NaCl胁迫对蒙古岩黄芪幼苗抗氧化特性的影响

吕娥娥，周向睿，赵桂琴

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州　730070)



NaCl胁迫对蒙古岩黄芪幼苗抗氧化特性的影响

吕娥娥，周向睿，赵桂琴

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州730070)

研究了不同浓度NaCl(0、5、25、50、100、200和300 mmol/L)对蒙古岩黄芪(Hedysarummongolicum)幼苗生长特性、丙二醛含量、相对质膜透性及抗氧化酶活性的影响。结果表明：丙二醛和细胞膜相对透性随NaCl浓度的增加呈先降低后升高的趋势，5 mmol/L NaCl处理下MDA含量最低，为1.68 μmol/g；超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性随NaCl浓度的增加呈先升高后降低的趋势，在100 mmol/L NaCl处理下达到最高，3种抗氧化酶活性依次为828.0，279.9和74.9 U/(g·min)；低浓度NaCl(≤100 mmol/L)能提升幼苗株高、干重质量和抗氧化酶活性；高浓度NaCl 则会抑制保护酶活性，对幼苗造成伤害。

蒙古岩黄芪；NaCl；抗氧化酶活性；丙二醛；相对质膜透性

长期以来，人们普遍认为Na+是造成植物盐害的主要因素。土壤中过多的盐分会导致土壤水势下降，使植物根系吸水困难，从而导致植物生理干旱，严重时甚至出现细胞内水分外渗，发生质壁分离而死亡。此外，由于介质中高浓度的单一盐分离子会与有些必需元素发生竞争，从而使植物出现养分缺乏现象[1,2]。虽然高浓度Na+对植物有害，但植物生长也需要一定量的Na+，低浓度Na+不仅对植物无害，反而有利于植物生长[3]。已有研究表明，适量的Na+能够促进霸王、梭梭、白刺、红砂等荒漠植物的生长及抗旱性[4-6]，对适量Na+的吸收可以降低细胞的渗透势，维持细胞膨压，使细胞吸水膨胀，扩大叶面积以促进光合作用[7]；同时，还能调节超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶的活性[8]，缓解干旱胁迫造成的伤害。因此，适宜浓度的Na+对植物的生长发育有着促进作用。开展代表性植物个体的不同盐浓度的模拟试验，定量分析其生长、形态结构及生理过程等对不同浓度盐胁迫强度的响应与适应，是深入探讨植物对不同盐浓度的适应能力及对策的有效手段。

蒙古岩黄芪(Hedysarummongolicum)，又名杨柴、踏郎，豆科岩黄芪属，主要分布在我国的内蒙、陕西、宁夏、甘肃等省，是一种沙生灌木，根系发达、耐沙埋，具有良好的防风固沙、保持水土作用，并且耐寒、抗旱、耐高温、抗风蚀耐沙埋，能在零下30～50℃的条件下正常生长[9]。另外，蒙古岩黄芪饲用价值很高，其枝叶营养丰富且适口性好，含有动物生长所需的多种氨基酸，含量高于玉米粉，与美国脱水苜蓿粉近似或略高，被称为沙漠的“红花苜蓿”[10]。蒙古岩黄芪的再生性强、成活率高、生长迅速，是扦插造林的良好树种，扦插造林一般以沙障形式多见[9]。目前，对荒漠旱生植物蒙古岩黄芪的研究主要集中在制药，营养价值以及飞播造林方面，对其在盐胁迫下生理生化的变化研究较少。为探究蒙古岩黄芪对NaCl胁迫的响应生理机制，采用沙培试验，通过测定不同浓度NaCl处理下蒙古岩黄芪叶片丙二醛含量、相对质膜透性以及抗氧化酶活性的变化，以期为蒙古岩黄芪的抗盐胁迫机制提供理论依据，并为其保护利用及荒漠区的植被恢复和重建奠定理论基础。

1　材料和方法

1.1试验材料及处理

供试蒙古岩黄芪种子于2012年9月采自陕西省靖边县。试验时挑选籽粒饱满的种子，去壳，在培养皿中催芽，待露白(约2 d)后，将催芽的幼苗移栽到育苗盘(5 cm×5 cm×10 cm)，在甘肃农业大学实验室进行沙培，每穴3～4株，用1/2 Hoagland营养液进行浇灌。8周龄蒙古岩黄芪幼苗用不同NaCl浓度0(对照，1/2 Hoagland营养液)、5、25、50、100、200和300 mmol/L处理。试验处理时将称好的NaCl溶于1/2Hoagland营养液，每个处理4个重复。处理7 d后测定各生长及生理生化指标。

1.2测定内容及方法

1.2.1生长特性的测定NaCl胁迫处理7 d后，取蒙古岩黄芪幼苗的全株鲜样，冲洗干净，直尺测定植株垂直高度，根部扫描仪测定根长，电子秤测定全株干重质量。干重的测定：取2株具有代表的植株用蒸馏水冲洗干净，将植株放入烘箱105 ℃杀青15 min，70 ℃烘至恒重测干重。

1.2.2生理生化指标的测定丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸(TBA)法测定[11]；质膜相对透性用DDS-ⅡA型电导率仪测定[12]；抗氧化酶活性称取0.5 g新鲜叶片于预冷的研钵中，加10 mL pH 7.8、50 mmol/L 预冷的磷酸缓冲液，在冰浴上研磨成匀浆，匀浆在4℃下12 000 r/min 离心20 min，上清液用酶活性的测定：氮蓝四挫(NBT)法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性[13]；紫外吸收法测定过氧化氢酶(CAT)活性[13]；愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性[13]。

1.3数据处理方法

试验数据分析采用SPSS 16.0软件，绘图使用Origin 8.0。

2　结果与分析

2.1不同浓度NaCl对蒙古岩黄芪幼苗生长特性的影响

随着NaCl浓度的升高，蒙古岩黄芪幼苗的干重呈先升高后降低的趋势，5，25 mmol/L NaCl处理下蒙古岩黄芪幼苗的干重相对于其他各处理略高，分别为0.119和0.118 g但升高和降低的幅度不大，各处理间没有显著性差异(图1A)。

株高表现出与干重相似的规律，5，25和100 mmol/L NaCl处理下幼苗株高与对照差异显著，分别为9.8，10.0和7.1 cm，100 mmol/L NaCl处理下株高明显低于对照的8.4 cm；而50，200和300 mmol/L NaCl处理与对照差异不显著(图1B)。

根长在所有处理中呈“波浪”型变化规律，300 mmol/L的NaCl处理的根长最短，为18.7 cm，5 mmol/L的NaCl处理的根长最长为33.1 cm；但各处理间的根长差异不显著(图1C)。

图1　不同NaCl浓度处理下蒙古岩黄芪幼苗干重、株高和根长Fig.1　Effects of different NaCl concentritions on dry weight,stem length and root length of Hedysarum mongolicum seedings注：不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，下同

2.2不同浓度NaCl对蒙古岩黄芪幼苗MDA含量的影响

分析康熙南巡期间排名前十的游览景观，杭州以西湖、灵隐、孤山和云栖4处景观列于首位，扬州和镇江均以2处景观即天宁寺和高旻寺、金山和焦山并列第二，苏州和常州各以1处景观即虎丘、惠山位居第三。此外，杭州的钱塘江、江宁的报恩寺是康熙帝赋诗吟诵的重要景观，扬州的天宁寺和高旻寺、苏州的华山是康熙帝题联赐匾的重要景观。

不同浓度NaCl对蒙古岩黄芪幼苗叶片MDA含量有显著影响(图2 A)。5，25和50 mmol/L NaCl处理下MDA含量分别为1.68，3.20和3.52 μmol/g且显著低于对照的3.88 μmol/g，相对对照分别降低了56%，17%和9.3%；高盐浓度(≥100 mmol/L)处理下MDA含量显著高于对照，分别增加了19%，22%和99%，且NaCl浓度越高，MDA含量越大。

2.3不同浓度NaCl对蒙古岩黄芪幼苗相对质膜透性的影响

蒙古岩黄芪幼苗叶片相对质膜透性随着NaCl浓度的增加呈先降低后升高的趋势(图2B)。在5 mmol/L NaCl 处理下相对电导率为31.11%，较对照降低了31%；100，200和300 mmol/L NaCl处理显著高于对照依次为67.22%，72.31%和77.68%，300 mmol/L NaCl处理的相对质膜透性最高，较对照增加了71%；而25，50 mmol/L NaCl处理下与对照无显著差异(图2 B)。

图2　不同NaCl浓度对蒙古岩黄芪叶片MDA含量(A)和相对电导率(B)的影响Fig.2　Effects of different NaCl concentritions on MDA content (A) and the relative penetrability (B) of Hedysarum mongolicum leaves

2.4不同浓度NaCl对蒙古岩黄芪幼苗SOD活性的影响

5，25，50和100 mmol/L NaCl处理，SOD活性随着盐浓度的增加而逐渐增强，依次为276.8，558.9，697.4和828.0 U/(g·min)；盐浓度为200，300 mmol/L，黄芪幼苗SOD酶活性为829.2和658.1 U/(g·min)，300 mmol/L处理下的SOD酶活性略有下降，但在100 mmol/L NaCl处理下， SOD酶活性最强。不同NaCl处理下SOD活性与对照差异显著(图3A)。

随着NaCl浓度的提高，POD活性呈先增加后降低的趋势(图3B)，且每个处理与对照相比有显著性差异。在低浓度NaCl处理下(5，125，50，100 mmol/L)，POD活性依次为91.1，134.7，210.4和279.9 U/(g·min)，较对照的59.6 U/(g·min)分别增加了52%，125%，252%和369%。NaCl浓度超过100 mmol/L，POD活性开始下降。

CAT活性的变化与SOD及POD相似，随NaCl浓度的增加，呈先增加后降低的趋势，100 mmol/L 处理最高，为74.9 U/(g·min)。与对照的15.7 U/(g·min)相比，5，125，50，100，200，300 mmol/L NaCl处理下CAT活性分别增加了42%、99%、199%、378%、215%、142%，且与对照差异显著(图3C)。

图3　不同NaCl浓度处理下蒙古岩黄芪叶片SOD (A)、POD (B)和CAT (C)活性Fig.3　Effects of different NaCl concentritions on enzymes activities of SOD,POD and CAT of Hedysarum mongolicum leaves

3　讨论与结论

3.1NaCl对蒙古岩黄芪幼苗生长特性的影响

植物对盐胁迫的影响在不同的生育期有不同的表现形式，其中植株幼苗的生长阶段是对盐胁迫最敏感的时期之一[14]。试验结果表明，所有处理下幼苗干重差异不显著，但整体呈先升高后降低的趋势；NaCl浓度为5 mmol/L和25 mmol/L下的株高显著高于对照及其他处理，说明低浓度的NaCl溶液对蒙古岩黄芪幼苗的干重和株高略有促进作用，这与高占军等[14]对白三叶在不同盐胁迫的生理响应的研究结果一致。

盐胁迫对植物根长的影响研究报道较多，孙敏红等[15]研究报道，低浓度NaCl对西瓜幼苗根长有促进作用，而高浓度抑制；但也有研究表明植株幼苗根长的生长所受抑制作用与盐浓度成正比[16]。试验结果表明，蒙古岩黄芪幼苗根长随盐浓度呈“波浪”型，各处理间无显著差异，说明盐胁迫对蒙古岩黄芪幼苗的根长影响不显著，也可能在试验采样过程中根部受损，影响了根长，进而对试验结果造成误差。因此，有关此方面的结果有待进一步研究确定。

3.2NaCl对蒙古岩黄芪幼苗膜脂过氧化作用的影响

MDA是膜质过氧化的主要产物，膜质过氧化作用越强，MDA含量越高[17-19]。MDA含量的大小，在一定程度上反映了植物受胁迫程度的大小以及胁迫对植物造成的伤害，试验中，MDA含量在5 mmol/L NaCl处理下最低，之后随着NaCl浓度的升高逐渐增加，表明在5 mmol/L NaCl处理下，膜质过氧化作用最弱，幼苗受胁迫程度最小，生长良好。NaCl浓度为25，50 mmol/L时，MDA含量保持在一个相对较低的水平，可能是膜质过氧化作用被保护酶系统所抑制。当NaCl用量增加至300 mmol/L时，其胁迫程度远远超过了保护酶系统所能承受的范围，MDA含量最高，植株受到严重胁迫伤害，甚至接近死亡。说明一定的盐分有利于蒙古岩黄芪幼苗的生长，可能是Na+被区隔化到液泡中，起到渗透调节的作用[5]。

3.3NaCl胁迫对蒙古岩黄芪幼苗相对质膜透性的影响

细胞膜是活细胞与环境之间的界面和屏障，各种不良环境对细胞的影响往往首先作用于细胞膜而改变其透性[20]，故细胞膜透性的大小能够反映出质膜受伤害的程度[21-24]。细胞膜结构的改变、功能的紊乱和膜透性的变化是逆境胁迫的关键所在[25]。试验中，蒙古岩黄芪幼苗的相对质膜透性随NaCl浓度的增加，而增加，但在低浓度下(≤50 mmo/L)时，细胞膜相对透性与对照无明显差异，说明蒙古岩黄芪幼苗可耐受的一定程度的盐胁迫。但随着NaCl浓度的进一步增加(≥100 mmol/L)，幼苗开始萎蔫，干枯，叶片脱落甚至死亡。

3.4NaCl胁迫对蒙古岩黄芪幼苗抗氧化酶活性的影响

植物的抗氧化系统包括非酶促抗氧化剂系统和抗氧化酶系统[26]，抗氧化酶系统中SOD，CAT和POD是植物体内清除活性氧的3种重要酶[27-29]。已有研究表明，活性氧介导膜脂的过氧化作用[30-33]，它包括超氧自由基、羟自由基、过氧化氢和过氧化物自由基等。正常情况下，活性氧可被细胞内的抗氧化系统清除。植物遭受逆境胁迫时，清除活性氧的酶活性期望增强[34]，当盐浓度超过了一定量后，抗氧化酶系统的酶活性受到抑制，致使一些活性氧积累，对膜造成伤害[35]。研究发现，蒙古岩黄芪幼苗SOD活性随NaCl浓度的增加而增加，当NaCl浓度达到100 mmol/L时活性最高，随后开始下降。SOD是蒙古岩黄芪幼苗在NaCl胁迫下起保护作用的主要酶类。本试验与李龙梅等[36]、王雪华等[37]报道结论一致。盐胁迫对植物的伤害途径之一是氧化胁迫[38]，在低浓度盐分胁迫时，植物体内的活性氧清除系统被激活，POD和CAT活性随着NaCl浓度的增加呈升高趋势，当NaCl浓度升高到植物所承受的一定限度后，POD和CAT活性开始下降。抗氧化酶活性的暂时升高维持了活性产生与清除的动态平衡[39]，但随着NaCl浓度的进一步增加，保护酶系统逐渐被抑制，3种酶的活性降低。在较低NaCl浓度胁迫下(≤100 mmol/L)时，蒙古岩黄芪幼苗提高自身的抗氧化保护系统，在一定程度上缓解了NaCl胁迫对其的伤害，但随着NaCl浓度的增加，超出植株抗氧化保护系统的保护浓度范围之后，盐分造成的伤害就加重，蒙古岩黄芪幼苗的生长受到严重影响。

试验结果表明，蒙古岩黄芪耐盐性较强，低浓度的盐分(NaCl浓度≤100 mmol/L)能促进幼苗提升抗氧化酶活性，对其生理特性无显著影响，对幼苗的干重和株高略有促进，产生一定的适应性变化。而超过此浓度后，MDA含量和相对质膜透性显著升高，植株出现萎蔫，干枯叶片脱落等症状。因此，100 mmol/L NaCl是蒙古岩黄芪幼苗维持正常生理功能的临界盐浓度。

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Effects of NaCl stress on the antioxidant properties ofHedysarummongolicum

LYU E-e,ZHOU Xiang-rui,ZHAO Gui-qin

(CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

A sand culture experiment was conducted to determine the effects of different concentrations of NaCl (0,5,25,50,100,200,300 mmol/L) on the growth characteristics,MDA content,relative membrane permeability and the antioxidant enzyme activities in the leaves ofHedysarummongolicum.The MDA content and relative membrane permeability had a trend of decreasing firstly and then increased with the increase of NaCl concentration.Under 5 mmol/L NaCl treatment,the minimum MDA content was 1.68 μmol/g,SOD,POD and CAT activity had a trend of increasing firstly and then decreasing with the increase of NaCl concentration,and the highest value appeared in the treatment with 100 mmol/L NaCl,the activities of 3 antioxidant enzyme were 828.0，279.9 and 74.9 U/(g·min).The results suggested that the low concentration of NaCl (≤100 mmol/L) could improve the stem length,dry weight and the activity of antioxidant enzymes ofHedysarummongolicumseedlings and the high concentration of NaCl could decrease the activity of protective enzyme and thus be harmful to the seedlings.

Hedysarummongolicum；NaCl antioxidant enzyme system；MDA；relative membrane permeability

2015-09-02；

2015-11-27

国家自然科学基金项目(31201849)资助

吕娥娥(1988-)，女，甘肃静宁人，在读硕士。

E-mail：1402595393@qq.com

S 567.23

A

1009-5500(2016)03-0042-06

赵桂琴为通讯作者。