NaCl胁迫对不同耐盐性葡萄株系根系活性氧代谢的影响

付晴晴，李商锐，刘小瑞，翟衡，杜远鹏*

（山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018）

NaCl胁迫对不同耐盐性葡萄株系根系活性氧代谢的影响

付晴晴，李商锐，刘小瑞，翟衡，杜远鹏*

（山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018）

为研究NaCl胁迫对葡萄株系A34和1103P植株根系活性氧代谢的影响，对一年生1103P和A34的盆栽扦插苗进行100 mmol/L NaCl胁迫处理，测定植株根系活力、根系O2·-产生速率、H2O2和MDA含量以及根系抗氧化酶活性等指标。结果表明：A34根系的生长受盐胁迫影响小于1103P，其细胞膜系统受盐胁迫的伤害程度也小于1103P；与1103P相比，A34的根系活力降低幅度以及O2·-产生速率、H2O2和MDA含量的升高幅度均较小，而盐胁迫后的抗氧化酶（SOD、CAT和POD）活性均表现快速升高后小幅度降低趋势。说明在盐胁迫下较高的抗氧化酶活性、较低的H2O2和MDA增加量与A34具有较高的耐盐性密切相关。

葡萄；NaCl胁迫；根系；活性氧代谢

西北干旱、半干旱地区是我国葡萄的主产区，生产上主要采用抗寒性较强的贝达砧木，但表现出严重的缺铁黄化现象[1]，土壤的盐渍化已成为制约该地区葡萄产业发展的重要问题，相比之下，1103P砧木虽然耐盐性较强[2]，但仍不能满足生产需求。本试验前期利用‘左山一’为母本、SO4为父本进行杂交，初选出抗根瘤蚜/抗寒群体中的F1代株系[3]，并进行了耐盐性鉴定[4]，筛选出抗盐性最强的A34。本试验以A34为试材，以生产上耐盐性较强的1103P为对照，研究并探讨A34的耐盐机理。

根系是植物遭受盐胁迫时首先并直接产生伤害的器官，植物根系的生长情况和活力水平与地上部的生长发育和产量密切相关，而根系活力是衡量和评价根系功能的重要指标。盐碱等逆境环境会导致植物根系活力下降[5]，根系活性氧代谢和抗氧化相关酶与盐胁迫下植物根系的活性密切相关，刘建新等[6]在黑麦草上的研究认为碱性盐胁迫引起的根系活性氧代谢的失调，从而造成膜系统的伤害，是黑麦草根系活性受到抑制的重要原因；周俊国等[7]的研究发现，耐盐性强的中国南瓜杂交种在NaCl胁迫下根系产生速率和H2O2含量低于耐盐性较弱的品种，而过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶是植物对膜脂过氧化的酶促防御系统的保护酶[8]。盐胁迫在葡萄上的研究多有报道[9-10]，本文旨在研究根系活性氧代谢对盐胁迫的响应，揭示耐盐性较强的A34的耐盐机理。

1 材料与方法

1.1 试验处理

试验于2016年4～8月在山东农业大学南校区实验基地内进行，以左山一（V.amurensis Rupr.）×SO4（V. berlandieri ×V. riparia）杂交砧木F1代的A34为试材，以常用砧木中耐盐性较强的1103P（V. berlandieri ×V. rupestris）为对照，于2016年4月在山东农业大学葡萄园冬暖棚内选取直径在0.8～1.0 cm、长势健壮的枝条，剪留两芽（上端平剪，下端斜剪）扦插于沙子中，待生根并长出2片新叶时定植于装有沙子的花盆（直径17 cm、高25 cm）中，每盆1棵，每隔3 d浇一次1/2 Hoagland营养液，待植株长至6～8片完全展开叶时，每隔3 d于下午5:00～6:00用100 mmol/L NaCl的1/2 Hoagland营养液浇灌，进行胁迫处理（前期碱性盐胁迫筛选预试验发现100 mmol/L NaCl处理14 d左右1103P开始出现盐害症状，由此本试验选用100 mmol/L NaCl进行处理），每盆浇至溶液从盆底流出（约1000 mL），处理第0、3、6、9、12和15天进行根系活力以及活性氧代谢等相关指标的测定。

1.2 测定项目及方法

采用赵世杰等[11]方法进行相对电导率的测定；根系活力采用2,3,5-氯化三苯基四氮唑（2,3,5-triphenyltetrazolium chloride, TTC）染色法测定；O2·-产生速率参照李忠光等[12]的方法测定；H2O2含量采用林植芳等[13]的方法测定；丙二醛含量采用硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid, TBA）比色法测定[13]；超氧化物歧化酶（SOD）活性参照王爱国等[14]的方法；过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外分光光度法[11]测定；过氧化物酶（POD）采用愈创木酚法[15]测定。

1.3 数据处理

采用Excel 2013软件处理数据和制图，采用DPS软件进行方差分析，多重比较用的LSD法进行差异显著性检验。显著水平P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对耐盐性不同株系根系活力的影响

由图1可以看出，NaCl 胁迫前后A34的根系活力均高于1103P，且随着100 mmol/L NaCl 胁迫时间的推移，耐盐性较差的1103P的根系活力整体呈现出下降的趋势，而耐盐性较强的A34植株的根系活力呈现出先逐渐增强后又下降的趋势；1103P的根系活力在盐处理至第15天比处理前降低了38.91%，盐胁迫处理至第6天的A34的根系活力增强最大，是处理前的1.87倍，处理至15天的根系活力比处理前仅降低了2.01%。

图1 盐胁迫对1103P和A34株系根系活力的影响

2.3 盐胁迫对耐盐性不同株系根系抗氧化酶活性的影响

图2 盐胁迫对1103P和A34株系根系产生速率、H2O2和MDA含量的影响

图3 盐胁迫对1103P和A34根系SOD活性、CAT活性和POD活性的影响

3 讨论

植物在盐渍环境中，其根系是最先感知盐害并做出应激反应的器官，而根系活力直接反映了植物根系的生命活力及应激水平。崔利辉[17]、李宏宇等[18]研究认为，在轻度盐胁迫下随胁迫时间的延长葡萄根系活力呈现先升高后降低趋势，而在重度盐胁迫下则呈下降趋势。本研究发现，耐盐性较强的A34随着盐胁迫时间的推移根系活力表现先升高后降低的趋势，而耐盐性较差的1103P的根系活力则呈现逐渐下降的趋势。这可能是由于葡萄根系对盐胁迫比较敏感，耐盐性较强的株系的根系活力在盐胁迫后能够通过自身调节保持较高的根系活力，但不能长时间维持，随着盐胁迫时间的延长，根系活力呈现下降的趋势。

植物对盐胁迫的抗性主要依靠膜系统的完整性，根系细胞膜系统的完整性能够维持对离子的选择性吸收等功能。盐胁迫下植物能够生存的重要机制分别是积累渗透调节物质和提高抗氧化酶的活性。研究表明，ROS是需氧生物在代谢过程中产生的中间产物。植物在正常生长过程中会依赖其体内的抗氧化系统将活性氧的产生和清除维持在动态平衡之中[19]，从而避免由活性氧引起的细胞损伤。当盐胁迫时，植株体内的活性氧会大幅度增加而引发氧化伤害[20]，使细胞膜脂过氧化产生过量的MDA，引起细胞膜透性增加。本试验发现，随着NaCl胁迫时间的延长，A34根系的产生速率、H2O2和MDA含量的变化幅度均明显小于1103P（图2），说明盐胁迫下耐盐性强的葡萄株系遭受的氧化伤害较小，这与周俊国等[7]在南瓜砧木上的研究结果一致。与此同时，不同抗氧化酶（SOD、CAT和POD等）在植株体内会形成一套清除活性氧的抗氧化系统，降低氧化伤害进而保持膜系统结构和功能的稳定。SOD是植物体抗氧化系统中清除氧自由基的关键酶，主要用于清除，CAT和POD在清除H2O2中起重要作用。本试验结果显示，耐盐性强的A34在盐胁迫下根系的抗氧化酶活性快速升高并保持较高水平而后缓慢降低（图3），有效维持了活性氧代谢的平衡，缓解了细胞膜脂过氧化（图2），而1103P根系的SOD和CAT活性在盐胁迫后逐渐降低，只有POD活性在盐胁迫的第6天增加较高，但并未阻止O2·-和H2O2的过量积累，导致根系膜脂过氧化的加剧，MDA含量的大量增加。这表明耐盐性强的株系在盐胁迫下能够通过提高抗氧化酶活性以增强抗氧化能力，进而缓解活性氧造成的氧化损伤[21]。结合图2和图3的结果说明，耐盐性强的葡萄株系在NaCl胁迫下，其根系活性氧的清除系统受到的伤害比耐盐性弱的株系小，进而遭受氧化胁迫的程度也较弱。

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Effects of NaCl stress on reactive oxygen species metabolism in roots of different grape varieties with different salt tolerance

FU Qingqing, LI Shangrui, LIU Xiaorui, ZHAI Heng, DU Yuanpeng*
(State Key Laboratory of Crop Biology, College of Horticultural Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai'an 271018, China)

One-year old potted grape rootstock A34 and 1103P were irrigated with 100 mmol/L NaCl to study the effect of NaCl stress on reactive oxygen species metabolism in roots. Root activities, rootgeneration rate and MDA content, H2O2and root activities of antioxidant enzymes were determined. The results showed that the root growth of A34 was less affected by salt stress than 1103P, and the damage degree of cell membrane system was less than 1103P. Compared with 1103P, the decrease of root activities and the rate ofproduction, the increase of H2O2and MDA content were lower in A34, and the activities of antioxidant enzymes (SOD, CAT and POD) increased quickly and then decreased slightly. It indicated that the higher activities of antioxidant enzymes and lower content of H2O2and MDA under salt stress were closely related with the higher salt tolerance of A34.

grape; NaCl stress; roots; active oxygen metabolism

S663.1

A

10.13414/j.cnki.zwpp.2017.03.002

2017-03-09

国家现代农业产业技术体系专项资金（CARS-30）；长江学者和创新团队发展计划（IRT15R42）

*通讯作者：杜远鹏，E-mail: duyuanpeng001@163.com