NaHCO3胁迫下对青稞幼苗抗氧化酶活性的影响

2022-07-27段国苹许小宁耿贵工谢惠春

青海师范大学学报（自然科学版） 2022年1期

乔枫，段国苹，许小宁，耿贵工，谢惠春*

(1.高原科学与可持续发展研究院，青海师范大学，青海西宁 810008;2.青海省青藏高原药用动植物资源重点实验室，青海西宁 810008；3.青海省青藏高原生物多样性形成机制与综合利用重点实验室，青海西宁 810008；4.青海省农业项目指导服务中心，青海西宁 810008；5.青海省农林科学院，青海西宁 810016)

盐碱土在我国分布广泛,严重制约着农业生产.我国耕地盐碱化面积超过 760万hm2,占总耕地面积的 1/5，主要分布在东北、华北及西北内陆地区[1].土壤盐碱化是当今世界上一个严重的生态问题，盐碱地面积的增加是环境和人为各方面因素影响的结果[2].尤其是在干旱地区，在我国重要的产粮省份吉林省，位于长白山一带土壤盐碱化严重，使得农民饱受粮食减产的苦恼.解决土壤盐碱化才能提高地区粮食产量，对我国的粮食产量产生重大作用[3].因此，如何开发利用大量的盐碱地对现代农业的发展具有重要的意义[4].

许多植物在长期进化过程中对盐碱胁迫在组织水平上形成了一系列的适应机制，主要包括合成渗透调节物质、离子调节、合成有机酸以及合成保护酶等 4 种途径[5-8].盐碱地可分为盐化地和碱化地.盐化地中的易溶盐会提高土壤的渗透压，进而影响植物体内的水分和营养矿物质的吸收，从而会对植物产生不同程度的毒害作用[9-11]，所以盐碱地的危害不仅使土壤的理化性质发生变化，同时也会对植物造成不同程度的伤害，进而影响作物的产量和品质[12].改良盐碱地和种植耐盐碱作物均被用于缓解土地盐碱化这一世界难题，而后者被认为是最为经济可行和最有效的方法[13].裴毅[14]等在氯化钠和碳酸氢钠胁迫对白芥种子萌发影响的研究中，用清水复萌试验表明，经NaCl胁迫的种子有不同程度的复萌，经NaHCO3胁迫种子复萌率为 0.结果表明白芥种子有一定耐盐碱能力，其耐NaCl能力强于耐NaHCO3能力.霍宏亮等[15]探究不同杜梨资源对盐碱胁迫的生理响应及筛选耐盐碱资源，3000 余株幼苗为试验材料，采用中性盐和碱性盐混合胁迫处理，测定盐碱抗性相关的生理指标，研究发现，抗性强的资源抗氧化酶活性和脯氨酸含量在受到胁迫后显著上升，300 mmol/L盐碱胁迫下超氧化物歧化酶活性显著上升75.04%、70.04%；过氧化物酶活性上升 1136.11%、742.86%；过氧化氢酶活性显著上升 344.58%、343.42%.

青稞(HordeumvulgareL)为禾本科大麦属大麦的一个变种，又称裸大麦(Hulllessbarley)、元麦、米大麦.青稞适宜生长在清凉气候的高原，耐寒性强，生长期短，高产早熟，适应性广[16].青稞是中国高海拔地区居民主要粮食、燃料和牲畜饲料，而且也是啤酒、医药和保健品生产的原料，有着广泛的食用价值和药用价值[17,18].本文研究不同浓度碳酸氢钠NaHCO3对青稞幼苗抗氧化酶活性的影响，研究结果为青稞的盐碱胁迫耐逆性提供线索.

1 材料与方法

1.1 材料

青稞品种肚里黄，由青海省农林科学院作物所提供.

1.2 方法

挑选饱满无病菌的青稞种子，先用自来水冲洗2～3次，蒸馏水冲洗3次，后用0.1%氯化汞浸泡5min，将青稞种子置于铺有2层滤纸的直径为13cm培养皿里，放置在温室中培养.每天定时定量加入20mL水，待苗长1cm左右时，揭去培养皿盖，然后继续培养2d，之后用不同浓度的NaHCO3处理7d，每天定时定量加入NaHCO3溶液，取幼苗的叶和根为材料，分析抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量.

1.2.1 生理指标测定

超氧化物歧化酶SOD活性测定采用NBT光照化学还原法[19,20]，过氧化物酶POD测定采用愈创木酚法[19,20]，过氧化氢酶CAT、抗坏血酸过氧化物酶APX活性测定采用紫外分光光度法[20]，可溶性蛋白质SP含量采用考马斯亮蓝法[19].

1.2.2 统计分析

所有的生理指标重复3次，数据的统计学分析采用Excel 2016处理，在α=0.05水平上分析差异显著性.

2 结果与分析

2.1 青稞幼苗中SOD活性变化

随着NaHCO3胁迫浓度的增加，青稞幼苗叶片中SOD活性呈先降低后增加趋势(见图1)，0.4g/L NaHCO3处理的叶中SOD活性最低，比空白对照显著降低49%(P<0.05)；1.6～6.4 g/L NaHCO3处理的叶中SOD活性显著增加，比对照增加30.1%～51.27%(P<0.05).

随着NaHCO3浓度的增加，青稞幼苗根中的SOD的活性呈先增加后降低趋势(见图2)，0.2、0.4、1.6 g/L NaHCO3处理下，根中SOD活性与对照无差异；在0.8 g/L NaHCO3处理下，根中SOD活性达到最大值，比对照显著增加1.22倍(P<0.05)；3.2～6.4 g/L NaHCO3处理下，根中SOD活性比对照显著降低14.48%～52.19%(P<0.05).青稞幼苗在低浓度 0.2～0.4 g/L NaHCO3下，叶中SOD活性下降，根中SOD活性增加；在高浓度 1.6-6.4 g/L NaHCO3下，叶中SOD活性升高，根中SOD活性减小.

注：不同小写字母表示在0.05水平上差异显著有统计学意义(P<0.05)(下图同)

2.2 青稞幼苗POD活性变化

随着NaHCO3胁迫浓度的增加，青稞幼苗叶中POD活性呈先降低后升高趋势(图3)，在0.2g/L NaHCO3处理下，叶中POD活性最低，比对照显著降低32.5%(P<0.05)；0.8～6.4g/L NaHCO3处理下，叶中POD活性显著增加，比对照增加35.13%～70.745%(P<0.05).

随着NaHCO3胁迫浓度的增加，青稞幼苗根中POD活性也是呈先降低后升高趋势(图4)，在0.2g/L、0.4g/L NaHCO3处理下，根中POD活性分别比对照显著降低28.14%、18.32%(P<0.05)；1.6～6.4g/L NaHCO3处理下，根中POD活性显著增加，比对照增加0.63～1.05倍(P<0.05).高浓度NaHCO3处理下幼苗根中POD活性增加的幅度大于叶中增加的幅度，表明根中POD对NaHCO3胁迫更敏感.

2.3 青稞幼苗CAT活性变化

随着NaHCO3胁迫浓度的增加，青稞幼苗叶中CAT活性呈先增加后降低趋势(图5)，在0.2～1.6g/L NaHCO3处理下，叶中CAT活性显著增加，比对照增加0.47～1.06倍(P<0.05)；3.2～6.4g/L NaHCO3处理下，叶中CAT活性与对照没有差异.

随着NaHCO3胁迫浓度的增加，青稞幼苗根中CAT活性呈降低趋势(图6)，在0.2～0.4g/L NaHCO3处理下，根中CAT活性与对照无差异；在0.8～6.4g/L NaHCO3处理下，根中CAT活性显著降低，比对照减少34.55%～46.07%(P<0.05).高浓度NaHCO3处理下幼苗根中CAT活性显著降低，表明根中CAT较叶中CAT损伤严重.

2.4 青稞幼苗APX活性变化

随着NaHCO3胁迫浓度的增加，青稞幼苗叶和根中APX活性呈降低趋势(图7和图8)，0.2～0.4g/L NaHCO3处理下，叶中APX活性与对照没有显著差异；在0.8～6.4 g/L NaHCO3处理下，叶中APX活性显著降低，比对照降低39.38%～55.63%(P<0.05).在0.2～6.4g/L NaHCO3处理下，根中APX活性降低，比对照显著减少27.54%～65.22%(P<0.05).在高浓度NaHCO3处理下，青稞幼苗叶和根中APX活性降低，可能是APX高级结构被损伤或破坏，进而影响了APX活性.

2.5 青稞幼苗可溶性蛋白含量的变化

随着NaHCO3胁迫浓度的增加，青稞幼苗叶中可溶性蛋白质含量呈增加趋势(图9)，0.2～0.8 g/L NaHCO3处理下，叶中可溶性蛋白质含量与对照没有显著差异；在1.6～6.4 g/L NaHCO3处理下，叶中可溶性蛋白质含量显著增加，比对照增加27.46%～34.34%(P<0.05).

青稞幼苗根中可溶性蛋白质含量呈先降低后增加趋势(图10)，在0.2 g/L NaHCO3处理下，根中可溶性蛋白质含量显著降低，比对照降低22.70%(P<0.05)；在0.4～1.6 g/L NaHCO3处理下，根中可溶性蛋白质含量与对照没有显著差异；在3.2～6.4 g/L NaHCO3处理下，根中可溶性蛋白质含量显著增加，比对照增加44.27%～59.77%(P<0.05).表明高浓度的NaHCO3处理下幼苗中可溶性蛋白含量增加.

3 讨论

3.1 植物逆境下SOD活性的影响

POD、SOD和CAT是植物细胞膜系统的保护酶，能够在植物受到胁迫时增强酶活性并加快对活性氧的消除，从而起到保护植物细胞结构的作用[21,22].在本研究中，随着NaHCO3浓度的增加，青稞叶片中SOD的活性先降低后增加，高浓度NaHCO3促进幼苗叶片细胞内SOD活性增加，提高了清除自由基的能力，从而缓解了NaHCO3胁迫对青稞叶中氧化伤害作用；根中SOD活性降低，高浓度NaHCO3影响和破坏了根中SOD的结构和功能，所以酶活性下降.可能原因是高浓度NaHCO3没有影响到叶中SOD的结构，但是影响了根中SOD结构.

3.2 植物逆境下POD活性的影响

SOD与其他过氧化物酶的协同作用能够抵御其他活性氧或过氧化物自由基对植物细胞分子物质的破坏，是植物抵抗逆境胁迫的防御机制之一[23].在逆境条件下，植物细胞体内的活性氧和自由基含量升高，POD是植物细胞内主要的抗氧化酶，POD活性逐渐增加的原因可能是自由基产生速率低于系统清洁能力，引起POD活性升高.朱金方等[24]认为植物在盐胁迫下会通过提高 POD 活性来减少盐胁迫造成的伤害.本研究中随着NaHCO3处理浓度的增加，青稞幼苗中叶和根中的POD活性逐渐增加，并且在高浓度1.6～6.4g/L NaHCO3处理下，根中POD活性比叶中的增加幅度大，表明高浓度NaHCO3没有损伤青稞幼苗中POD的高级结构，致使叶和根中POD活性升高.

3.3 植物逆境下CAT、APX活性的影响

由于CAT活性的升高及在清除H2O2的过程中起到主导作用，随着H2O2的不断积累，CAT的作用有限，POD活性开始升高，与CAT共同作用以清除细胞中的H2O2等有毒有害物质[25].本研究结果显示低浓度NaHCO3处理下青稞幼苗中CAT活性增加，在高浓度NaHCO3处理下幼苗CAT活性降低，表明较高浓度0.8～6.4g/L NaHCO3处理下影响了青稞幼苗根中的CAT的高级结构，导致CAT活性显著降低，但是根中POD活性升高，可进一步清除细胞内的H2O2等有害物质.本研究中，低浓度和高浓度NaHCO3处理都严重影响了幼苗根中APX的结构和功能，浓度越高影响越严重.

尚培培等[26]认为高粱幼苗受到混合碱胁迫后，体内脯氨酸、蛋白质、可溶性糖和氨基酸的含量随碱浓度的增加而增加.燕麦、小麦、玉米等农作物在遭受盐胁迫时可积累Pro和可溶性蛋白来维持正常的生命活动，说明可溶性蛋白质和可溶性糖是随着NaHCO3浓度的增加而增加，所以呈现的是一个升高的趋势[27，28].本研究中随着NaHCO3处理浓度的增加，青稞幼苗叶和根中蛋白质质量浓度增加，与以上研究结果一致.