盐碱胁迫对樟子松苗期活性氧代谢生理的影响

2022-01-04张林

辽宁林业科技 2021年6期

张林

(山西省桑干河杨树丰产林实验局科技服务中心，山西朔州 038300)

土壤盐碱化会显著影响农林产业的发展[1]，因此，植物耐盐碱机理研究成为了热点之一[2]。不同植物种类在盐碱条件下逆境生理存在较大差异，因此研究植物耐盐机理可以作为选育耐盐碱植物种类的重要标准[3]，也是判断植物耐盐碱能力强弱的重要依据[4]。樟子松Pinussylvestrisvar.mongolica生长速度快，抗旱、抗寒能力强，在干旱与半干旱的山西省部分地区，成为防风固沙的主要树种。目前关于樟子松耐旱方面的研究较多，关于其在盐碱胁迫下的逆境生理研究较少[5]。已有研究表明，植物在盐碱胁迫下，植株体内会积累大量的活性氧(ROS)，ROS会造成细胞膜系统受到伤害，进而影响其功能的发挥[6]。在自然状态下，植物体内保护酶系统会维持ROS含量处于平衡状态，但是盐碱胁迫会打破这种平衡[7]，从而引起植物体蛋白质变性和DNA的损伤，甚至影响DNA的复制和转录，有的植物体甚至会发生基因突变[8-9]。SOD与ROS代谢直接相关，H2O2含量高低直接调控SOD活性的高低，同时也会影响到植物逆境代谢生理过程[10]。因此，分析植物逆境生理活性物质含量或者活性变化是揭示植物逆境生理机制的重要途径。本文主要分析樟子松在盐碱胁迫下与活性氧代谢相关逆境生理指标的变化情况，为揭示其逆境生理机制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为樟子松3年生实生苗。2020年2月，将苗木移入35 cm×30 cm×30 cm塑料盆内，每盆装细沙30 kg。每株每2天浇蒸馏水500 mL。

1.2 试验设计

6-8月在山西省试验苗圃进行试验。试验期间每隔5 d浇营养液1次，营养液参照Utriainen方法配置[11]，每株300 mL。试验共设4个处理，无盐碱胁迫处理，即对照；轻度盐碱胁迫处理(T1)，NaCl、NaHCO3质量分数分别为0.6 g·kg-1、0.5 g·kg-1；中度盐碱胁迫处理(T2)，NaCl、NaHCO3质量分数分别为1.2 g·kg-1、1.0 g·kg-1；重度盐碱胁迫处理(T3)，NaCl、NaHCO3质量分数分别为1.8 g·kg-1、1.5 g·kg-1。

按照试验设计，将NaCl和NaHCO3溶入1.5 L蒸馏水中，6月10日一次性浇入栽植盆，对照浇等量自来水。每个处理20盆，3次重复，各处理栽植盆随机区组排列。试验期间保持充足水分供应，防止出现旱涝灾害，注意防治病虫害。7月10日栽植盆内除草1次。分别在盐碱处理后的第7天、14天、21天、28天、35天取样。每次选3株，摘取主枝自下而上第5、8、11、14、17束针叶直接放入液氮中保存，带回实验室后剪碎混合均匀后进行生理指标测定。

1.3 测定方法

H2O2含量和还原型谷胱甘肽(GSH)采用可见光分光光度计法测定，还原型抗坏血酸(ASA)采用TCA法测定，谷胱甘肽还原酶(GR)活性采用紫外分光光度法测定，SOD活性采用NBT还原法测定[12-13]。每项指标测定6次，结果取平均值。

1.4 数据处理

采用Excel 2010进行数据处理及作图，采用SPSS 19.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对樟子松苗木H2O2含量的影响

由图1可知，随着时间延长，对照表现为先升高后降低的趋势，不同盐碱处理的樟子松苗木叶片H2O2含量表现为一直升高的趋势，且不同盐碱处理的苗木叶片H2O2含量均高于对照，可见随着时间延长盐碱胁迫提高了樟子松苗木叶片的H2O2含量。随着盐碱胁迫质量分数的增加，苗木叶片内H2O2含量表现出升高的趋势，第14 d和35 d，T3与T1和T2之间差异显著，第28 d各盐碱胁迫处理间差异不显著。

注：图中不同小写字母表示0.05水平差异显著。下同。

2.2 盐碱胁迫对樟子松苗木GSH含量的影响

由图2可知，各处理樟子松苗木叶片的GSH含量表现为随着时间延长呈先升高后降低的趋势。T1在7～21 d的苗木叶片GSH含量分别低于对照1.16 nmol·g-1、2.45 nmol·g-1、1.59 nmol·g-1，可见轻度盐碱胁迫在7～21 d内会使樟子松苗木叶片GSH含量降低。21 d时T2、T3樟子松苗木叶片GSH含量显著高于对照。28～35 d各盐碱处理的苗木叶片GSH含量均高于对照。T3在14～35 d分别比对照提高了2.66 nmol·g-1、5.53 nmol·g-1、8.00 nmol·g-1、10.08 nmol·g-1，两者差异显著，可见重度盐碱胁迫会显著提高GSH含量。在7～35 d，处理T3与T1、T2之间差异显著。除第7 d外，T2与T1之间差异显著。

图2 盐碱胁迫对樟子松苗木GSH含量的影响

2.3 盐碱胁迫对樟子松苗木ASA含量的影响

由图3可知，盐碱胁迫处理后7～28 d，樟子松苗木叶片的ASA含量总趋势是升高，35 d时T1、T3苗木叶片的ASA含量降低。T3处理分别比对照提高了2.03 μmol·g-1、5.71 μmol·g-1、8.33 μmol·g-1、7.82 μmol·g-1、8.07 μmol·g-1，两者差异显著，表明重度盐碱胁迫显著提高了樟子松苗木叶片内的ASA含量。14～21 d，T2樟子松苗木叶片内的ASA含量均显著高于对照，表明中度盐碱胁迫在14～21 d显著提高了樟子松苗木叶片内的ASA含量。21～28 d樟子松苗木叶片内的ASA含量，T1显著高于对照，表明轻度盐碱胁迫处理能显著提高樟子松苗木叶片的ASA含量。

2.4 盐碱胁迫对樟子松苗木GR活性的影响

由图4可知，樟子松苗木叶片GR活性在试验期间表现为先升高后降低的趋势，各处理在第21天达到最高值，表明长时间的盐碱胁迫会导致樟子松苗木GR活性降低，不利于抗盐碱能力的提高。

随着盐碱处理质量分数的升高，GR活性逐渐降低，T3分别比对照降低了5.31 U·g-1、1.32 U·g-1、6.57 U·g-1、9.01 U·g-1、12.68 U·g-1，除14 d外，其余时间T3均显著低于对照，表明重度盐碱胁迫会抑制樟子松苗木GR活性；第21～35 d，T2显著低于对照，表明中度盐碱胁迫也会显著降低樟子松苗木GR活性。

图3 盐碱胁迫对樟子松苗木ASA含量的影响

图4 盐碱胁迫对樟子松苗木GR活性的影响

2.5 盐碱胁迫对樟子松苗木SOD活性的影响

由图5可知，樟子松SOD活性表现为随着盐碱胁迫时间延长先升高后降低，各处理在28 d达到最高值，表明盐碱胁迫超过28 d会显著影响樟子松苗木SOD活性，对植株活性氧代谢产生影响。

图5 盐碱胁迫对樟子松苗木SOD活性的影响

从不同质量分数的盐碱胁迫处理来看，SOD活性随着盐碱胁迫程度的加重而升高，T3与对照相比分别提高了12.27%、40.89%、44.20%、31.78%和37.12%，二者差异显著，表明重度盐碱胁迫显著提高了樟子松苗木叶片内的SOD活性。14～28 d，T2、T1均显著高于对照，表明轻度和中度盐碱胁迫会显著提高樟子松苗木叶片内的SOD活性。35 d时T2显著高于T1，表明此时中度盐碱胁迫对SOD活性的影响显著高于轻度盐碱胁迫处理。T1显著高于对照，表明轻度盐碱胁迫持续35 d会显著提高樟子松苗木SOD活性。

3 讨论

在盐碱胁迫条件下植物体内会产生大量的活性氧，其中超氧基阴离子、单线态氧、H2O2等都是逆境条件下产生的含有活性氧的一种小分子化合物，由于具有极强的氧化性，其含量的升高会对植物膜系统产生较大危害[14]。从本试验结果来看，盐碱胁迫显著提高了樟子松苗木叶片内的H2O2含量，这与高明远[15]的研究结果一致，分析出现这种现象的原因与H2O2是植物体内保护酶活性的信号分子有关，H2O2含量的升高有利于提高植物体抗氧化酶活性，防止ROS积累对植物膜系统产生危害[16-17]，因此抗氧化酶活性的升高程度可以作为判断活性氧清除能力的指标，也可以作为筛选抗逆强弱植株和品种的指标之一。ASA-GSH途径是植物体代谢多余H2O2的重要途径，对于防止盐碱胁迫下产生的过多H2O2对膜系统的危害具有重要的作用[18]，植物在逆境条件下ROS的积累提高了H2O2含量，而H2O2作为信号分子可以诱导植物体提高ASA-GSH途径代谢H2O2能力。本试验结果中，盐碱胁迫持续时间超过28 d后，ASA和GSH含量均显著高于对照，表明持续长时间的盐碱胁迫促进了樟子松苗木叶片内ASA和GSH合成，以利于快速代谢多余H2O2，防止膜系统受到危害，因此ASA和GSH含量升高是樟子松抗盐碱能力提高的重要标志。本试验中，在21 d之内，轻度和中度的盐碱胁迫处理GSH含量低于对照，马焕成[19]研究认为这可能与SOD前期参与H2O2的代谢有关，后期由于H2O2过多积累，诱导ASA-GSH代谢途径代谢多余的H2O2，从而导致了ASA和GSH含量的升高。GR活性与植物抗盐碱能力高低直接相关，本试验轻度盐碱胁迫7～14 d高于对照，21 d之后低于对照，重度和中度盐碱胁迫均使GR活性显著降低，这与郭丽红[20]的研究结果一致，说明GR活性变化也是判断樟子松苗木抗逆性的重要指标之一。SOD与H2O2代谢直接相关，本试验中，SOD活性在盐碱胁迫处理14天后显著升高，这与H2O2含量的变化趋势一致，分析认为这与H2O2作为调节SOD活性的信号分子有关[10]。整体来看，GSH和ASA含量、GR和SOD活性变化均可以作为判断樟子松苗木活性氧代谢能力强弱的重要指标，这对判断不同植物抗盐碱能力具有重要的指导意义。