外源ABA对NaCl胁迫下紫花苜蓿矿质元素和脯氨酸含量的影响

杨跃霞,刘大林,韩建国,赵国琦,韩 娟,王小山

（1.扬州大学动物科学与技术学院,江苏 扬州 225009；2.中国农业大学草地研究所,北京 100094）

①紫花苜蓿Medicago sativa号称“牧草之王”,是多年生豆科牧草,是世界上栽培利用最为广泛的牧草,也是我国种植面积最大的牧草,有适应性广、产量高、品质好、营养丰富等优点,且耐盐碱。但在较强的盐胁迫下,紫花苜蓿的产量、品质及粗灰分含量还是会受到显著影响[1]。近来发现在逆境（干旱、低温、高温、盐渍等）条件下,植物体内会有大量ABA积累[2]。外源ABA可以提高植物的抗旱、抗冻性和抗盐性[3-4]。且有研究表明ABA可以促使植物在盐渍条件下积累大量脯氨酸[5-6]。盐胁迫对植物生长造成的危害主要包括渗透胁迫和离子毒害以及营养失衡等。盐胁迫下植物体内会积累大量的Na+,Na+在植物细胞壁中的积累会导致植物细胞内缺水,加速衰老[7]。增加的Na+可以通过直接干扰细胞质膜对营养元素的转运,抑制植物对其他营养元素的吸收,导致营养缺乏症。通过研究外源ABA对NaCl胁迫下2个不同品种紫花苜蓿,矿质元素和脯氨酸含量的影响,进一步掌握紫花苜蓿抗盐生理机理,以期为紫花苜蓿耐盐性研究提供材料和依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料供试紫花苜蓿品种为中苜一号和维多利亚,中苜一号由中国农科院提供,维多利亚由国外引进,该试验在扬州大学动物科学与技术学院草业科学实验室进行。

1.2 试验方法

1.2.1培养条件 将供试种子分别在5%NaClO溶液中浸泡4 min,用无菌水冲洗种子4次,然后将种子均匀撒在灭过菌的沙子上,再在表面覆一层细沙,将其横放在培养箱里培养72 h。培养环境28 ℃,光/黑：12 h/12 h。

1.2.2盐胁迫处理 将生长了4 d的小苗移入Hoagland培养液继续生长,环境为相对湿度45%,光/黑：30℃/25℃,16 h/8 h。每周换1次营养液。小苗长到第14天,进行 NaCl和ABA处理,NaCl溶液浓度为：0和150 mmol/L,ABA溶液浓度为 0 、1、10 μ mol/L,设 T0（CK）、T1（NaCl）、T2（ABA1）、T3（ABA10）、T4（NaCl+ABA1）、T5（NaCl+ABA10）6个处理,各处理3个重复,每个重复包括3株,对照（CK）为正常Hoagland培养液。NaCl溶液分两次添加,第1天添加80 mmol/L,第2天添加150 mmol/L。培养液及NaCl溶液每7 d更新1次。

1.3 测定内容和方法

1.3.1生物量 苜蓿幼苗根、茎、叶鲜质量及相对应干质量的测定。小苗处理 14 d后,取鲜样称量,立即放入烘箱120℃杀青15 min,然后在75℃烘24 h至恒质量后再称干质量。

1.3.2矿质元素 植株不同组织器官中离子含量的测定。称取0.1 g左右鲜样,放入瓷坩埚中,碳化后置于马弗炉中4 h,至样品完全灰化。若个别试样灰化不彻底,加 1 mL混合酸（硝酸、高氯酸体积比为4∶1）反复消化完全,放凉,同时做试剂空白试验。灰渣用5 mL蒸馏水湿润,再加入5 mL 1∶1硝酸溶解,然后用蒸馏水洗入25 mL量瓶中,待测,同时做试剂空白试验。最后用ICP-7500测定不同品种不同处理下,Na+、K+、Ca2+、Mg2+元素的含量。

1.3.3脯氨酸 植物样品中游离脯氨酸用磺基水杨酸浸提法制备,用分光光度计测定脯氨酸含量。

1.4 统计分析和数据处理采用Excel软件处理数据后,用SPSS13.0软件进行单因素方差分析和T检验,采用Duncan's方法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1ABA和NaCl处理对紫花苜蓿生长的影响如表1所示,T1处理后,与CK相比2个品种的茎、叶干质量显著降低,与T1相比,T4和T5处理后显著（P＜0.05）增加了2个品种茎和叶的干质量,且 T5比T4的增加效果更明显。2个不同品种紫花苜蓿的干质量没有明显差异,说明盐胁迫下2个不同品种紫花苜蓿的生物量没有明显差异,耐盐性没有明显差异,而添加ABA则减轻了2个不同品种紫花苜蓿生长被抑制的现象。

表1 NaCl和ABA处理14 d后2个紫花苜蓿品种根、茎和叶的干质量 mg/株

2.2ABA和NaCl处理对紫花苜蓿根、茎和叶Na+含量的影响如表2所示,T1处理后,2个品种根、茎、叶的Na+含量明显升高。T4和T5处理后明显增加了2个品种根、茎、叶的Na+含量。T2和 T3处理对 2个品种的根、茎、叶的Na+含量没有显著影响。从结果中还发现,T5处理下维多利亚茎、叶中的Na+含量比中苜一号低（P＜0.05）。T1处理下,2个品种根的Na+含量显著高于茎和叶片的（P＜0.05）。由此可见 NaCl胁迫下,添加 ABA可降低植物体内Na+含量,减少Na+对植物体的毒害。而且T5处理下,维多利亚的Na+积累量少,受离子胁迫较小。

2.3ABA和NaCl处理对紫花苜蓿根、茎和叶的K+、Ca2+、Mg2+含量的影响如表 2、3所示,与CK相比,T1处理降低了2个品种根、茎、叶的K+含量和叶的Ca2+含量,T4和T5处理后,2个品种叶的K+含量和茎、叶的Ca2+含量都显著高于T1（P＜0.05）；T1、T4和 T5处理使2个品种根、茎、叶的Mg2+显著含量升高（P＜0.05）,且T5处理含量最高。

表2 NaCl和ABA处理14 d后2个紫花苜蓿品种植株根、茎和叶的Na+和K+含量 mmol/g

表3 NaCl和 ABA处理14 d后2个紫花苜蓿品种植株的Ca2+和Mg2+含量 mmol/g

2.4ABA和NaCl处理对紫花苜蓿根、茎和叶的脯氨酸含量的影响通过图1可以看出,脯氨酸分布情况为叶＞茎＞根,且维多利亚品种各器官的脯氨酸含量高于中苜一号；T1处理下脯氨酸含量显著增加,维多利亚各部位脯氨酸的增加幅度明显高于中苜一号。与 T1处理下相比,T4和T5处理下维多利亚各部位脯氨酸的含量均提高,且在T5处理下,维多利亚根和茎的脯氨酸的含量最高,但叶却是T4处理下含量最高。与T1处理相比,T4和T5处理下中苜一号各部位脯氨酸的含量均提高,且在T5处理下,中苜一号各部位的脯氨酸的含量都最高。

图1 不同处理下不同紫花苜蓿品种各部位脯氨酸含量及分布情况

2个品种间各部位比较可看出,各处理下维多利亚根和茎内脯氨酸含量都明显高于中苜一号的,CK、T1和T4处理下维多利亚叶内脯氨酸含量都明显高于中苜一号,而在T5处理时维多利亚叶内的脯氨酸含量却明显下降,且低于中苜一号的。维多利亚紫花苜蓿根的T1、T4和T5分别是CK的6.7、8.0和9.5倍。中苜一号紫花苜蓿根的 T1、T4和T5分别是CK 的5.6、7.1和8.5倍。由结果所得,NaCl胁迫下,紫花苜蓿大量积累脯氨酸,以根中产生的脯氨酸量最多。

由此可见作为渗透调节物质,NaCl胁迫下脯氨酸会迅速积累,改善自身环境适应逆境生长。而且添加ABA可以进一步提高紫花苜蓿的脯氨酸的含量,增强植物的适应能力和抗逆性,研究表明较高浓度的ABA处理下,维多利亚紫花苜蓿的抗逆能力更强。

3 讨论与结论

盐分是限制植物生长和作物产量的重要环境因素。NaCl胁迫下,添加ABA可以提高植物的耐盐性,增加植株的干物质[8]。而本研究表明,ABA提高了紫花苜蓿的抗盐能力,使NaCl胁迫下的紫花苜蓿植株的生物量增加。一些报道认为ABA提高植物抗盐能力的原因是,ABA提高了植物体内脯氨酸的含量,这些报道主要是适用在大麦Hordeum vulgare、黄瓜Cucumissativus、湖南稷子Echinochloa crusgalli和碱蓬Suaeda glauca上[9-11]。

NaCl胁迫下,紫花苜蓿内脯氨酸含量显著增加[12],可见,脯氨酸具有重要的渗透调节作用；NaCl处理下,添加ABA,紫花苜蓿内脯氨酸的含量均提高,可见NaCl胁迫下添加ABA,可以提高紫花苜蓿的抗盐能力,这一研究结果与已发表的报道[13]相似。对于2个品种紫花苜蓿耐盐性比较,从本试验看,各处理下维多利亚各部位脯氨酸含量均比中苜一号高,可推断维多利亚要比中苜一号有较高的耐盐性。且盐胁迫下,添加较高浓度的ABA比低浓度的抗盐效果要好。

NaCl胁迫下,维多利亚茎、叶中的Na+含量比中苜一号的低,这表明维多利亚有较高的拒盐和泌盐能力。通常植物受到NaCl胁迫后会影响植物对基本养分离子的吸收,从而破坏植物正常生长的养分离子的平衡[14],叶片的Na+/Ca2+值用来指示Ca2+被Na+的置换程度,NaCl胁迫后的植株有较高的Na+/Ca2+值,这会引起大量的K+从细胞液中泄漏出来[15]。一些研究已经证明在盐胁迫条件下Na+/K+较低对植物的抗盐能力是有益的[16-18],试验表明,维多利亚的Na+含量较低,K+含量较高,从而有保持低Na+/K+的能力,这可能是紫花苜蓿高抗盐性的一个重要指标。

[1]桂枝,高建明,袁庆华.盐胁迫对紫花苜蓿品质和产量的影响[J].安徽农业科学,2008,36（19）：19-23.

[2]谢振宇,杨光穗.牧草耐盐性研究进展[J].草业科学,2003,20（8）：11-17.

[3]李玲.干旱条件下植物ABA积累对脯氨酸水平的影响.植物学通报,1991,8（2）：21-25.

[4]刘娥娥,宗会,郭振飞.干旱、盐和低温胁迫对水稻幼苗Pro含量的影响[J].热带亚热带植物学报,2000,8（3）：235-238.

[5]赵福庚,刘友良,章文华.大麦幼苗叶片脯氨酸代谢及其与耐盐性的关系[J].南京农业大学学报,2002,25（2）：7-10.

[6]余光辉.水分胁迫下假俭草脯氨酸累积的 ABA,Ca2+调节[D].广州：华南师范大学,2003.

[7]李品芳,杨志成.NaCl胁迫下高羊茅生长及 K+、Na+吸收与运输的动态变化[J].草业学报,2005,14（4）：58-64.

[8]赵可夫,范海.盐胁迫下外源ABA对玉米幼苗耐盐性的影响[J].植物学报,1995,37（4）：295-300.

[9]赵福庚,孙诚,刘友良,等.ABA和 NaCl对碱蓬多胺和脯氨酸代谢的影响[J].植物生理与分子生学,2002,28（2）：117-120.

[10]龚明,丁念诚,刘有良.ABA对大麦和小麦抗盐性的效应[J].植物生理学通讯,1990（3）：14-18.

[11]钟新榕,郁继华.NaCl及外源 ABA、GA3对黄瓜幼苗膜脂过氧化的影响[J].甘肃农业大学学报,2005.

[12]汤章城.逆境条件下植物脯氨酸的积累及其可能的意义[J].植物生理学通讯,1984,（1）：15-21.

[13]Khadri M,Tejera N A,Lluch C.Sodium chloride-ABA interaction in two common bean cultivars differing in salinity tolerance[J].Plant Sci,2007：211-218.

[14]Wang X S,Han J G.Effects of NaCl and silicon on ion distribution in the roots,shoots and leaves of two alfalfa cultivars with different salt tolerance[J].Soil Science and Plant Nutrition,2007,53：278-285.

[15]安国勇,董发才,胡楠,宋纯鹏.盐胁迫条件下钙对小麦根细胞膜电位和钾离子吸收的影响.河南大学学报（自然科学版）,2002,32（3）：25-28.

[16]王锁民,陈托兄,张金林.6-苄氨基嘌呤和脱落酸对湖南稷子Na+、K+选择性和游离脯氨酸分配的调节[J].西北植物学报,2004,24（4）：588-595.

[17]田晓艳,刘延吉,郭迎春.盐胁迫对 NHC牧草Na+、K+、Pro、可溶性糖及可溶性蛋白的影响[J].草业科学,2008,25（10）：34-38.

[18]田晓艳,刘延吉,郭迎春,等.盐胁迫对NHC牧草IAA、ABA、CaM 及 NADKase的动态变化[J].草业科学,2008,25（11）：50-53.