江西铅山红芽芋试管苗对盐胁迫的生理响应

洪森荣等

摘 要 以江西铅山红芽芋试管苗为材料，研究其对盐胁迫的生理响应。结果表明：（1）低浓度的NaCl（如1、2.5 g/L）有助于试管苗的生长发育，试管苗鲜重和干重显著增加，但对根冠比无显著影响。而高浓度的NaCl（如5、10、15 g/L）则抑制了试管苗的生长发育，试管苗鲜重、干重和根冠比明显下降。（2）低浓度的NaCl（如1、2.5 g/L）有利于增加叶绿素和可溶性蛋白含量，提高超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性。但高浓度的NaCl（如5、10、15 g/L）则降低叶绿素和可溶性蛋白含量，降低SOD和POD活性。（3）任何浓度的NaCl胁迫均会导致红芽芋叶片Na+含量和根系K+含量的增加，且叶片和根系的Na+/K+也随NaCl浓度增加而升高。（4）任何浓度的NaCl胁迫均会造成红芽芋试管苗叶片可溶性糖和脯氨酸含量的增加。低浓度的NaCl胁迫不会造成红芽芋试管苗叶片丙二醛（MDA）含量和细胞质膜透性的变化，但高浓度的NaCl胁迫会造成红芽芋试管苗叶片MDA含量和细胞质膜透性的增加。脯氨酸含量与可溶性总糖含量、MDA含量和质膜透性间呈显著的正相关，表明盐胁迫下脯氨酸积累的多少可反映红芽芋试管苗的伤害程度。

关键词 江西铅山红芽芋；试管苗； 盐胁迫；生理响应

中图分类号 Q945.78 文献标识码 A

Abstract The physiological responses of Jiangxi Yanshan red bud taro（Colocasia esculenta L. Schott var. cormosus CV. Hongyayu）plantlets under salt stress were studied. The results show that：（1）The lower concentration NaCl（1 g/L and 2.5 g/L）contributed to the growth and development of plantlets， the fresh weight and dry weight increased significantly and there was no significant effect on root/shoot ratio， while the higher concentration of NaCl（5 g/L， 10 g/L and 15 g/L）inhibited the growth and development of plantlets， fresh weight， dry weight and root/shoot ratio decreased significantly. （2）The lower concentration NaCl（1 g/L and 2.5 g/L）could increase the content of chlorophyll and soluble protein， improve the activity of SOD and POD. But the higher concentration of NaCl（5 g/L， 10 g/L and 15 g/L）decreased the content of chlorophyll and soluble protein content， decreased the activity of SOD and POD. （3）NaCl stress at any concentration all increased the Na+ and K+ content of red bud taro leaves and roots， and the Na+/K+ of leaves and roots also increased with the increasing of NaCl concentration. （4）NaCl stress at any concentration all increased the content of soluble sugar and proline of red bud taro. Low concentration NaCl stress did not result in the change of malondialdehyde content and the cytoplasmic membrane permeability of red bud taro tube seedlings leaf， but high concentration NaCl stress could cause the increase of malondialdehyde content and the cytoplasmic membrane permeability of red bud taro tube seedlings leaf. The content of proline showed significant positive correlation with the content of soluble sugar and MDA and the membrane permeability， which showed that the accumulative content of proline could reflect the hurt degree of red bud taro plantlet.

Key words Jiangxi Yanshan red bud taro（Colocasia esculenta L. Schott var. cormosus CV. Hongyayu）；Plantlets；Salt stress；Physiological responses

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.10.022

土壤盐渍化是一个世界性的资源和生态问题[1]。当前，全世界已有盐碱地1×109 hm2，约占陆地总面积的1/3，并且随土壤次生盐渍化现象的频繁发生呈逐年增加趋势[2]。土壤盐渍化是限制作物生长和产量的主要环境胁迫因子之一，生长在盐渍土壤的作物遭受干旱、离子毒害、矿质元素缺乏等逆境胁迫导致生长和生殖受限[3]，产量和品质降低，这种情况严重影响了作物生产的可持续发展和作物生产者的经济效益。目前，对作物耐盐性机理的研究已经越来越受到重视。但由于不同作物的组织结构和代谢机理不同，对盐胁迫的反应及适应机理也不同，致使目前还没有一个统一的机理能够解释所有作物对盐的适应性[4]。

红芽芋（Colocasia esculenta L. Schott var. cormosus CV. Hongyayu）属天南星科草本植物[5]，是江西铅山著名土特产，其独特之处是芽红、肉质白色、易煮烂，是江西铅山外销的主要优质蔬菜之一[6]。江西铅山红芽芋中碳水化合物含量较高，脂肪含量较低，蛋白质、维生素及矿物质元素含量丰富，营养全面，味香质滑，香醇可口，具有良好的食用价值和开发前景[7]，已成为城市菜食加工的主要原料，得到消费者喜爱，市场需求量大，各地纷纷种植，面积逐年增加。目前，红芽芋的研究主要集中于高产栽培技术[6]、营养成分分析[7]及组织培养[8]等方面，但对红芽芋耐盐方面的研究尚无报道。本研究通过对盐胁迫下江西铅山红芽芋试管苗生理生化指标的测定，探究其耐盐性，以期为诠释江西铅山红芽芋试管苗耐盐及其耐盐品种的突变体选择提供理论参考和实验依据。

1 材料与方法

1.1 材料

江西铅山红芽芋脱毒苗由江西省江天农业科技有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 培养基的配制 江西铅山红芽芋试管苗盐胁迫培养基设置为①MS（CK）；②MS+1 g/L NaCl；③MS+2.5 g/L NaCl；④MS+5 g/L NaCl；⑤MS+10 g/L NaCl；⑥MS+15 g/L NaCl。每种培养基均添加30 g/L蔗糖，不加琼脂，均为液体培养基，pH5.8～6.0。

1.2.2 盐胁迫处理和形态指标观察 在超净工作台内，将江西铅山红芽芋试管苗的单芽进行分离，切去根系和叶片，然后接种上述5种培养基中，每瓶接种5个单芽，每个处理培养10瓶。将接种好的红芽芋试管苗置于MGG-300B型光照培养箱中，培养条件为：温度（25±1）℃，光照强度1 000～2 000 lx，光照时间16 h/d。每天观察记录试管苗的生长情况，60 d后统计根数、根长和根粗等形态指标。

1.2.3 生长指标的测定 接种60 d后，取出10株带根试管苗，去离子水洗净根部附着的培养基，滤纸吸干水分，分地上部和根系称取鲜质量和干质量（105 ℃杀青 10 min，60 ℃烘干至恒重）[9]，计算总生物量和根冠比。

1.2.4 部分生理指标的测定 接种60 d后，取出10株带根试管苗，去离子水洗净根部附着的培养基，滤纸吸干水分，剪取叶片，测定盐胁迫下红芽芋试管苗部分生理指标。总叶绿素（叶绿素a和叶绿素b）含量采用丙酮比色法测定[10]。可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[10]。可溶性总糖含量采用蒽酮比色法测定[10]。脯氨酸含量采用酸性茚三酮法测定[10]。MDA含量采用硫代巴比妥酸法测定[10]。POD活性采用愈创木酚法测定[10]。SOD活性采用邻苯三酚自氧化法测定[10]。质膜透性采用相对电导率法测定[10]。

1.2.5 离子含量的测定 接种60 d后，取出10株带根试管苗，去离子水洗净根部附着的培养基，滤纸吸干水分。将试管苗分地上部和根系。Na+和K+提取采用陈贵林等[9]提供的方法，用原子吸收光谱仪测定试管苗地上部和根系Na+和K+含量。

1.3 数据处理

以上实验均重复3次，本实验所有数据表示为Mean（平均值）±SD（标准差），各组试验数据采用SPSS19.0软件进行One-Way ANOVA分析，并进行LSD法检验和统计学差异显著性分析（p<0.05）。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对红芽芋试管苗形态指标的影响

从表1可知，低浓度的NaCl（1、2.5 g/L）可促进红芽芋试管苗芽数和根数的增加及新生根的增长。而高浓度的NaCl（5、10、15 g/L）则显著抑制红芽芋试管苗主要形态指标的增加。

2.2 盐胁迫对红芽芋试管苗生物量和根冠比的影响

由表2可知，低浓度盐胁迫（1、2.5 g/L）下红芽芋试管苗单株鲜重和单株干重与对照（0 g/L）相比显著增加，且盐浓度越高，增加幅度越大。高浓度盐胁迫（5、10、15 g/L）下红芽芋试管苗单株鲜重和单株干重与对照（0 g/L）相比显著下降。在低浓度盐胁迫（1、2.5 g/L）下，红芽芋试管苗根冠比与对照（0 g/L）相比差异不显著，但高浓度盐胁迫（5、10、15 g/L）下红芽芋试管苗根冠比与对照（0 g/L）相比极显著下降。说明高浓度盐胁迫（≥5 g/L）对红芽芋试管苗地上部分的影响程度小于地下部分。

2.3 盐胁迫对红芽芋试管苗叶绿素含量的影响

由图1可知，低浓度的NaCl（1、2.5 g/L）可促进红芽芋试管苗总叶绿素含量的增加，高浓度的NaCl（5、10、15 g/L）显著降低红芽芋试管苗的总叶绿素含量。表明低浓度NaCl（≤2.5 g/L）处理有利于红芽芋试管苗叶片叶绿素的合成，高浓度NaCl（≥5 g/L）处理抑制红芽芋试管苗叶片叶绿素的合成。

2.4 盐胁迫对红芽芋试管苗有机渗透调节物质的影响

从图2可知，随NaCl胁迫浓度增加，红芽芋试管苗中可溶性蛋白含量呈先增加后减少的变化趋势。其中，1、2.5 g/L NaCl处理的可溶性蛋白分别比对照（0 g/L）增加约28.65%和63.77%，而5、10、15 g/L NaCl处理的可溶性蛋白含量却比对照（0 g/L）减少约31.33%、52.40%和75.03%。该结果说明红芽芋试管苗中可溶性蛋白合成可能受到低浓度NaCl（1、2.5 g/L）的促进和高浓度NaCl（5、10、15 g/L）的抑制。从图2也可知，1 g/L的NaCl对红芽芋试管苗叶片可溶性总糖含量无显著影响，但随着NaCl浓度的持续增加，红芽芋试管苗叶片可溶性总糖含量也显著增加。当NaCl浓度为15 g/L时，其可溶性总糖含量是对照的6.44倍。从图2还可知，随着NaCl浓度的增加，红芽芋试管苗叶片脯氨酸含量也持续显著增加，在15 g/L NaCl处理时脯氨酸含量达到最大值，分别是对照的4.42倍。

2.5 盐胁迫对红芽芋试管苗保护酶活性和膜脂过氧化作用的影响

盐胁迫对红芽芋试管苗POD活性的影响结果见图3。由图3可以看出，在低盐胁迫（1、2.5 g/L）条件下，红芽芋试管苗POD活性相比对照（0 g/L）显著增强，而在高盐胁迫（5、10、15 g/L）条件下，红芽芋试管苗POD活性相比对照（0 g/L）显著下降。从图3也可知，随着盐浓度的增大，红芽芋试管苗中SOD的活性呈现先上升后下降的变化，并且在NaCl浓度为2.5 g/L时出现峰值，显著高于对照（0 g/L）；当NaCl浓度超过5 g/L时，SOD活性开始下降并且低于对照（0 g/L），说明低浓度盐胁迫（≤2.5 g/L）可促进红芽芋试管苗SOD的合成，而高浓度盐胁迫（≥5 g/L）则抑制了SOD的合成。从图3还可知，红芽芋试管苗叶片MDA含量随NaCl浓度的增加先不变后升高的变化趋势，在0～2.5 g/L的 NaCl处理浓度内，MDA含量无显著变化，但随着NaCl浓度≥5 g/L时，则MDA含量显著增加。图3也表明，细胞质膜透性的变化曲线与MDA含量变化曲线类似，红芽芋试管苗叶片细胞质膜透性在低NaCl胁迫（1、 2.5 g/L）下无显著变化，但当NaCl浓度超过5 g/L时，细胞质膜透性开始显著增加。

2.6 盐胁迫对红芽芋试管苗地上部、根系Na+和K+含量及其比值的影响

由表3可知，随着NaCl浓度的增加，红芽芋试管苗地上部和根系Na+含量较对照显著增加。其中，各处理组试管苗地上部的Na+含量均高于根系。从表3还可知，随着NaCl浓度的增加，红芽芋试管苗地上部K+含量较对照显著下降且各处理间差异显著，而根系K+含量较对照显著上升且各处理均显著高于对照。红芽芋试管苗地上部K+含量在低盐胁迫下（1、2.5 g/L）高于根系，而高盐胁迫下（5、10、15 g/L）低于根系。表3还表明，随着NaCl浓度的增加，红芽芋试管苗地上部和根系的Na+/K+也显著增加，且各处理间差异显著。

2.7 盐胁迫下红芽芋试管苗各生理指标双变量相关分析

通过对盐胁迫下红芽芋试管苗的叶绿素含量（A）、可溶性总糖含量（B）、可溶性蛋白含量（C）、POD活性（D）、SOD活性（E）、脯氨酸含量（F）、MDA含量（G）和质膜透性相对值（H）采用SPSS19.0软件进行双变量相关分析， 结果表明，盐胁迫下红芽芋试管苗体内的脯氨酸含量变化与可溶性总糖含量、MDA含量变化和质膜相对透性变化间呈极显著的正相关，Pearson相关系数r分别为0.982、0.919、0.977（表4）。这表明盐胁迫下脯氨酸积累的多少可反映红芽芋试管苗受盐胁迫的伤害程度。

3 讨论与结论

盐逆境是植物生长的主要限制因子之一。植物的耐盐机理十分复杂，不同植物或同一植物不同品种对盐逆境的反应也存在着差异[11]。李会珍等[12]、崔焱森等[13]和包云飞等[14]发现，在盐胁迫处理下，随着盐浓度的升高，试管苗的叶绿素含量显著下降。杜喜梅等[15]发现0～2.0%的NaCl胁迫会造成烟草试管苗叶片中叶绿素的含量急剧下降。但本试验结果表明，低浓度的NaCl可促进红芽芋试管苗总叶绿素含量的增加，而高浓度的NaCl则显著降低红芽芋试管苗的总叶绿素含量。本实验结果与陈贵林等[9]在西伯利亚白刺试管苗盐胁迫的结论一致。

盐胁迫条件下，植物细胞中的有机渗透调节物质也会发生变化[16]。西伯利亚白刺试管苗[9]和无花果试管苗[17]的可溶性糖含量随着盐浓度增加而逐渐增加。但在本实验中，1 g/L的NaCl对红芽芋试管苗叶片可溶性总糖含量无显著影响，但随着NaCl浓度的持续增加，红芽芋试管苗叶片可溶性总糖含量才会显著增加。王宝山等[18]认为，非盐生植物遭受盐胁迫时，其蛋白质含量下降。本实验结果支持了这一观点。脯氨酸是植物在盐胁迫下易于积累的一种氨基酸[19]。段新玲等[17]、李会珍等[12]和陈贵林等[9]的研究结果证实，随着外界盐浓度的增加，无花果试管苗、马铃薯试管苗和西伯利亚白刺试管苗体内的脯氨酸含量会显著升高。但包云飞等[14]研究结果表明，盐胁迫下马铃薯试管苗的脯氨酸含量先升后降并趋于稳定。Yukika等[20]认为，脯氨酸的积累是植物为了对抗盐胁迫而采取的一种保护性措施。但Liu等[21]认为，脯氨酸似乎更适宜作胁迫敏感性指标。本实验结果也表明，随着NaCl浓度的增加，红芽芋试管苗叶片脯氨酸含量也会持续显著增加，而且在盐胁迫下红芽芋试管苗体内的脯氨酸含量变化与可溶性总糖含量、MDA含量变化和质膜相对透性变化间呈极显著的正相关，本实验结果与杜喜梅等[16]和崔焱森等[13]在烟草和马铃薯大西洋试管苗上的研究结果一致。

植物处于盐胁迫时，植物体会产生大量的活性氧，引发磷脂的过氧化，植物可以利用抗氧化酶系统来阻止氧化损伤[22]。马铃薯试管苗叶片中SOD和POD活性在低盐浓度下显著增加而在高盐浓度下显著降低[12]。本实验结果也表明，随着盐浓度的增大，红芽芋试管苗SOD和POD活性均呈现先上升后下降的变化，并且在NaCl浓度为2.5 g/L时出现峰值，这说明低浓度盐胁迫可促进红芽芋试管苗SOD和POD的合成，而高浓度盐胁迫则抑制了SOD和POD的合成。但包云飞等[14]发现， 随盐浓度增加，马铃薯试管苗的SOD 活性不断降低，而POD 活性先升后降。MDA和相对电导率是直接反映膜受损程度的2个指标。马铃薯大西洋试管苗[13]和烟草试管苗[16]在盐胁迫下均出现质膜透性增大MDA含量增加的现象。但西伯利亚白刺试管苗在盐胁迫下，MDA含量呈先升后降、先降后升的趋势，而细胞质膜透性持续上升[9]。本实验结果也表明，红芽芋试管苗叶片MDA含量随NaCl浓度的增加呈先降低后升高的变化趋势，但红芽芋试管苗叶片细胞质膜透性在低NaCl胁迫下无显著变化，当NaCl浓度超过5 g/L时，细胞质膜透性才开始显著增加。

Na+和K+是主要的无机渗透调节离子，植物地上部Na+/K+值可作为植物耐盐的重要生理指标之一[11]。在盐胁迫下，马铃薯大西洋试管苗根茎叶[13]和无花果叶片[17]中的Na+含量大幅度增加，K+含量基本稳定，Na+/K+比值极显著增加。但盐胁迫下的烟草试管苗Na+含量虽有大幅度增加，K+含量却显著下降[16]。西伯利亚白刺试管苗在盐胁迫下则Na+含量和根系K+含量均增加，Na+/K+比值也增加[9]。而在本实验中，随着NaCl浓度的增加，红芽芋试管苗地上部和根系Na+含量显著增加。但地上部K+含量显著下降，根系K+含量显著上升，地上部和根系的Na+/K+也显著增加。究其原因，可能是植物种类差异所致。

综上所述，盐胁迫明显抑制了红芽芋试管苗的生长，也对其生理生化特征影响显著，但相关盐浓度对红芽芋试管苗的光合生理特征方面的影响，还有待进一步的研究。

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