硒对盐胁迫下加工番茄种子萌发及抗氧化酶系统的影响

韩广泉,李俊,宋曼曼,刘慧英

(石河子大学农学院园艺系,石河子832000)

硒对盐胁迫下加工番茄种子萌发及抗氧化酶系统的影响

韩广泉1,李俊2,宋曼曼2,刘慧英1

(石河子大学农学院园艺系,石河子832000)

以“双丰87-5”和“佳禾2号”2个番茄品种为实验材料,探讨了在100 mmol/L NaCl盐胁迫下不同浓度硒(Se)对番茄种子萌发的影响。结果表明:在低浓度范围内,随着外源Se浓度的升高,番茄种子的发芽率、发芽指数、活力指数和抗氧化酶系统的活性逐渐升高,丙二醛含量逐渐降低;而高浓度的外源Se浸种处理,则抑制种子的萌发。可见适宜浓度的Se对盐胁迫下番茄种子发芽均有不同的促进作用,以Se浓度为0.004 mmol/L时作用效果最佳。

硒;盐胁迫;番茄种子;抗氧化酶系统

Abstract:A tomato was the experiment material in this study.The purpose was to explore the effects of putrescine on the tomato seed germination under NaC1 stress.The tomato cultivar shuangfeng87-5 and jiahe-2 were chosen as experiment material,which were soaked with different concentrations of selenium to determine the effects on tomato seeds under 100 mmol/L NaC1 stress.The results showed that,in the range of low concentrations,the germination rate,germination index,vigor index and Enzyme System increased,and MDA concentration decreased gradually with the rise of selenium concentration in seed soaking.Seeds soaked with appropriate concentration of selenium(0.004 mmo1/L)could promote the germination of tomato seeds under NaCl stress.The optimal effect could be obtained when the concentration of selenium reached 0.004 mmol/L.

Key words:selenium;NaC1 stress;tomato seed;protective system against active oxygen

新疆是我国加工番茄主产区,总产量占全国加工番茄制品产量的90%以上。但新疆丰富的含盐母质、特殊的气候条件和地理格局导致新疆加工番茄现有耕地土壤的盐碱含量过高,土壤盐渍化日益严重,已成为新疆当前发展绿色产业的主要障碍。

种子萌发期是植物个体发育的重要阶段,直接影响植物后期的生长发育和产量成。宗会等[1]指出,植物在萌发及幼苗期耐盐性最差,其它发育阶段对盐胁迫相对不敏感。土壤盐渍化现象日益严重,番茄种子经常受到盐胁迫逆境而影响其正常萌发及后期的生长发育[2]。

Se是环境中一种重要的生命元素,为动植物必需的营养元素,是动植物和人体谷胱苷肽过氧化物酶(GSH-Px)的组成成分[3]。适量的硒不仅可以促进植物生长发育,提高作物产量及其硒含量,而且可有效改善作物品质,增强作物的抗逆性,抵抗某些重金属毒害及盐分的胁迫,提高农产品的保健价值[4]。罗盛国等[5]研究指出,施硒可以显著提高大豆中谷胱苷肽过氧化物酶的活性,并能提高大豆产量。付爱飞等[6]研究指出,施硒可以显著降低和缓解盐胁迫对番茄植株的伤害。近年来,许多研究报道Se浸种可以促进玉米、稻谷和白菜种子的萌发[7-9],但目前尚未见Se对盐胁迫下番茄种子萌发的影响方面的报道。

本试验研究了外源Se对2个加工番茄品种在NaCl胁迫下的发芽特性及抗氧化酶系统的影响,探讨外源Se对番茄种子盐伤害的保护效应及其可能机制,以期为Se在加工番茄上的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试加工番茄品种为2个耐盐性不同的品种:“佳禾2号”(耐盐性强)和“双丰87-5”(耐盐性弱)。

1.2 试验设计与方法

试验在石河子大学园艺系实验室进行。试验设置6个处理,具体为:

(1)CK(不用Na2SeO3浸种不加氯化钠);

(2)NaCl(不用Na2SeO3浸种加氯化钠);

(3)Se0.0002+ NaCl(0.0002 mmol/L Na2SeO3浸种加氯化钠);

(4)Se0.002+NaCl(0.002 mmol/L Na2SeO3浸种加氯化钠);

(5)Se0.004+NaCl(0.004 mmol/L Na2SeO3浸种加氯化钠);

(6)Se0.008+NaCl(0.008 mmol/L Na2SeO3浸种加氯化钠)。

每个处理重复3次。浸种时间均为12 h,供试化学试剂硒酸钠(Na2SeO3)用去离子水配制。

每个处理选取健壮饱满的种子50粒经处理消毒后直接放在铺有单层滤纸的培养皿中,不加盐处理加入10 mL蒸馏水,加盐处理的每个培养皿中注入10 mL 100 mmol/L NaCl溶液[10]使滤纸湿润,种子上部再铺1层滤纸。将培养皿放在(28±1)℃恒温培养箱中培养,每日使种子保持湿润状态。发芽试验2 d后,开始观察出芽情况,以后每隔24 h观察1次发芽率,4 d后计算发芽率,同时记录幼芽生长的状况,计算活力指数、发芽指数。7 d后停止发芽,测定胚根内丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CA T)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)的活性。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 种子发芽统计及计算方法

发芽率=(全部发芽种子粒数/供试种子粒数)×100%;

发芽指数(Gi)=∑Gt/Dt,其中,Gt为t时间内的发芽数,Dt为相应的发芽时间(d);

活力指数:(Vi)=Gi×S,其中,Gi为发芽指数,S为第6天测定的幼苗鲜重。

1.3.2 酶活性测定方法

POD活性的测定采用愈创木酚法[11],以每分钟吸光度变化值表示酶活性大小。CAT活性的测定采用紫外吸收法[12],以1 min内A240减少0.1的酶量为1个酶活力单位。

SOD活性的测定采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法[12]测定,以抑制NBT光化还原反应50%为1个酶活力单位。

APX活性的测定采用 ASA-H2O2法,根据单位时间内ASA减少量计算酶活性。

DHAR的测定方法为:反应混合液中含有1700 μL 50 mmol PBS(K)(p H 7.0),0.1 mmol EDTA,100μL 10 mmol GSH,100μL 10 mmol DHA(现配),100μL酶液启动反应,测定OD265,根据单位时间内吸光度变化值计算酶活性。

1.3.3 MDA含量的测定

MDA含量采用硫代巴比妥酸法[11]测定。

2 结果与分析

2.1 Se对盐胁迫下加工番茄种子发芽率、发芽指数和活力指数的影响

由表1可知,在100 mmol/L NaCl盐胁迫条件下,2个加工番茄品种种子萌发明显比对照(CK)推迟,且各品种的发芽率、发芽指数和活力指数均比对照明显降低,差异显著,说明盐胁迫抑制了番茄种子的萌发。2个加工番茄品种中以耐盐性较强的“佳禾2号”的发芽率、发芽指数和活力指数高于耐盐性弱的“双丰87-5”品种。

将加工番茄经不同浓度的Na2SeO3溶液浸种处理后置于100 mmol/L NaCl盐胁迫条件下的结果(表1)显示,在不同浓度Na2SeO3浸种的4个处理中,表现出随着Na2SeO3浓度的升高,2个品种番茄种子的发芽率、发芽指数和活力指数逐渐增加的趋势,当Na2SeO3浸种浓度为0.004 mmol/L时,2个番茄品种发芽率均达到最大,分别提高了16.5%和12.5%,但差异不显著。然后随着Na2SeO3浸种浓度升高至0.008 mmol/L时,2个品种的发芽率比Na2SeO3浓度为0时还要低,可见此时Na2SeO3浓度过高,不但失去了促进番茄种子发芽的作用,反而严重抑制了番茄种子的萌发。这说明适宜浓度的Na2SeO3浸种可以提高盐胁迫下番茄种子的萌发率,且对耐盐性差的“双丰87-5”萌发的促进作用较明显。

表1 Se对盐胁迫下两种加工番茄种子发芽率、发芽指数和活力指数的影响Tab.1 Efects of Se on thegermination rate,germination index and vigor index of the two tomato seeds under NaCl stress

2.2 Se对盐胁迫下加工番茄种子MDA含量的影响

由图1可知,与对照相比,NaCl处理下2个加工番茄品种种子中MDA含量显著升高,分别提高了54%和52%,差异显著(P<0.05)。可见盐处理使加工番茄种子发生膜质过氧化,抑制了加工番茄种子的萌发。耐盐性较好的“佳禾2号”的MDA含量高于耐盐性弱的“双丰87-5”品种,这可能与“佳禾2号”本身抗性高有关。但盐胁迫后,“佳禾2号”的MDA含量增加幅度与“双丰87-5”的无显著差异。

图1 硒对盐胁迫下番茄种子内MDA含量的影响Fig.1 Effects of Se on MDA content in tomato seeds under NaCl stress

2个加工番茄品种在盐胁迫条件下,4个经不同浓度Na2SeO3浸种处理的加工番茄种子内的MDA含量均低于不用Na2SeO3浸种处理的,其中Se0.002+NaCl和Se0.004+NaCl 2个处理的MDA含量最低。说明0.002和0.004 mmol/L的Na2SeO3浸种对番茄的膜质过氧化有明显的抑制作用,能缓解盐胁迫对番茄种子萌发的抑制作用。

2.3 Se对盐胁迫下加工番茄种子胚芽SOD、POD、CAT活性的影响

图2a显示:与对照相比,盐胁迫条件下2个加工番茄种子胚芽内SOD酶活性均有所降低,分别降低了12.6%和12.1%,但与对照相比差异不显著;而在盐胁迫条件下,经过不同浓度的Na2SeO3浸种后,在各处理加工番茄种子胚芽的 SOD活性较NaCl处理的略有升高,但与NaCl处理和对照相比差异性不显著,这可能是由于Na2SeO3浸种促进番茄种子萌发的机理与SOD活性的关系不大。2个品种相比,“双丰87-5”品种的SOD酶活性略高于“佳禾2号”。

由图2b可以看出:Se对POD活性促进作用比较明显。与对照相比,NaCl盐胁迫条件下2个加工番茄种子胚芽内 POD酶活性显著降低且“佳禾2号”的 POD酶活性略高于“双丰87-5”品种的,分别降低了58%和39%,差异极显著(P<0.1)。在盐胁迫下,随着Na2SeO3浸种浓度的升高,POD活性逐渐升高呈现先升高后降低的趋势,且“佳禾2号”POD活性增加明显高于“双丰87-5”,可见“佳禾2号”对Na2SeO3浸种的作用更敏感些;在Na2SeO3浸种浓度浓度为0.004 mmol/L时2番茄品种的POD活性达到最大,“双丰87-5”比不用Na2SeO3浸种提高了55%,差异显著(P<0.05),“佳禾2号”提高了67%,差异极显著(P<0.1)。

由图2c可知:二品种在正常情况下CAT活性无显著差异,但在NaCl处理后,二品种的 CA T活性分别下降了75.5%和57%,差异极显著(P<0.1),但耐盐性强的“佳禾2号”品种 CAT活性下降幅度小,且CAT活性显著高于“双丰87-5”品种的。在盐胁迫条件下,2个加工番茄品种均以Se0.004

+NaCl和Se0.008+NaCl 2个处理的CAT活性显著高于 NaCl处理,其中又以 Se0.004+NaCl处理的CAT活性最大,分别提高了111%和80%,差异显著(P<0.05),耐盐性强的“佳禾2号”品种CAT活性高于高于“双丰87-5”,但增加幅度不如“双丰87-5”,其余 2个经 Na2SeO3浸种的处理(Se0.0002+NaCl和Se0.002+NaCl)的 CAT活性与 NaCl处理无显著差异。说明用0.004和0.008 mmol/L的Na2SeO3浸泡种子对番茄胚芽的CAT活性有明显的促进作用,可降低活性氧的危害,缓解盐胁迫对番茄种子萌发的抑制作用。

图2 硒对盐胁迫下番茄种子SOD和POD活性的影响Fig.2 Effects of Se on SOD and POD activity in tomato seeds under NaCl stress

2.4 Se对盐胁迫下加工番茄种子胚芽APX和DHAR活性的影响

图3a和图3b显示:与对照相比,盐胁迫下加工番茄种子的APX和DHAR活性明显降低,而通过外源Se浸种能明显提高其活性,其中 Se0.002+NaCl、Se0.004+NaCl和 Se0.008+NaCl 3 个处理显著高于未用Na2SeO3浸种的NaCl处理。当Na2SeO3浸种浓度为0.004 mmol/L时,APX和DHAR活性达到最大,二品种APX活性分别提高了255%和64%,DHAR活性分别提高了100%和64%。这表明适宜的低浓度Se(0.004 mmol/L Na2SeO3)浸种可以有效提高盐胁迫下加工番茄胚芽APX和DHAR的活性,加快抗坏血酸的产生速率,从而降低盐胁迫的伤害。

图3 硒对盐胁迫下番茄种子CAT、APX和DHAR活性的影响Fig.3 Effects of Se on CAT、APX and DHAR activity in tomato seeds under NaCl stress

3 讨论

硒是对植物生命有益的基本微量元素,硒在植物体内最主要的生物学功能就是作为 GSH-Px的组成成分,参与体内氧化还原反应消除自由基,减少对生物膜等造成的机体过氧化损伤。在逆境胁迫下,硒可以稳定膜结构,调节生物大分子合成,提高抗氧化酶活性,清除活性氧,对提高植物逆境下的抗性起重要作用。

逆境条件下,植物细胞产生的OH-、O2-、H2O2等自由基增多,自由基启动膜脂过氧化作用,导致膜的损伤和破坏,造成植物体内重要的活性氧清除酶活性降低。MDA是植物在逆境条件下膜系统发生膜质过氧化的产物,MDA的积累能对膜和细胞造成进一步的伤害,通常用MDA作为膜质过氧化的指标,表示细胞膜脂过氧化的程度和植物对逆境条件反应的强弱。SOD催化O2-歧化反应生成O2和H2O2,其活性被认为是抗逆境的重要指标。POD和CAT可以分解 H2O2。SOD、POD和CAT的协同作用可降低氧自由基的积累,因此是植物体内的保护酶,在防御膜脂过氧化、清除氧自由基的过程中起着重要的作用[13]。APX是植物体内清除 H2O2的重要酶类,APX和DHAR是植物AsA-GSH循环的重要组成部分。而AsA(抗坏血酸)是植物体内缓解逆境伤害的非酶保护体系中的一种重要保护物质,既可以直接同活性氧反应将其还原,又可作为酶的底物在活性氧清除中发挥重要作用[14]。因此,提高逆境下植物体内的 SOD、POD、CA T、APX、DHAR等酶活性能减缓膜脂过氧化过程。

本研究结果表明:盐胁迫处理下,番茄种子的各项指标均受到严重影响,种子的发芽率、发芽指数和活力指数均比对照明显下降;种子的抗氧化酶SOD、POD、CA T、APX、DHAR 活性降低及膜脂过氧化程度加剧,番茄种子胚芽细胞中清除活性氧的系统受到影响,发生氧化胁迫,严重抑制了加工番茄种子的萌发。2个耐盐性不同的番茄品种在受到盐胁迫时,耐盐性差的“双丰87-5”受到的伤害要大。

当番茄种子经过不同浓度外源Se浸种处理后,种子对盐胁迫的承受能力受到了影响,低浓度的Se均不同程度上提高了番茄种子的耐盐能力,使种子的发芽率、发芽指数和活力指数有一定的提高。相对于耐盐性不同的2个番茄品种来说,Se对耐盐性低的“双丰87-5”各项生理指标的促进作用较大。Se浓度不同,对抗氧化酶活性和MDA的含量影响不同。本试验结果表明,适宜的硒浓度对盐胁迫下种子内 SOD、POD、CAT、APX、DHAR 的活性具有明显的促进作用,这与前人的研究结果一致,特别是当硒浓度达到0.004 mmol/L时促进作用最大,但浓度过大则抑制种子的萌发。MDA含量表现先降低后升高,这表明用Se浸种可通过提高逆境胁迫下加工番茄体内抗氧化酶的活性来增强对活性氧的清除能力,提高抗逆性,从而缓解受到的氧化损伤,维持细胞膜结构和功能的稳定。

耐盐性不同的番茄品种在盐胁迫下表现不同,耐盐性强的“佳禾2号”表现出在盐胁迫下使用和未使用Se浸种均较耐盐性弱的“双丰87-5”品种有较高的发芽率和较高的抗氧化酶的活性,但在使用Se浸种的时候,耐盐性弱的“双丰87-5”品种的发芽率和抗氧化酶活性的提高幅度却明显增大,说明适宜浓度的Se更能促进盐胁迫下耐盐性弱的番茄品种种子的萌发。

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Effects of Selenium on the Germination of Tomato Seeds and Protective System against Active Oxygen under Salt Stress

HAN Guangquan1,LI Jun2,SONG Manman2,LIU Huiying1
(Department of Horticulture,College of Agriculture,Shihezi University,Shihezi 832000,China)

S681

A

1007-7383(2010)04-0422-05

2009-12-28

韩广泉(1983-),男,硕士生,专业方向为设施园艺;e-mail:wangyc006@163.com。

刘慧英(1970-),女,教授,从事蔬菜生理与设施园艺研究;e-mail:hyliuok@yahoo.com.cn。