神秘果葉片的生理響應(yīng)范文
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《熱帶作物學(xué)報(bào)》2016年第四期
摘要
為明確神秘果(SynsepalumdulcifcumDenill)的耐鹽能力，研究其在NaCl脅迫下的適應(yīng)機(jī)制并豐富果樹(shù)的耐鹽機(jī)理，通過(guò)盆栽試驗(yàn)法，以0、2‰、4‰、6‰、8‰NaCl溶液分別對(duì)幼苗進(jìn)行脅迫處理，測(cè)定葉片葉綠素、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化物酶、丙二醛含量及土壤實(shí)際鹽度。結(jié)果表明：在NaCl脅迫下，神秘果葉片的葉綠素合成受到明顯抑制；超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物酶(POD)的活性隨濃度增加而顯著升高，過(guò)氧化氫酶(CAT)活性則是先升后降，在4‰時(shí)達(dá)到最高；可溶性蛋白含量與處理濃度呈負(fù)相關(guān)；脯氨酸、可溶性糖含量和對(duì)照相比有顯著增加，推測(cè)脯氨酸和可溶性糖在脅迫過(guò)程中起著重要的滲透調(diào)節(jié)作用。
關(guān)鍵詞
土壤的鹽堿化威脅著人類生存的土壤資源，限制果樹(shù)的分布和產(chǎn)量[1]。中國(guó)的鹽堿地主要分布在遼寧、山東、江蘇、浙江、福建、廣東等地，這些地區(qū)農(nóng)業(yè)的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一是果樹(shù)，而果樹(shù)在鹽土上的種植潛力取決于其對(duì)土壤鹽分的耐受能力。果樹(shù)的耐鹽性與鹽分的吸收、運(yùn)輸、排泄、抗鹽物質(zhì)的合成積累等密切相關(guān)。植物對(duì)鹽分的生理生態(tài)響應(yīng)及機(jī)理機(jī)制等引起人們的廣泛研究，研究?jī)?nèi)容涉及生物學(xué)、生理學(xué)和生物化學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域。在果樹(shù)的耐鹽性研究方面，主要從分子水平上開(kāi)展果樹(shù)耐鹽機(jī)制及耐鹽新品種選育[2-3]。耐鹽機(jī)制可分為簡(jiǎn)單機(jī)制和復(fù)雜機(jī)制，其中的復(fù)雜機(jī)制涉及植物在脅迫處理下的主要生理變化，目的是維持光合作用、呼吸作用、水利用效率等重要的植物特征，鹽脅迫破壞植物正常的生理過(guò)程主要體現(xiàn)在離子毒害、滲透脅迫、營(yíng)養(yǎng)失衡及鹽脅迫的次級(jí)反應(yīng)例如氧化脅迫等。由于植物耐鹽機(jī)理復(fù)雜[4-5]，果樹(shù)的生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)等原因，目前我國(guó)展開(kāi)研究的果樹(shù)耐鹽性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如模式植物深入[6]，進(jìn)展較為緩慢，這對(duì)于明確不同果樹(shù)的耐鹽性以及果樹(shù)對(duì)鹽脅迫的復(fù)雜反應(yīng)過(guò)程等遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。神秘果（SynsepalumdulcifcumDenill），隸屬山欖科（Sapotaceae）神秘果屬（Synsepalum），原產(chǎn)于西非，為多年生常綠灌木，現(xiàn)在中國(guó)的廣西、云南、福建等地有栽培。果皮呈鮮紅色，光滑且薄，果實(shí)具有強(qiáng)抗氧化性，果實(shí)成分中有神秘果素，能使酸味變甜，故而得名[7]，變味功效在營(yíng)養(yǎng)保健品上的應(yīng)用前景日益受到關(guān)注[8]，目前關(guān)于神秘果果實(shí)[9]、種子[10]、葉[11]等的成分測(cè)定分析及植株的栽培技術(shù)[12]方面研究較多，但其耐鹽性研究尚未見(jiàn)報(bào)道。筆者以NaCl脅迫處理神秘果，比較分析葉片葉綠素、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及抗氧化酶的變化，通過(guò)NaCl脅迫對(duì)神秘果葉片生理的影響，探討和豐富果樹(shù)的耐鹽分子機(jī)理，并為開(kāi)發(fā)利用神秘果這一熱帶果樹(shù)資源提供栽培學(xué)上的理論指導(dǎo)。
1材料與方法
1.1材料供試神秘果來(lái)自廈門華僑亞熱帶植物引種園育苗圃，苗齡2年，盆栽苗規(guī)格基本一致，土壤為腐殖土，光照充足、濕度60％~80％。
1.2方法
1.2.1植物材料預(yù)處理以2‰、4‰、6‰、8‰濃度的NaCl溶液進(jìn)行脅迫處理，NaCl濃度為0的自來(lái)水為對(duì)照。每個(gè)處理5次重復(fù)，灌溉時(shí)以一次澆透為準(zhǔn)，待表面土層較干時(shí)繼續(xù)處理，觀察并記錄植株的鹽害現(xiàn)象（無(wú)鹽害癥狀為0級(jí)；葉尖、葉緣變黃，受害葉片約占1/5為1級(jí)；葉尖、葉緣變黃，受害葉片約占1/2為2級(jí)；大部分葉尖、葉緣變黃為3級(jí)；葉片焦枯脫落，最終死亡為4級(jí)）[13]，葉片出現(xiàn)3級(jí)鹽害時(shí)處理結(jié)束。處理時(shí)間從2009-12-21開(kāi)始，至2010-04-10結(jié)束，處理結(jié)束后取樣對(duì)象為植株中部成熟葉片。
1.2.2葉綠素含量測(cè)定采用丙酮-乙醇混合液法[14]。
1.2.3CAT、POD活性及丙二醛、可溶性糖的測(cè)定參照張志良等[15]的方法。
1.2.4SOD活性測(cè)定參照李合生[16]的NBT光還原法。
1.2.5游離脯氨酸、可溶性蛋白測(cè)定參照李合生[16]的方法。
1.3數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件分析。
2結(jié)果與分析
2.1土壤實(shí)際鹽度與鹽害現(xiàn)象
2.1.1土壤的實(shí)際鹽度由表1可知，測(cè)試的土壤為弱酸性，pH值范圍為5.77~6.06，對(duì)照的土壤實(shí)際鹽度為0.03‰，而經(jīng)過(guò)2‰、4‰、6‰、8‰NaCl處理的土壤實(shí)際鹽度不高，依次為0.84‰、1.33‰、2.22‰、2.71‰。
2.1.2神秘果的鹽害現(xiàn)象神秘果幼苗在前3個(gè)鹽度（鹽度從0.03‰至1.33‰）下未出現(xiàn)鹽害，在鹽度為2.22‰時(shí)出現(xiàn)2級(jí)鹽害，鹽度為2.71‰時(shí)出現(xiàn)3級(jí)鹽害。幼苗株高增值隨著處理濃度的增加而減少，且和對(duì)照相比有顯著差異，可見(jiàn)因NaCl脅迫的影響，植株高度的增長(zhǎng)量受到明顯抑制。
2.2NaCl脅迫對(duì)神秘果葉的葉綠素含量及抗氧化酶活性的影響
2.2.1對(duì)葉綠素含量的影響由表2可知，神秘果葉在各處理濃度下的葉綠素含量都顯著低于對(duì)照，但隨著處理濃度升高到一定程度，葉綠素含量下降趨于平緩；在8‰NaCl處理濃度下，葉綠素含量為1.57mg/g，與6‰NaCl處理濃度下的葉綠素含量沒(méi)有顯著差異。
2.2.2對(duì)抗氧化酶活性的影響由表2可知，NaCl脅迫下神秘果的SOD和POD活性的變化趨勢(shì)一致，均隨處理濃度增加而顯著升高，8‰NaCl處理濃度下SOD活性為73.48U/g，POD活性為60.88U/(g•min)。CAT活性隨處理濃度增加而先升高后下降，2‰NaCl處理和對(duì)照相比沒(méi)有顯著變化，4‰NaCl處理時(shí)達(dá)到最高，為3.28mg/(g•min)，8‰NaCl處理CAT活性為2.34mg/(g•min)。
2.3NaCl脅迫對(duì)神秘果葉片的有機(jī)物及丙二醛的影響
2.3.1對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響由表3可知，脯氨酸和可溶性糖在神秘果受NaCl脅迫過(guò)程中的含量變化基本一致，兩者含量隨處理濃度的升高而增加，且與對(duì)照均有顯著差異，在8‰NaCl處理下，脯氨酸含量達(dá)19.25mg/g，為對(duì)照的2.44倍，可溶性糖含量達(dá)0.31mmol/g，為對(duì)照的1.72倍；可溶性蛋白含量隨處理濃度升高而下降，且在4‰、6‰、8‰NaCl處理下均與對(duì)照有顯著差異，最低值為3.89mg/g，為對(duì)照的45.55％。說(shuō)明不同有機(jī)小分子在植物抗逆過(guò)程中所起作用有所差異。
2.3.2對(duì)丙二醛含量的影響由表3可知，各NaCl脅迫處理下的丙二醛含量與對(duì)照相比有顯著提高，但各處理濃度之間的丙二醛含量沒(méi)有顯著差異，皆為0.02μmol/g。
3討論與結(jié)論
葉綠素含量的高低可以很好地反映植物的光合能力。隨著NaCl脅迫程度遞增，神秘果葉綠素合成遭受破壞，葉綠素含量遞減。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，神秘果的適應(yīng)性良好，可作為一種新型帶果樹(shù)或園林樹(shù)種在熱帶、南亞熱帶地區(qū)進(jìn)行推廣種植，由于2年生幼苗的耐鹽性較弱，種植時(shí)要注意土壤的鹽度極限。植物體內(nèi)的抗氧化酶SOD、POD和CAT，可以系統(tǒng)作用和有效清除新陳代謝過(guò)程產(chǎn)生的活性氧，使其保持在較低水平，從而防止或降低活性氧引起的膜脂過(guò)氧化以及其它的細(xì)胞傷害[17-18]，這3種酶的活性變化受植物種類、NaCl濃度及處理時(shí)間等綜合因素影響：在NaCl脅迫下的3種柳樹(shù)新品系，耐鹽性最好的品系的SOD活性隨脅迫強(qiáng)度增加而升高，但POD、CAT及其它2種品系的SOD、POD、CAT活性等則呈先升后降的變化規(guī)律[19]；NaCl脅迫下的‘富士’蘋果愈傷組織和組培苗，SOD和POD活性升高，但CAT活性降低[20]；‘珠美’海棠葉片的SOD活性在NaCl脅迫下保持相對(duì)穩(wěn)定[21]；蘋果砧木‘M26’的葉片隨著脅迫時(shí)間加長(zhǎng)，SOD活性下降[22]；幾種葡萄砧木（‘山河1號(hào)’、‘河岸3號(hào)’、‘SO4’和‘DogRidge’）[23]和櫻桃砧木‘Gisela5’[24]葉片的SOD、POD、CAT活性隨NaCl處理濃度增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，神秘果葉片的SOD、POD、CAT活性變化與NaCl處理濃度有很好的相關(guān)性，但SOD、POD的活性隨NaCl濃度增加而顯著升高，CAT活性則是先升高后降低。鹽脅迫下，一些有機(jī)物質(zhì)如脯氨酸、甜菜堿、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)等，會(huì)在果樹(shù)體內(nèi)合成和積累，以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的滲透勢(shì)，達(dá)到水分平衡，并可保護(hù)酶類活性以維持正常的代謝活動(dòng)[25]：可溶性糖和脯氨酸含量在鹽脅迫下的葡萄葉片中顯著上升[26]；大麥莖葉中可溶性糖和脯氨酸的含量隨NaCl濃度的升高而增加[27]；鹽樺體內(nèi)的脯氨酸、可溶性糖含量隨脅迫加重而增多[28]。非鹽生植物的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是有機(jī)小分子[4]。
神秘果為非鹽生植物，隨NaCl脅迫濃度增加，脯氨酸、可溶性糖的含量持續(xù)上升，且與對(duì)照有顯著差異，可能脯氨酸、可溶性糖2種有機(jī)小分子作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在神秘果受NaCl脅迫過(guò)程中起著重要的作用。目前在可溶性蛋白的滲透調(diào)節(jié)方面研究較少：扁桃的可溶性蛋白隨著鹽處理濃度的增加而下降[29]；在低質(zhì)量分?jǐn)?shù)NaCl脅迫下，2種葡萄品種葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量均緩慢上升，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升，不同品種的變化不同，鹽敏感品種急劇下降，而抗鹽品種卻保持相對(duì)穩(wěn)定[26]；山欖科的人心果、古巴牛乳樹(shù)及蛋黃果等的葉片可溶性蛋白在NaCl脅迫下含量增加[30]，本研究中的神秘果葉片可溶性蛋白在NaCl脅迫下顯著降低，可溶性蛋白對(duì)山欖科植物的滲透調(diào)節(jié)作用還需要進(jìn)一步研究。
作者：劉育梅 胡宏友 宋志瑜 許傳俊 盧昌義 單位：廈門華僑亞熱帶植物引種園 廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院 福建省亞熱帶植物研究所