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Effect of NaCl stress on growth and antioxidant systems of Pogostemon cablin

广藿香苗期生长及其抗氧化酶活性对盐胁迫的响应


目的:探讨广藿香苗期生长及其抗氧化酶活性对盐胁迫的响应,为发展广藿香在盐碱地种植提供依据。方法:采用不同浓度的NaCl溶液(配成Hoagland液)处理盆栽广藿香扦插苗,盐胁不同时间后测定株高,鲜(干)重,根系活力,叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性,细胞膜透性和丙二醛(MDA)含量。结果:NaCl胁迫抑制了苗期广藿香生长发育,低浓度短时间盐胁迫(低于20 mmol·L-1和9 d)间差异不显著。但随着NaCl溶液浓度升高和胁迫时间的延长,广藿香植株鲜(干)重、生长速率、干物质增长速率均呈明显下降趋势;叶片细胞膜透性和MDA含量持续升高,膜脂过氧化作用加强;而根系活力,SOD,CAT,POD活性在低NaCl浓度下上升,高浓度下则下降。结论:广藿香生长对NaCl胁迫的响应具有浓度和时间的依赖性。

Objective: To study the effects of salt stress on the growth and resistant oxidation enzyme activities of Pogostemon cablin. Method: Cutting rooted seedlings were cultivated in the plastic flowerpot irrigated with various concentrations of NaCl (Hoagland solution) for different duration, and the height, fresh/dry weight, root vitality, SOD,POD and CAT activity, membrane permeability and MDA contents were determined. Result: The growth and development of P.cablin was restrained after salt stress. The differences of salt stress of lower concentration and for a short time(less than 20 mmol·L-1 and the 9th day) were not obvious. The fresh/dry weight, growth rate and increasing rate of dry matter were obviously decreased with the increasing of NaCl concentration and prolonging of the time, but membrane permeability and contents of MDA were increased all along, and lipid peroxidation enhanced, while the root vitality and activities of SOD, POD and CAT were firstly increasing at lower concentration and then decreasing at higher concentration. Conclusion: The growth of P. cablin depends on NaCl concentration and the treated duration.


全 文 :广藿香苗期生长及其抗氧化酶活性对盐胁迫的响应
郭巧生1,吴友根1,2,林尤奋2,郑焕强3
(1.南京农业大学 中药材研究所,江苏 南京 210095;
2.海南大学 园艺园林学院,海南 海口 570228;
3.海南科源藿香科技开发有限公司,海南 万宁 570125)
[摘要] 目的:探讨广藿香苗期生长及其抗氧化酶活性对盐胁迫的响应,为发展广藿香在盐碱地种植提供依据。方法:
采用不同浓度的NaCl溶液(配成Hoagland液)处理盆栽广藿香扦插苗,盐胁不同时间后测定株高,鲜(干)重,根系活力,叶片
中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性,细胞膜透性和丙二醛(MDA)含量。结果:NaCl胁迫抑
制了苗期广藿香生长发育,低浓度短时间盐胁迫(低于20mmol·L-1和9d)间差异不显著。但随着NaCl溶液浓度升高和胁
迫时间的延长,广藿香植株鲜(干)重、生长速率、干物质增长速率均呈明显下降趋势;叶片细胞膜透性和MDA含量持续升高,
膜脂过氧化作用加强;而根系活力,SOD,CAT,POD活性在低 NaCl浓度下上升,高浓度下则下降。结论:广藿香生长对 NaCl
胁迫的响应具有浓度和时间的依赖性。
[关键词] 广藿香;盐胁迫;保护酶活性;丙二醛;细胞膜透性
[收稿日期] 20080513
[基金项目] 国家科技支撑计划项目(20060381010107);海南省
自然科学基金项目(30814)
[通信作者] 郭巧生,Tel:(025)84396591,Email:gqs@njau.edu.cn
  广藿香 Pogostemoncablin(Blanco.)Benth.为
唇形科刺蕊草属植物,以干燥地上部入药,是我国常
用的芳香化湿类中药,具有芳香化浊、开胃止呕、发
表解暑之功效。常用于治疗湿浊中阻、脘痞呕吐、暑
湿倦怠、胸闷不舒、寒湿闭暑、腹痛吐泻、鼻渊头痛等
疾[1]。据报道,目前市场上广藿香药材多来源于海
南万宁产的海南广藿香[23]。海南四周环海,拥有较
多盐碱地,在盐碱地和有盐渍化倾向的地区发展种
植广藿香,不仅保护农田,扩大广藿香种植范围,还
能充分利用盐碱地资源。但迄今有关盐逆境下广藿
香生长及其叶片中抗氧化酶活性的研究尚未见报
道。本研究对广藿香幼苗进行 NaCl溶液不同时间
和浓度胁迫,探讨盐胁迫对苗期广藿香生长及其生
理生化指标的影响,为广藿香耐盐特性和规范化栽
培提供依据。
1 材料和方法
1.1 试验材料与处理
试验于2007年8-12月在海南大学农学园内
进行,供试材料为盆栽海南广藿香扦插苗。8月26
日将22cm的插条基部剪成45°斜口,直接扦插于口
径22cm,高24cm塑料盆中,每盆1根,盆土为栽培
广藿香地的风干沙壤土,土壤有机质 1813g·
kg-1,pH643,盆土50kg,成活后常规管理。11月
20日每盆等量追施适量腐熟鸡粪,11月26日选用
生长健壮、长势基本一致、无病虫害的盆栽苗,分别
用0,20,40,80,120,200mmol·L-1NaCl溶液(配
成 Hoagland液)进行盐胁迫试验。为防止盐击效
应,5d内分2次加至预设浓度,达终浓度后每4d
浇终浓度盐溶液500mL,浇盐4次,每处理重复3
次,每次重复处理15盆。
通过预备试验发现,达终浓度胁迫8d后试材
发生较明显的外观和生理变化,因此,本试验于终浓
度胁迫后第9,17d测定单株鲜(干)重、植株生长速
率、干物质增长速率和根系活力;第10,14,18d测
定细胞膜相对透性、MDA含量和抗氧化酶活性。所
有测定均重复3次。
1.2 测定项目与方法
1.2.1 生物量、植株生长速率和干物质增长速率的
测定 分别于规定时间取样测定广藿香地上部、地
下部鲜重和株高,在105℃杀青10min后,于75℃
烘至恒重,称取干重。按下式计算:植株生长速率
(cm·d-1)=(处理后株高 -处理前株高)/处理天
数;干物质增长速率(g·d-1)=(处理后干重 -处
理前干重)/处理天数。
1.2.2 根系活力、抗氧化酶活性和膜脂过氧化的测
定 根系活力,SOD,POD活性,MDA含量分别采用
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TTC法、氮蓝四唑(NBT)法、愈创木酚法和硫代巴比
妥酸(TBA)法测定[4],CAT活性和细胞膜相对透性
分别采用紫外吸收法和电导法测定[5]。
1.3 数据分析
采用SPSS115统计软件对试验数据计算处理
及相关分析。
2 结果与分析
2.1 NaCl胁迫对广藿香幼苗生长发育的影响
2.1.1 植株生长速率 盐胁迫对广藿香植株生长
速率的影响见表1,在NaCl溶液不同浓度和时间胁
迫下,广藿香生长均受到明显抑制,生长速率下降。
且随着NaCl溶液胁迫强度提高和时间的延长,抑制
效果更为明显。胁迫至第 9天,除 20mmol·L-1
NaCl处理与 CK差异不显著外,其余处理均与 CK
差异显著,200mmol·L-1NaCl溶液处理的植株生
长速率仅为 CK的567%。相同的处理,胁迫时间
愈长,植株生长速率愈低。各 NaCl溶液胁迫至第
17天的植株生长速率均分别低于第9天的生长速
率。同时观察发现在高 NaCl浓度下随着胁迫时间
的延长,广藿香出现叶片焦枯、黄化和脱落的现象。
说明高浓度长时间的 NaCl溶液胁迫对苗期广藿香
生长具有显著的抑制作用。
表1 NaCl溶液胁迫对苗期广藿香生长发育的影响
处理天数
/d
NaCl处理
/mmol·L-1
单株鲜重/g
地上部 地下部
单株干重/g
地上部 地下部
植株生长速率
/cm·d-1
干物质增长速率
/g·d-1
根系活力
/μg·g-1·h-1
9 0 24747a 3243a 3137a 557a 090a 054a 27963a
  20 24120ab 3067a 3013a 523a 087a 052a 28233a
  40 23433b 2550b 2830b 413b 081b 044b 26033b
  80 20820c 2357bc 2667bc 337c 075c 037c 23807c
  120 19463d 2207cd 2500c 290c 064d 033d 22783d
  200 18517e 2023d 2280d 215d 051e 024e 20857e
17 0 27977a 3840a 3293a 617a 087a 050a 29217a
  20 27457a 3437b 3180b 587b 082ab 048a 29453a
  40 25723b 3210b 3033b 473c 073bc 039b 27397b
  80 23750c 2640c 2807c 383d 067c 035c 26227c
  120 21607d 2450c 2653d 347d 056d 028d 23610d
  200 20740d 2177d 2380e 265e 042e 021e 20887e
  注:同一胁迫时间,同列数值后不同字母表示差异达5%显著性水平(表2同)。
2.1.2 生物量和干物质增长速率 本研究表明,
无论是胁迫第9天还是第17天,随着盐浓度的升
高,广藿香植株地上部鲜(干)重、地下部鲜(干)重
和干物质增长速率均出现下降的趋势,且出现了较
为明显的差异。在干物质增长速率方面,除 20
mmol·L-1NaCl处理与CK差异不显著外,其他处
理间差异均显著,亦均与 CK差异显著。胁迫第9
天,40,80,120,200mmol·L1NaCl处理的干物
质增长速率分别为 CK的815%,685%,611%,
444%,而在胁迫第17天,这4个处理的干物质增
长速率分别比 CK下降了220%,300%,440%,
580%,这表明NaCl浓度高于40mmol·L-1时,盐
胁迫对植株干物质积累有明显抑制作用;在单株鲜
(干)重方面,40~200mmol·L-1NaCl胁迫显著地
降低了地上部和地下部鲜(干)重,其中,200mmol
·L-1NaCl处理在胁迫第9天和第17天对地下部
干重的抑制强度最大,其降幅均超过50%,分别为
6140%,5705%。
2.2 根系活力
由表 1可以看出,低盐浓度(20mmol·L-1
NaCl)胁迫的9,17d,苗期广藿香根系活力均略高
于 CK,但差异均不显著。当胁迫浓度升高到 40
mmol·L-1时,广藿香根系活力逐渐降低,且处理间
差异显著,在NaCl200mmol·L-1时,根系活力为最
低,分别仅为 CK的 7459%(第 9天)和 7149%
(第17天)。这表明低浓度盐胁迫(20mmol·L-1)
能提高广藿香幼苗根系的活力,而高浓度的盐胁迫
(≥40mmol·L-1)则起抑制作用。
2.3 NaCl胁迫对广藿香叶片中细胞膜透性及MDA
含量的影响
2.3.1 细胞膜相对透性 广藿香叶片细胞膜相对
透性在NaCl胁迫下的变化见表2。正常条件下栽
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培的广藿香,叶片细胞质膜透性很小,随 NaCl胁
迫浓度的增加,广藿香叶片细胞膜相对透性逐渐增
大,且随胁迫时间的延长,各处理叶片细胞膜相对
透性持续升高,其中,200mmol·L-1NaCl处理在
胁迫第 18天时细胞膜相对透性达最大值,为
8327%,是当时CK的446倍。处理第14天时,
细胞膜相对透性与 NaCl胁迫浓度呈显著正相关
(R2=09743)。
表2 NaCl胁迫对广藿香叶片细胞膜相对透性、MDA含量、SOD,POD,CAT活性的影响(珋x±s,n=3)
处理天数
/d
处理浓度
/mmol·L-1
细胞膜相对透性
/%
MDA
/μmol·g-1
SOD
/U·g-1
POD
/U·g-1·min-1
CAT
/U·g-1·min-1
10 0 1533±093e 277±044c 11070±590d 81207±1268e 2573±160a
  20 1573±021e 280±022c 13823±540c 96490±1264d 2640±125a
  40 2657±086d 381±031b 19190±712a 187807±1426a 2730±177a
  80 3500±259c 395±036b 17097±765b 164657±1408b 1787±065b
  120 4533±243b 484±061a 14373±519c 143027±1378c 1547±093c
  200 367±241a 527±052a 10710±147d 79020±1259e 1280±066d
14 0 1787±035e 297±015e 12627±218d 179150±2085e 2463±084a
  20 1853±105e 361±038de 20963±536a 197620±2092c 2487±112a
  40 2880±175d 418±068d 20987±905a 246843±1152a 2537±125a
  80 3867±196c 499±060c 19477±632b 215097±2026b 1693±067b
  120 5267±106b 574±013b 16020±483c 184790±1933d 1533±055c
  200 6567±175a 677±021a 12080±246d 87227±1930f 1193±075d
18 0 1867±075f 325±038d 12660±219d 264563±1753a 2097±060a
  20 2873±106e 415±058c 14027±502c 254927±2311b 1907±055b
  40 3847±160d 478±070c 18717±721a 214587±1950c 1863±068b
  80 5397±260c 581±045b 16197±447b 189207±1455d 1640±062c
  120 6977±271b 689±048a 16090±554b 154047±1976e 1330±066d
  200 8327±350a 727±016a 10627±307e 83343±1757f 1037±042e
2.3.2 MDA含量 由表2可见,NaCl胁迫下,广藿
香叶片MDA含量增加,并随 NaCl胁迫浓度提高和
时间的延长,增幅逐渐加大,在胁迫10,14,18d,200
mmol·L-1NaCl处理的MDA含量均为同期的最大
值,分别是同期 CK的190,228,224倍。经相关
性分析表明,胁迫的10,14,18d,MDA含量与 NaCl
胁迫浓度均呈显著正相关(R2分别为 09059,
09721,08989),说明NaC1胁迫导致广藿香叶片
活性氧的累积,加速了膜脂过氧化。
2.4 NaCl胁迫对广藿香叶片中抗氧化酶活性的
影响
2.4.1 SOD活性 SOD活性愈高,清除活性氧的
能力愈大。由表2可知,在胁迫时间上,各处理基本
以胁迫第 14天的 SOD活性最高。在胁迫浓度方
面,SOD活性随NaCl浓度的增加呈现先上升后下降
的趋势。以胁迫第 10天为例,20mmol·L-1NaCl
处理下,SOD比CK升高2487%;当NaCl浓度大于
20mmol·L-1时 SOD活性继续上升,至40mmol·
L-1时 SOD活性达到最大值,比 CK增加了
7335%;当 NaCl浓度继续增大,SOD则呈下降趋
势。在200mmol·L-1NaCl处理下,SOD活性达到
最低值,比CK降低325%。上述结果说明,广藿香
在低浓度短时间NaCl胁迫下可诱导或者激活SOD,
使SOD的活性增强。当胁迫浓度和时间超过一定
范围后,活性氧的积累水平已超越植株本身所能调
控的限度,植物体内过多的活性氧自由基无法清除,
导致SOD活性下降或分解。
2.4.2 POD活性 由表2可知,NaCl胁迫时间长
短对广藿香幼苗叶片中 POD活性有较大影响。在
胁迫14d内随NaCl浓度的增加呈先升高后降低的
变化趋势,在20mmol·L-1NaCl处理下,POD活性
比CK有所增加,在40mmol·L-1胁迫10,14d时,
POD活性均达到最大,比CK分别增加了13127%,
3779%;胁迫18d,POD活性随 NaC1浓度的增加
而逐渐降低,在200mmol·L-1时达到最低,此时的
POD比CK降低了6850%。这可能是广藿香受到
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盐胁迫时,起初具有一定的适应性。能够通过提高
POD活性来降低活性氧对细胞膜的伤害作用,当超
过一定盐浓度或胁迫时间后,保护酶系统受到破坏,
导致POD活性下降。
2.4.3 CAT活性 表2所示广藿香体内CAT在盐
胁下的变化规律,其趋势与 POD活性变化基本一
致,只是幅度大小有所差异。在40mmol·L-1胁迫
10,14d时,CAT活性均达到最大,但所增幅度不
强;胁迫18d后其活性随 NaC1浓度的增加而逐渐
降低。
3 讨论
3.1 盐胁迫抑制广藿香的生长发育
生长抑制是盐胁迫对植物最普遍、最显著的效
应。本研究发现,NaCl胁迫均降低广藿香植株地上
部鲜(干)重、地下部鲜(干)重、植株生长速率和干
物质增长速率,但在低浓度时(20mmol·L-1)的第
9天差异并不显著,根系活力反而有所上升,这可能
是由于低浓度盐短时间胁迫对幼苗生长的刺激作用
所致,这与杨秀红等[6]在甘草上盐胁迫的试验结果
相一致。随着胁迫浓度加强和时间的延长,处理间
差异逐渐显著,至200mmol·L-1NaC1处理时,各
生长指标同期均为最小,这表明高浓度长时间的盐
胁迫显著地抑制了广藿香幼苗的生长,同时也说明
了广藿香生长对NaCl胁迫的响应与浓度、时间密切
相关。
3.2 盐胁迫增加广藿香的细胞膜透性
本试验结果表明,在 NaCl胁迫下,广藿香幼苗
细胞膜透性和 MDA含量上升,且随着胁迫强度和
时间的加大(长),它们的值持续升高,这表明 NaCl
引起的膜脂过氧化作用破坏了质膜结构,究其原因,
可能是Na+在细胞中的过度积累,将具有稳定和保
护质膜作用的 Ca2+置换掉。结合到质膜上的 Na+
对质膜不起稳定作用,反而破坏其稳定性,膜结构破
坏,选择透性即丧失。当200mmol·L-1NaCl处理
第18天时,细胞膜透性和MDA含量均达最大值,这
表明高浓度长时间的盐胁迫引起膜质过氧化作用加
剧,从而造成对细胞膜系统的损伤最大。
3.3 盐胁迫改变广藿香叶片中的抗氧化酶活性
盐胁迫下,广藿香叶片中SOD活性表现出先升
后降的变化规律。且均在40mmol·L-1NaCl下出
  
现最大值,以后随着盐浓度的增加,SOD活性逐渐
下降,于200mmol·L-1NaCl处呈现最低值,说明
低盐浓度胁迫可诱导广藿香叶片中SOD活性增强,
能有效地清除氧自由基,阻止膜的过氧化和被破坏,
当超过一定浓度范围(40mmol·L-1)后,SOD活性
下降和氧自由基积累,膜的完整性遭到破坏;POD
和CAT活性的变化趋势基本一致,在胁迫l4d内随
NaCl浓度的增加,均呈先升高后降低的变化趋势,
胁迫18d后则随 NaCl浓度的增加而逐渐降低,这
说明在一定胁迫强度和时间内,植物本身能调控体
内活性氧的积累,但若胁迫强度和时间超过“阈值”
后,则会造成细胞内代谢失调,POD和 CAT活性下
降,保护酶系统受到破坏,这同时表明了广藿香生长
对NaCl胁迫的响应具有浓度和时间的依赖性。
3.4 盐碱地种植广藿香的土壤盐含量限定范围和
时间
目前,海南广藿香大部分种植于万宁市东澳、礼
纪、长丰、大茂等乡镇的农田里,在耕地资源本来就
十分紧缺的状况下,与水稻、蔬菜等重要作物竞争农
地,不仅占据了大量的良田,而且还因租地等费用增
加了广藿香种植的成本,故在盐碱地或有盐渍化倾
向的地区发展种植广藿香,就显得十分必要。本试
验结果表明,低浓度短时间盐胁迫(20mmol·L-1
和9d)尽管轻微地抑制了广藿香幼苗的生长发育,
但所造成的差异并不显著;40mmol·L-1NaCl胁迫
10,14d时,SOD,POD,CAT活性均达到最大值,表
明此浓度处理广藿香幼苗14d并不破坏保护酶系
统。故从整理上看,在盐碱地发展广藿香的种植,其
土壤盐含量的限定范围是低于40mmol·L-1,幼苗
所能经受盐胁迫的时间为14d左右。
[参考文献]
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[2]  喻良文.广藿香药材的品质评价研究[D].广州:广州中医药
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 March,2009
EfectofNaClstressongrowthandantioxidantsystemsofPogostemoncablin
GUOQiaosheng1,WUYougen1,2,LINYoufen2,ZHENGHuanqiang3
(1.InstituteofChineseMedicinalMaterials,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China;
2.ColegeofLifeHorticultureandLandscape,HainanUniversity,Haikou570228,China;
3.KeyuanPatchouliCo.LtdofScience&DevelopmentinHainanProvince,Wanning570125,China)
[Abstract] Objective:TostudytheefectsofsaltstressonthegrowthandresistantoxidationenzymeactivitiesofPogostemon
cablin.Method:CutingrootedseedlingswerecultivatedintheplasticflowerpotirigatedwithvariousconcentrationsofNaCl(Hoag
landsolution)fordiferentduration,andtheheight,fresh/dryweight,rootvitality,SOD,PODandCATactivity,membranepermea
bilityandMDAcontentsweredetermined.Result:ThegrowthanddevelopmentofP.cablinwasrestrainedaftersaltstress.Thedifer
encesofsaltstressoflowerconcentrationandforashorttime(lessthan20mmol·L-1andthe9thday)werenotobvious.Thefresh/
dryweight,growthrateandincreasingrateofdrymaterwereobviouslydecreasedwiththeincreasingofNaClconcentrationandprolon
gingofthetime,butmembranepermeabilityandcontentsofMDAwereincreasedalalong,andlipidperoxidationenhanced,whilethe
rootvitalityandactivitiesofSOD,PODandCATwerefirstlyincreasingatlowerconcentrationandthendecreasingathigherconcentra
tion.Conclusion:ThegrowthofP.cablindependsonNaClconcentrationandthetreatedduration.
[Keywords] Pogostemoncablin;saltstress;resistantoxidationenzymeactivities;MDA;membranepermeability
[责任编辑 吕冬梅]
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第34卷第5期
2009年3月
                             
Vol.34,Issue 5
 March,2009