
的可溶性糖含量均显著增加(P<0.05),其增幅分
别为71.45%,57.91%,20.40%,56.99%和40.91%,
均低于CK2 的增幅。说明外源硅作用可减缓盐胁
迫下黑果枸杞叶片中可溶性糖的积累,有利于植物
正常代谢的进行。
图6 硅对盐胁迫下黑果枸杞可溶性糖含量的影响
Fig.6 EffectsofsilicononsolublesugarcontentinleavesofLyciumruthenciumseedlingsundersaltstress
3 讨论与结论
很多研究证明,硅是植物生长的有益元素[8]。
适量的硅能抑制盐胁迫下玉米(Zeamays)叶绿素
含量的降低,提高叶绿素a/b的比值[16]。对库拉索
芦荟(Aloebarbadensis)[17]叶绿体超微结构的研究
认为,外源硅有助于稳定叶肉细胞超微结构,提高叶
绿体完整性,减轻对基粒超微结构的损伤。本试验
结果表明,盐胁迫下黑果枸杞叶片叶绿素总量增加,
chla/chlb下降,而各加硅处理下叶绿素含量和
chla/chlb均显著增加,且中高浓度下增幅较大。
另外,随着处理时间的延长,当盐胁迫处理及硅浓度
为0.5和1mmol·L-1处理下,黑果枸杞叶绿素总
量和chla/chlb均显著降低,但加硅处理下降幅度
明显低于盐胁迫,而4和8mmol·L-1处理下叶绿
素总量和chla/chlb则显著增加,有效缓解了盐胁
迫对黑果枸杞叶绿体膜的伤害,提高了叶片光合能
力。有研究报道,加硅可促进植物叶绿体对 K+的
吸收,减轻Na+的过度积聚,提高AsA-GSH循环能
力[18],这可能是加硅处理下黑果枸杞叶绿素含量增
加、光合作用增强的主要原因。
盐胁迫下,植物最先接触到盐分并受到伤害的
是细胞质质膜[5],并导致膜透性增大和膜脂过氧化,
而膜脂过氧化产物对植物防御体系的破坏又再次加
剧了膜脂过氧化作用[19]。已有研究表明,加硅处理
可显著降低植物叶片电解质外渗率和过氧物产物丙
二醛的含量[10,16]。本试验中,外源硅尤其是高浓度
硅处理下,黑果枸杞叶片质膜透性和 MDA含量较
盐胁迫处理显著下降。同时,随着处理时间延长,黑
果枸杞叶片质膜透性在硅浓度为0.5,1和2
mmol·L-1处理下变化不显著,4和8mmol·L-1
处理下有所增加,但增幅小于盐胁迫处理;MDA含
量在硅浓度为0.5mmol·L-1时略有增加,但比盐
胁迫处理下15.69%的增幅要小,而2,4和8
mmol·L-1时 MDA含量显著下降。说明加硅处理
可缓解盐胁迫对黑果枸杞叶片细胞质膜的伤害程
度,且高浓度下效应更为明显,这有利于维持盐逆境
中细胞膜的完整性,保证植物体内各种生理代谢的
正常进行。这可能是因为沉积在叶片表面的硅减少
了盐分从地下部向地上部的运输,增强了叶片消除
自由基的能力,从而有效保护了叶片膜系统[10]。
大量研究表明,在盐胁迫下,植物体会积累大量
的渗透调节物质以适应逆境条件[5]。其中,脯氨酸
和可溶性糖是2种较重要的有机渗透调节剂和保护
剂。而加硅处理下,黄瓜叶片中脯氨酸含量显著降
低[11]。本研究表明,在盐胁迫下,黑果枸杞叶片中
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草 地 学 报 第20卷
的脯氨酸和可溶性糖含量均显著增加,但相对而言,
前者增加幅度较大,对盐害的敏感性较强。加入硅
后,叶片中的脯氨酸和可溶性糖含量显著降低,且高
浓度比低浓度缓解效应更为明显。另外,随处理时
间延长,盐胁迫中脯氨酸和可溶性糖含量大幅增加,
而硅处理中脯氨酸含量在小于2mmol·L-1浓度时
有所增加,但增幅小于盐胁迫处理,硅浓度为4和8
mmol·L-1时其含量略有下降,可溶性糖的增幅较
盐胁迫处理小。表明外源硅可降低盐胁迫下黑果枸
杞叶片脯氨酸和可溶性糖的积累,有可能是硅缓解
黑果枸杞盐分伤害的一种生理响应机制。其中,硅
引起脯氨酸含量的下降可能是因为硅减缓了植物体
内脯氨酸产生的介导物质 ABA的合成和积累[20],
而具体的降解代谢机理需做进一步研究。
总之,外源硅处理下,黑果枸杞叶片叶绿素总量
和chla/chlb增加,质膜透性、MDA、脯氨酸和可溶
性糖含量下降,且其缓解效应随硅浓度增加和处理
时间延长而更为明显。
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(责任编辑 吕进英)
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