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鹽堿脅迫下外源抗壞血酸對海濱錦葵的調(diào)節(jié)效應(yīng)

2020-03-30 03:50代月蒙周建
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2020年3期
關(guān)鍵詞:生長

代月蒙 周建

摘要? ? 為研究外源抗壞血酸對鹽堿脅迫下海濱錦葵生長與離子富集的調(diào)節(jié)效應(yīng),利用NaCl、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO4配制成4種濃度為30 mmol/kg的鹽堿土壤栽培海濱錦葵,對幼苗噴施0.5、1.5 mmol/L濃度的抗壞血酸,測定了植株的生長指標(biāo)、組織Na+濃度與離子轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)等。結(jié)果表明,外源抗壞血酸對鹽堿脅迫下海濱錦葵的生長抑制具有一定緩解作用,其中1.5 mmol/L抗壞血酸對地徑、干重的緩解更顯著;外源抗壞血酸對不同鹽堿土中海濱錦葵的Na+富集與Na+轉(zhuǎn)運(yùn)的影響存在差異,但1.5 mmol/L抗壞血酸的調(diào)控效應(yīng)相對較明顯。

關(guān)鍵詞? ? 海濱錦葵;鹽堿脅迫;抗壞血酸;生長;離子富集

中圖分類號? ? S156.4? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739(2020)03-0171-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識碼(OSID)

Regulating? Effect? of? Exogenous? Ascoribic? Acid? on? Kosteletzkya? virginica? Under? Salina-alkali? Stress

DAI Yue-meng 1,2? ? ZHOU Jian 1,2 *

(1 School of Horticulture and Landscape Architecture,Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang Henan 453003;

2 Henan Province Engineering Center of Horticultural Plant Resource Utilization and Germplasm Enhancement)

Abstract? ? In order to study the regulating effect of exogenous ascorbic acid on growth and sodium ion accumulation of Kosteletyzkya virginica in saline-alkali soil,NaCl,Na2CO3,NaHCO3 and Na2SO4 were used to prepare salina-alkali soil(concentration of 30 mmol/kg) for cultivation of Kosteletyzkya virginica.The ascorbic acid at 0.5 mmol/L and 1.5 mmol/L concentrations was sprayed respectively on leaves of K. virginica plants in this research,then the growth index,Na+ concentration and ion transport coefficient of these treated plants were determined.The results showed that exogenous ascorbic acid could alleviate the growth inhibition of K. virginica under the saline-alkali stress,while the alleviations on stem diameter and dry weight from 1.5 mmol/L treatment were more significant than those from 0.5 mmol/L treatment.There were differences of Na+ enrichment and Na+ transport in K. virginica plants among four kinds of saline-alkali soil,but the regulations from 1.5 mmol/L ascorbic acid were basically more effective than that from 0.5 mmol/L treatment.

Key words? ? Kosteletyzkya virginica;saline-alkali stress;ascorbic acid;growth;ion accumulation

當(dāng)前,土壤鹽堿化是世界性的環(huán)境問題,分布范圍廣,嚴(yán)重影響了植物生長和農(nóng)作物的產(chǎn)量[1-2]。我國是鹽堿地大國,廣泛分布于西北地區(qū)、東北地區(qū)以及沿海地區(qū),各類鹽堿土總面積達(dá)到9 913.3 hm2,成為威脅農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的重大非生物脅迫因素之一[3]。土壤鹽分對植物形成有直接影響,如抑制種子萌發(fā)及干擾植物代謝、光合作用等,進(jìn)而影響植物生長發(fā)育,甚至造成植物萎蔫死亡或產(chǎn)量下降。因此,選用耐鹽堿能力強(qiáng)的植物或利用外源手段調(diào)節(jié)植物耐鹽性,以此來改善鹽堿地生態(tài)功能與提高鹽堿地經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出已成為重要的農(nóng)業(yè)發(fā)展方向[4]。星星草是一種優(yōu)良的牧草,耐鹽性極強(qiáng),能耐1.0%的NaCl溶液澆灌,成為鹽生草甸的建群種[5]。白穎苔草耐鹽閾值達(dá)到263 mmol/L,鹽脅迫抗性強(qiáng),在鹽堿地生長具有明顯的優(yōu)勢,具有較強(qiáng)的環(huán)境改善能力[6]。作為一種鹽生經(jīng)濟(jì)植物,低鹽堿地可促進(jìn)堿地膚的生長;高鹽堿條件下,堿地膚生長受到一定程度抑制[7]。

海濱錦葵(Kosteletyzkya virginica),原產(chǎn)于美國東部沿海地區(qū)的含鹽沼澤地帶,是多年生宿根草本植物,具極強(qiáng)的抗鹽能力,在2.5%鹽水澆灌下,種子產(chǎn)量可達(dá)到0.8~1.5 t/hm2 [8]。海濱錦葵種子含有豐富的油脂和蛋白質(zhì),有“生物柴油”的美稱;地下塊根膨大,富含糖類、總黃酮、皂苷等,可以作為飼料、保健品和其他工業(yè)用途的原料;花期長,花大而艷麗,具有很好的優(yōu)化海濱地區(qū)景觀作用[9-10]。1993年,南京大學(xué)將海濱錦葵引入我國,用于海濱鹽土開發(fā)利用[11]。目前,對海濱錦葵的抗鹽性機(jī)制的系統(tǒng)研究比較深入[12-13]。在引種發(fā)展過程中,海濱錦葵在海濱鹽土表現(xiàn)出較高的生態(tài)適應(yīng)性與經(jīng)濟(jì)效益。

抗壞血酸(Ascorbic Acid,簡稱AsA),又稱維生素C,是在植物體內(nèi)普遍存在的非酶促抗氧化物質(zhì),可有效去除植物體內(nèi)O2-、-OH、H2O2等活性氧(ROS),緩解氧化毒害[14],提高植物的抗逆性。近年來,抗壞血酸在提高植物抗性方面有廣泛的應(yīng)用。在鋁脅迫下,對水稻葉片噴施2 mmol/L的抗壞血酸,可降低葉片內(nèi)H2O2的含量,提高葉綠素含量,促進(jìn)水稻受脅迫植株的生長[15]。與水稻相似,對鋁毒害的大麥幼苗噴施0.25 mmol/L AsA,可顯著提高植株體內(nèi)抗氧化酶活性,有效緩解鋁毒害對大麥的生長抑制[16]。馬彥霞等[17]研究發(fā)現(xiàn),外源抗壞血酸能有效緩解番茄幼苗的自毒作用,促進(jìn)幼苗主根和上胚軸的生長,維持植株正常的生理功能。此外,在正常生長條件下,外源抗壞血酸能促進(jìn)煙草細(xì)胞分裂,減輕細(xì)胞膜脂過氧化,明顯延緩細(xì)胞衰老[18],成為有效的煙草生長調(diào)節(jié)劑。

因此,本試驗(yàn)通過在鹽堿脅迫下對海濱錦葵幼苗噴施抗壞血酸,初步探索抗壞血酸對海濱錦葵鹽堿脅迫損傷的緩解效應(yīng),為海濱錦葵在鹽堿地的推廣應(yīng)用提供參考。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗(yàn)材料

供試海濱錦葵種子由南京大學(xué)鹽生植物實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2? ? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)鹽堿土處理,即稱取普通園土,與NaCl、Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3混合配置成4種30 mmol/kg的鹽堿土,即NaCl(A1);NaCl∶Na2SO4∶Na2CO3∶NaHCO3=4∶8∶1∶1(A2);NaCl∶Na2SO4∶Na2CO3∶NaHCO3=8∶4∶1∶1(A3);Na2CO3∶NaHCO3=1∶1(A4),以空白處理為正對照(CK)。設(shè)2個(gè)抗壞血酸噴施處理,分別為0.5 mmol/L(B1)、1.5 mmol/L(B2),以不噴施抗壞血酸為負(fù)對照(CK0)。

1.3? ? 試驗(yàn)方法

將配置好的土壤分別裝入口徑12 cm、高11 cm的栽培缽中,每個(gè)處理6缽,一并放入長54 cm、寬26 cm、高12 cm的塑料白盆中,并做好標(biāo)記。選擇飽滿的海濱錦葵種子,用濃硫酸處理30 min;隨后用清水快速沖洗,并用溫水浸泡24 h;最后用濕沙催芽。待露白種子達(dá)到1/3時(shí)進(jìn)行播種。每個(gè)栽培缽播種5粒,播后澆透水1次。幼苗出土30 d后,對幼苗分別噴施0.5、1.5 mmol/L抗壞血酸,每周噴1次,連續(xù)噴施9次。

1.4? ? 指標(biāo)測定

1.4.1? ? 植株生長指標(biāo)的測定。待處理完成以后,從每個(gè)處理中選出具有代表性的植株,用游標(biāo)卡尺(精確到千分位)和直尺(cm)分別測量植株的地徑和株高。隨后,將樣株從栽培缽中移出,在水中緩慢清洗植株根部,盡量減少對根系的損傷。用吸水紙吸干清洗干凈的植株的表面水分。隨即用剪刀將植株根、莖、葉剪切分離,置入烘箱中,于80 ℃條件下烘干至恒重。最后,使用1/1 000電子天平測定植物干組織質(zhì)量。重復(fù)5次。

1.4.2? ? 鈉離子濃度測定。取烘干植物組織0.1~0.2 g,放入研缽中充分研磨。將研磨組織置入消解罐中,并加入7 mL濃硝酸、2 mL雙氧水、2 mL高氯酸,放入微波消解儀于165 ℃、5 W下消解30 min;消解完成后,將消解液轉(zhuǎn)移至聚四氯乙酸燒杯,在170 ℃電熱板上趕酸,除去氯氣;待消解液趕酸至黃豆大小,用0.2%的稀硝酸溶液定容至25 mL,于50 mL離心管內(nèi)保存。最后用Optima 2100DV電感耦合等離子發(fā)射光譜儀測定樣品Na+含量。重復(fù)3次。

1.4.3? ? 鈉離子轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的計(jì)算。植物組織鈉離子轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)由以下公式計(jì)算:

鈉離子轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=上部位置Na+含量/下部位置Na+含量

1.5? ? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用Excel 2010數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與制圖;用SPSS 21.0進(jìn)行方差分析,在α=0.05水平下進(jìn)行Duncan多重比較。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 外源抗壞血酸對鹽堿脅迫下海濱錦葵生長特性的影響

在試驗(yàn)中,對株高而言,噴施抗壞血酸對處理A1、A2、A3、A4等4種鹽堿土植株有不同程度的影響,見圖1(a)。在0.5 mmol/L處理中,噴施措施對處理A2、A3鹽堿土植株株高起促進(jìn)作用,其中處理A3鹽堿土植株增幅最大,分別較CK、CK0高11.58%、24.12%;噴施措施抑制處理A1、A4鹽堿土植株株高生長,處理A4鹽堿土植株的抑制最顯著,低于CK0 12.57%。在濃度為1.5 mmol/L時(shí),噴施措施對處理A1、A2、A3等鹽堿土植株株高大致起促進(jìn)作用,其中處理A1鹽堿土植株促進(jìn)最明顯,分別較CK、CK0高7.61%、7.53%。

對地徑而言,外源抗壞血酸對處理A1、A2、A3、A4等4種鹽堿土植株影響不顯著,見圖1(b)。0.5 mmol/L抗壞血酸對處理A3鹽堿土植株地徑促進(jìn)最明顯,分別較CK、CK0高18.86%、17.41%;噴施1.5 mmol/L抗壞血酸,處理A2鹽堿土植株地徑的促進(jìn)作用最大,分別較CK、CK0增加19.37%、23.79%。2種處理濃度對處理A4鹽堿土植株的地徑生長均有抑制作用,0.5 mmol/L處理植株低于CK0 13.57%;1.5 mmol/L處理植株分別較CK、CK0低6.34%、14.38%。

外源抗壞血酸對鹽堿土植株干重大致起促進(jìn)作用,見圖1(c)。在0.5 mmol/L處理中,處理A1鹽堿土植株干重增加幅度最大,分別較CK、CK0高13.48%、27.00%;對處理A2鹽堿土植株的抑制最顯著,低于CK0 37.31%??箟难釢舛葹?.5 mmol/L時(shí),對脅迫植株干重的促進(jìn)程度高于0.5 mmol/L處理,其中處理A1鹽堿土植株干重的增幅最大,分別較CK、CK0增加74.21%、94.97%;而處理A4鹽堿土植株干重略呈抑制趨勢,分別較CK、CK0低28.95%、14.77%。

2.2? ? 外源抗壞血酸對鹽堿脅迫下植株組織Na+濃度的影響

在試驗(yàn)中,0.5、1.5 mmol/L抗壞血酸處理對海濱錦葵根部Na+富集影響存在差異,見圖2(a)。0.5 mmol/L抗壞血酸促進(jìn)處理A3、A4鹽堿土植株根部Na+富集,其中處理A4鹽堿土植株促進(jìn)作用最顯著,分別較CK、CK0高108.60%、14.07%;抑制處理A1、A2鹽堿土植株根部鈉離子富集,且對處理A2鹽堿土植株的抑制較顯著,分別較CK、CK0低75.13、85.61%。在1.5 mmol/L處理中,噴施措施對海濱錦葵根系Na+富集大致呈現(xiàn)促進(jìn)趨勢,其中對處理A4鹽堿土植株的促進(jìn)作用最顯著,高于CK0 81.05%;對處理A2鹽堿土植株根系離子富集的抑制最強(qiáng),低于CK0 59.83%。

在抗壞血酸噴施處理下,植株莖部Na+富集存在一定差異,見圖2(b)。在0.5 mmol/L抗壞血酸處理中,處理A1鹽堿土植株莖部離子富集促進(jìn)效果最顯著,其離子濃度高于CK0 33.65%;處理A2鹽堿土植株莖Na+富集抑制最明顯,低于CK0值23.57%。在1.5 mmol/L時(shí),噴施措施促進(jìn)處理A1、A4鹽堿土植株莖離子富集,處理A1鹽堿土植株的促進(jìn)幅度最大,離子濃度高于CK0 68.06%;處理A2鹽堿土植株莖Na+富集呈抑制趨勢,離子濃度低于CK0 16.64%。

在鹽堿脅迫土壤中海濱錦葵葉的Na+濃度均高于正常處理植株。在0.5 mmol/L處理中,抗壞血酸對海濱錦葵植株葉中Na+富集的影響存在一定差異,見圖2(c)。其中,對處理A2鹽堿土植株的促進(jìn)作用最明顯,分別較CK、CK0高468.64%、64.59%;對處理A3、A4鹽堿土植株葉片中鈉離子富集形成抑制,其中處理A4抑制最大,低于CK0值53.55%。在1.5 mmol/L處理中,抗壞血酸抑制了植株葉部鈉離子富集,其中對處理A1鹽堿土植株的影響最小,低于CK0 19.11%;處理A3鹽堿土對植株的影響最大,低于CK0 42.51%。

2.3? ? 外源抗壞血酸對植株Na+轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響

在試驗(yàn)中,噴施抗壞血酸對海濱錦葵葉/莖離子轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響存在差異,見圖3(a)。0.5 mmol/L抗壞血酸促進(jìn)處理A1、A2鹽堿土植株Na+葉/莖轉(zhuǎn)運(yùn),其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別較CK0高61.34%、109.20%;而處理A3、A4鹽堿土植株離子轉(zhuǎn)運(yùn)受到抑制,分別較CK0低57.89%、42.34%。在1.5 mmol/L處理中,抗壞血酸對處理A1、A3、A4鹽堿土植株離子轉(zhuǎn)運(yùn)形成抑制,其中處理A1鹽堿土對植株的影響最大,低于CK0 51.87%。

對于莖/根Na+轉(zhuǎn)運(yùn)而言,外源抗壞血酸對處理A1、A2、A3鹽堿土植株起促進(jìn)作用,對處理A4鹽堿土對植株形成抑制,見圖3(b)。在0.5、1.5 mmol/L處理中,噴施措施對處理A2鹽堿土植株的促進(jìn)效果最顯著,分別較CK0高380.97%、107.53%;而處理A4鹽堿土植株的鈉離子轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)呈下降趨勢,分別較CK0低20.56%、34.54%。

在試驗(yàn)中,噴施抗壞血酸對海濱錦葵植株根/土壤Na+轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響存在差異,見圖3(c)。在0.5 mmol/L處理中,抗壞血酸促進(jìn)處理A2、A3鹽堿土植株離子轉(zhuǎn)運(yùn),其中對處理A2鹽堿土植株的影響最大,其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)高于CK0 43.91%;處理A1、A4鹽堿土植株離子轉(zhuǎn)運(yùn)受到抑制,其中處理A2植株受影響最明顯,其Na+轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)低于CK0 59.94%。在1.5 mmol/L處理中,噴施措施促進(jìn)處理A1、A2鹽堿土植株Na+轉(zhuǎn)運(yùn),其中處理A2鹽堿土植株影響最大,其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)高于CK0 301.72%;處理A3、A4鹽堿土植株Na+轉(zhuǎn)運(yùn)受到抑制,其中處理A4植株抑制作用最強(qiáng),其離子轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)低于CK0 34.54%。

3? ? 結(jié)論與討論

3.1? ? 外源抗壞血酸對鹽堿脅迫下海濱錦葵生長特性的影響

在試驗(yàn)中,噴施抗壞血酸對鹽堿脅迫下海濱錦葵生長抑制,尤其是對地徑、干重的抑制具有緩解作用,這與抗壞血酸對燕麥[19]、黃芩[20]、番茄幼苗[21]的調(diào)節(jié)效應(yīng)相似。外源抗壞血酸調(diào)控鹽堿脅迫下海濱錦葵幼苗生長的作用:一是提高植株體內(nèi)可溶性糖和脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),并以此來緩解鹽堿對植株形成的水分滲透脅迫[20-22];二是增強(qiáng)酶促或非酶促抗氧化途徑的效率,從而有效清除產(chǎn)生的活性氧,減輕鹽堿脅迫形成的氧化毒害[23]。研究發(fā)現(xiàn),0.5 mmol/L抗壞血酸是提高鹽脅迫下黃芩幼苗抗鹽性的最適濃度[20],20 mg/L抗壞血酸對海水脅迫下油菜生長抑制的緩解效果最好[22];本試驗(yàn)中,高濃度抗壞血酸(1.5 mmol/L)對鹽堿脅迫下海濱錦葵生長抑制的緩解效果較低濃度(0.5 mmol/L)更好,可能是因?yàn)橹参锓N間差異與生理特性不同所導(dǎo)致,具體作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

3.2? ? 外源抗壞血酸對鹽堿脅迫下海濱錦葵植株離子富集與轉(zhuǎn)移的影響

在鹽脅迫下,細(xì)胞內(nèi)積累的活性氧能直接改變膜脂和膜蛋白的結(jié)構(gòu)[24],進(jìn)而影響膜的透性及對離子的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)。噴施外源抗壞血酸可提高植株體內(nèi)抗氧化酶活性,可有效清除活性氧,降低膜質(zhì)過氧化傷害,保持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性[21,25],在一定程度保持植株對離子的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn),提高其鹽堿耐受性。本試驗(yàn)中,外源抗壞血酸對不同鹽堿土中海濱錦葵根、莖、葉Na+富集與Na+轉(zhuǎn)運(yùn)的影響存在差異,有的表現(xiàn)為促進(jìn),部分存在抑制。這應(yīng)該與鹽堿土類型有關(guān),其鹽分種類及鹽分配比存在差異,導(dǎo)致鹽堿土間化學(xué)性質(zhì)不同,從而對海濱錦葵形成的脅迫危害存在差異;同時(shí),不同濃度的外源抗壞血酸清除海濱錦葵體內(nèi)活性氧、保護(hù)細(xì)胞膜完整的能力不同,從而導(dǎo)致外源抗壞血酸對海濱錦葵鹽堿脅迫植株的Na+富集與Na+轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控效應(yīng)存在差異性。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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