外源物质对盐胁迫下麻黄幼苗根系生长的影响

张艳阳，冀瑞朴，李晗，刘俊喜，袁卉馥

(河北北方学院, 河北 张家口 075000)

麻黄(EphedrasinicaStapf)主要分布于我国干旱、半干旱荒漠植物区系的新疆、甘肃、内蒙、宁夏等省区[1]，不仅具有极高的药用价值，对改善沙地生态环境、保护草地资源也发挥着重要作用[2-3]。盐害是植物的主要胁迫因素之一，盐逆境引起的渗透胁迫和离子毒害使植物细胞电子传递的电子增加，ROS大量产生，并导致细胞的氧化损伤[4]。外源硝普钠(SNP)作为NO供体参与到活性氧代谢中，可显著提高植物的抗旱能力[5]；亚精胺(Spd)不仅可直接与ROS反应，还可通过提高抗氧化酶活性参与胁迫条件下ROS 清除，增强植物抗逆性[6]；水杨酸(SA)是一种广泛存在于植物体内的小分子酚类物质，又是一种内源性激素，参与调节植物许多生理过程[7]。研究表明，SNP 、Spd和SA能够诱导植物在非生物逆境下产生病程相关蛋白，增加渗透调节物质，提高酶活性，进而改善植物对于逆境胁迫的抗性[8-10]。本试验以麻黄为试验材料，采用SNP、Spd和SA对盐胁迫下麻黄根系生长抑制和氧化损伤进行缓解，筛选最佳外源物质及浓度，旨在为盐碱地麻黄种植提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为张家口市农科院培养的当年生麻黄幼苗。当麻黄长到3～4片时，移植到盛有1/2Hoagland营养液的塑料盒中培养，进行试验。试验所用的药品SNP由美国BIO BASIC INC公司提供；Spd为Sigma 公司提供；SA由天津市光复科技发展有限公司提供；Hoagland营养液由北京溪青春农业科技有限公司提供。

1.2 试验方法

采用张家口市农科院培养的当年生麻黄幼苗，麻黄幼苗长至3～4片叶时，选择生长一致的幼苗冲洗干净后移栽至盛有1/2Hoagland营养液塑料盒(20 cm×12 cm)中进行预培养，预培养7 d后进行初步处理。试验首先将NaCl(50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L)浓度梯度用于1/2 Hoagland无土栽培处理麻黄幼苗根系，根据根系电导率的变化及根系的相对生长情况，采用200 mmol/L NaCl浓度进行无土栽培试验。用200 mmol/L NaCl处理麻黄幼苗，模拟盐胁迫，蒸馏水作对照1(CK1)，200 mmol/L NaCl作对照2(CK2)，采用水培法分别用不同浓度的SNP、Spd、SA进行恢复处理，3种外源物质浓度梯度见表1，每处理24株幼苗，3次重复。处理期间为保证营养液浓度，每隔2 d更换1次营养液，分别于处理第8、12、16天取根测定各项相关生理指标。

表1 外源物质处理浓度Table 1 Treatment concentration of exogenous substances

1.3 测定方法

叶片中丙二醛(MDA)含量测定方法参照Velikova等的硫代巴比妥酸(TBA)检测法；可溶性蛋白(SP)测定方法参照考马斯亮蓝法；可溶性糖采用蒽酮比色法测定；根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定；脯氨酸含量采用酸性茚三酮显色法测定[11]。

1.4 数据统计分析

应用Excel 2010绘图， SPSS 21.0数据分析。

2 结果与分析

2.1 SNP、Spd和SA对麻黄幼苗根系渗透调节及代谢强度的影响

脯氨酸除了提高抗氧化能力和保留生物聚合物的作用之外，还可以起到调解渗透压的作用，并在去除ROS和降低细胞酸度方面发挥重要作用。因此，脯氨酸增加是植物抗性增强的表现。不同外源物质对麻黄脯氨酸含量的影响见图1。

图1 不同外源物质对麻黄脯氨酸含量的影响Figure 1 Effect of different foreign substances on the content of proline in ephedra

由图1可知，在200 mmol/L NaCl胁迫条件下，麻黄根系中脯氨酸含量(CK2)明显下降，与对照(CK1)形成显著性差异。经外源物质缓解后，SA处理分别比对照(CK2)增加52.4%、39.3%、65.5%和52.4%，其中SA(50 mg/g)超过CK1水平；Spd(0.25 mmol/L)、SNP(0.1 mmol/L)处理下脯氨酸含量与CK2存在显著差异，接近CK1水平。上述结果表明，外源SA、Spd和SNP均在一定程度上增加NaCl胁迫下麻黄幼苗根系中脯氨酸含量，其中SA(50 mg/L)效果最佳。

可溶性糖是植物体内另一类渗透调节物质，在逆境下植物体内常常积累大量的可溶性糖。不同外源物质对麻黄可溶性糖含量的影响见图2。

图2 不同外源物质对麻黄可溶性糖含量的影响Figure 2 The effect of different foreign substances on the soluble sugar content of ephedra

由图2可知，盐胁迫后麻黄幼苗根系中可溶性糖含量明显降低，经不同浓度外源物质处理后含量显著提高，各处理呈现先升高后降低的趋势，并且各浓度的外源物质均与CK2形成显著性差异，其中SA(50 mg/L)缓解效果最佳，比CK2增加35.58%。

可溶性蛋白是反应植物体内代谢强度的一个重要指标，也是植物在逆境条件下积累的一种有机物质。不同外源物质对麻黄可溶性蛋白含量的影响见图3。

图3 不同外源物质对麻黄可溶性蛋白含量的影响Figure 3 The effect of different foreign substances on the soluble protein content of ephedra

由图3可知，在200 mmol/L NaCl胁迫条件下可溶性蛋白含量降低，在3种外源物质缓解下有不同程度的提高，其中SA(50 mg/L)和SNP(0.1 mmol/L)效果显著，与CK2形成显著性差异，分别比CK2增加11.14%和14.30%。

2.2 SNP、Spd和SA对盐胁迫下麻黄幼苗根系活力的影响

根系活力对植物营养、个体生长状况和产量水平有直接影响。不同外源物质对麻黄根系活力的影响见图4。

图4 不同外源物质对麻黄根系活力的影响Figure 4 The effect of different foreign substances on the root vitality of ephedra

由图4可知，在盐胁迫下麻黄幼苗根系活力呈现明显降低趋势，CK2与CK1形成显著性差异(P<0.05)。经3种不同浓度外源物质缓解后，麻黄根系活力明显提高，其中，SA(50 mg/L)、Spd(0.25 mmol/L)、SNP(0.1 mmol/L)和Spd(1.0 mmol/L)均与CK2形成显著性差异，而以SA(50 mg/L)、Spd(0.25 mmol/L)缓解效果最好，分别比CK2增加18.17%和12.84%。

2.3 SNP、Spd和SA对盐胁迫下麻黄根系脂膜系统的影响

相对电导率可以反映细胞膜通透性变化的程度。当植物受到胁迫时，细胞膜最初被损伤，膜的选择性功能降低或衰退，渗透性增加，进而使植物细胞中的电解质急剧增加。不同外源物质对麻黄相对电导率的影响图5。

图5 不同外源物质对麻黄相对电导率的影响Figure 5 The influence of different foreign substances on the relative conductivity of ephedra

由图5可知，盐胁迫下，麻黄幼苗根系电导率显著增加，外源SNP(0.1 mmol/L)缓解后，电导率比CK2降低36.58%，形成显著性差异；Spd(0.25 mmol/L)和SA(50 mg/L)与CK2相比，电导率分别降低12.24%和11.53%，均形成显著性差异。综上，外源SNP(0.1 mmol/L)对电导率缓解效果最佳，其次为Spd(0.25 mmol/L)，再次为SA(50 mg/g)。

丙二醛被认为是氧化应激的标志物。不同外源物质对麻黄丙二醛的影响图6。

图6 不同外源物质对麻黄丙二醛的影响Figure 6 Effect of different foreign substances on ephedra malondialdehyde

由图6可知，盐胁迫下(CK2)，麻黄幼苗根系中MDA含量显著增加，经3种不同浓度外源物质处理后，麻黄幼苗根系中MDA含量表现出不同程度的变化，呈现先降低后升高的趋势。与CK2相比，3种外源物质都在不同程度上降低了MDA含量，其中，外源SNP(0.1 mmol/L)、Spd(0.25 mmol/L)和SA(50 mg/L)处理降低程度最大，均与对照(CK2)形成显著性差异，与CK2相比分别降低26.32%、42.10%和42.11%。

3 结论与讨论

本试验研究了SNP、Spd和SA对盐胁迫下麻黄幼苗根系生长和氧化损伤的影响。结果表明在200 mmol/L的NaCL胁迫下，麻黄幼苗中质膜过氧化指标丙二醛含量和电导率值升高，代谢产物可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量降低，根系活力也呈下降趋势。经不同浓度的SNP、Spd、SA处理后，丙二醛含量明显下降，根系活力增强。SA(50 mg/L)可以增加麻黄幼苗根系渗透调节及代谢强度，SA(50 mg/L)和Spd(0.25 mmol/L)提高了麻黄幼苗的根系活力，Spd(0.25 mmol/L)、SA(50 mg/L)降低了盐胁迫对麻黄幼苗根系脂膜系统的影响，3种外源物质缓解效果为：SA(50 mg/L)>SNP(0.1 mmol/L)>Spd(0.25 mmol/L)。施用水杨酸(SA)50 mg/L后，可溶性蛋白含量增加14.30%，可溶性糖含量增加35.58%，脯氨酸含量增加65.5%，MDA含量降低42.11%，根系活力增加18.17%。

楚乐乐、吴雪霞等认为NO会改变脯氨酸和可溶性糖的积累，减缓盐胁迫引起的氧化损伤，提高植物抗盐性[12-13]。本试验研究结果表明SNP、Spd和SA使麻黄根系中脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白含量显著提高，说明3种外源物质从不同程度上缓解了麻黄的逆境胁迫。由于根部是起初感受逆境胁迫的部位，因此根系活力极大降低。3种外源物质处理下，SA、Spd增加根系活力效果显著，从一定程度上提高了麻黄对盐碱逆境的适应。许祥明研究表明，当植物遭受诸如盐等不良反应时，会导致电导率增加，与本试验结果一致，3种外源物质缓解下均不同程度地降低了电导率值，减少了膜伤害[14]。王弋博等认为器官或组织内活性氧清除酶系统中各酶的活性、非酶系统中各抗氧化物质和膜质过氧化产物MDA的含量，可从维持活性氧动态平衡的能力及活性氧伤害等方面反映出植物的抗逆性[15]。通过本研究发现，3种外源物质缓解了盐胁迫下麻黄根系中丙二醛含量的升高，减缓了盐胁迫引起的细胞膜损伤，保持了细胞膜的稳定性。