NaCl胁迫对向日葵种子萌发的影响

NaCl胁迫对向日葵种子萌发的影响 第30卷第11期2011年11月种子(Seed)Vo1.30No.11Nov.2011 NaC1胁迫对向日葵种子萌发的影响 刘海学.张冬梅,丁学稳.,孙长霞.王瑞 (1.天津农学院,天津300384;2.内蒙古民族大学农学院,内蒙古通辽028042 3.天津优诚国际贸易有限公司,天津300171) 摘要:通过对盆栽3个品种向日葵进行3种浓度的中性盐胁迫处理,研究了NaC1 胁迫对向日葵种子萌发的影响.结果 表明:随着NaC1胁迫强度的增加,各品种出苗时间有所延迟,出苗率下降,幼苗苗 高和叶片数等均受到影响,NaC1浓度 为0.2mol/L时严重影响向日葵幼苗生长.在抗氧化保护酶活性变化方面,康地5号 POD,CAT活性变化较2603和 KWS203快,而SOD活性上升更明显. 关键词:向日葵;盐胁迫;幼苗生长;抗氧化酶;酶活性 中图分类号:S565.5文献标志码:A文章编号:1001—4705(2011)l1-0024-04 EffectofSaltStressonSeedGerminationofSunflower LIUHai-xue,ZHANGDong.mei,DINGXue-wen,SUNChang-xia,WANGRui (1.TianjinAgriculturalUniversity,Tianjin300384,China; 2.CollegeofAgronomyInnerMongoliaUniversityforNationalitiesTongliao028042,China; 3.TianjinYouchenginternationaltradingCO.,LTD,Tianjin300171,China) Abstract:Threevarietysunflowerswasstressedbythreeconcentrationofneutralsalttostudyt heeffectofsalt stressonseedgermination.Theresultshowedthat:WiththeconcentrationofNaC1increasing ,emergence timedelayedandemergenceratereduced,seedlingheightandnumberofleaveswereaffectedobviouslyby NaC1stress.NaClconcentrationof0.2mol/Lwouldlimitthegrowthofseedlingseriously.Ac tivitiesofPOD, CATofKangdi5increasedmoresignificantlythantheothers,andtheactivityofSODincrease dthemostsig- nificantly. Keywords:sunflower;saltstress;seedlinggrowth;antioxidantenzymes;enzymeactivity 向日葵是植物油脂和蛋白质的重要来源,在有效 供给油脂和蛋白质,改善食物结构,促进养殖业和加工 业发展等方面起重要作用.向日葵(且annumL.)不 仅是世界重要油料作物,也是我国新疆,内蒙古,甘肃 等北方省区的主要油料作物,在未来能源开发和种植 结构调整过程中具有重要经济意义. 盐胁迫对植物的影响主要表现在渗透胁迫和离子 胁迫效应方面,植物体内几乎所有的生命活动都会不 同程度地受到盐胁迫效应的影响.植物对盐胁迫的适 应性反应是一个复杂的综合性反应?J,它往往与植物 的形态解剖结构,生理生化的变化都是紧密联系的. 在盐分胁迫下,植物通过吸收累积各种离子和合成积 累可溶性有机物,如含N化合物(脯氨酸等)和糖类及 其衍生化合物等来调节细胞内渗透压达到适应环境的 收稿日期:2011—06—19 基金项目:天津农学院博士启动基金. 作者简介:刘海学(1965一),男,内蒙古通辽人;研究员,博士,主要从事 生物化学与分子生物学研究. ? 24? 目的].这些相溶性物质可以维持细胞膨压,而且能 稳定细胞中酶分子的活性构象,保护酶免受盐离子的 直接伤害_3J.正常条件下由于植物体内活性氧清除 系统的作用,细胞内活性氧含量处于动态平衡状态,因 此,不会引起对植物的伤害.植物细胞中活性氧的清 除,主要是通过有关酶和抗氧化物质,细胞保护酶主要 有超氧化物歧化酶(SOD),过氧化物酶(POD),过氧 化氢酶(CAT)等J,一般认为,保护酶SOD,POD,CAT 的活性越高,植物的抗逆能力越强. SOD是植物处于逆境中产生的最重要的抗氧化 酶,它可以及时清除自由基和活性氧,提高组织的抗氧 化能力.同时他可以和POD,CAT协同作用防御活性 氧或其他过氧化物对膜系统的伤害,SOD活性大小与 植物体的抗性密切相关;POD主要与CAT共同作用 以消除SOD产生过量的过氧化氢,使过氧化氢维持在 一 个较低的水平.POD通过催化其他底物与过氧化 氢反应以消耗过氧化氢;CAT能消除细胞内过多过 氧化氢,维持其一个低水平保护膜的结构.因此, 研究报告刘海学等:NaC1胁迫对向日葵种子萌发的影响 植物体内存在CAT是保护自身免受活性氧自由基毒 害的关键.本研究通过对NaCI胁迫下的3个品种向 13葵幼苗生长及生理特性的研究,探寻向13葵不同品 种间的耐盐性差异,为筛选优良的耐盐品种,解决土壤 盐渍化问题,提高向日葵的产量和品质提供理论依据. 1材料与 1.1材料 供试向13葵材料分别为2603,KWS203和康地5 号,其中2603由天津大学农业与生物工程学院季静教 授提供,其余2个由内蒙古通辽市种子公司提供. 1.2方法 1.2.1供试材料的培养和处理 土样取自内蒙古民族大学农学院实验农场,经测 定其pH值为8.0,含水量为16%.试验用NaC1处理 浓度分别为0.00,0.05,0.10,0.20mol/L.栽种花盆 口径22em,底茎14em,高16CITI,每盆装土2kg,每个 花盆栽种20株,每个处理60株,重复3次.每隔3d 定时,定量按预定盐浓度浇灌1次处理液,处理液为 200ml,整个试验在全玻璃温室中进行. 1.2.2调查项目与测定方法 定期观察记录各向日葵品种的生长状况,以子叶 完全出土为出苗,记录出苗率,30d后测定幼苗苗高, 叶片数和茎粗,算出平均数.计算相对苗高(处理苗 高/对照苗高×100%),相对叶片数(处理叶片数/对 照叶片数×100%),相对茎粗(处理茎粗/对照茎粗× 100%);6周后,取0.15g植物组织(全株)进行相关 生理指标测定,重复3次.超氧化物歧化酶活性的测 定参照邹奇编的《植物生理学实验指导》,采用核黄 素NBT法,以抑制氯化硝基氮蓝四唑(NBT)光化还原 50%为一个酶活性单位.过氧化物酶活性的测定参照 张宪政编的《植物生理学实验技术》,采用愈伤木酚 比色法.过氧化氢酶活性的测定参照邹奇?..编的《植 物生理学实验指导》,采用紫外分光光度法.统计分 析采用SPSS13.0软件进行方差分析和差异显着性 测验. 2结果与分析 2.1NaC1胁迫对向日葵出苗率的影响(图1) 在NaC1的胁迫下,3个向日葵品种的出苗时间有 所延迟,且出苗率随着NaCl浓度的增加而下降,在 NaC1浓度小于0.1mol/L时,不同品种出苗率的变化 不太大,范围在90%一100%.当NaC1浓度达到0.2 mol/L时,各品种的出苗率都显着降低,最高的也只有 60%.方差分析表明,出苗率在较低NaC1浓度下与对 照间未达到显着差异水平,而在较高浓度下显着低于 对照.说明较低浓度NaC1(0.05—0.1rnol/L)的胁迫 对品种的出苗率影响较小,如果NaC1浓度高于0.2 mol/L时,对向13葵葵的出苗有着明显的抑制作用. ^ u 褂 牟匝 习 O0.05O.1O.2 ?cI浓度(moI/L) 图1NaC1胁迫下向日葵的出苗率(%) 2.2NaC1胁迫对向日葵相对苗高的影响(图2) 培养30d后测量结果表明,随着NaC1浓度的增 加,3个品种向日葵相对苗高呈下降趋势,当NaC1浓 度为0.1mol/L时,3个向日葵品种的相对苗高都下降 至65%以下,NaC1浓度达到0.2mol/L时,苗高受到 严重抑制,3个向日葵品种中,2603的相对苗高为 18.8%,KWS203为21.9%,康地5号相对苗高为 26.8%.由图还可以看出,康地5号比其它2个品种 具有较强耐受性. ^ V {咂 姐 靛 罂 羹1?l(1Is203If口康地5号 l!竺1 L 羹 . 篓舔 0O.O5O.10.2 NaCl浓度(moI/L) 图2NaC1胁迫下向日葵的相对苗高(%) 2.3NaCI胁迫对向日葵相对茎粗的影响(图3) ^ 囊 棚 靛 00.050.10.2 NaCf浓度(moI/L) 图3NaC1胁迫下向日葵的相对茎粗(%) ? 25? ?旨;???柏{;}?0?旨;???柏?竹O???砷????毛己O 第30卷第11期2011年11月种子(Seed) 随着NaC1浓度的的升高,3个向日葵品种的相对 茎粗呈下降状态,但下降的幅度不是很大,当NaC1浓 度为0.1mol/L和0.2mol/L时,各品种向日葵的相对 茎粗都分别在90%和80%以上,可见茎粗受NaC1胁 迫的影响小于其它性状. 2.4NaC1胁迫对向日葵相对叶片数的影响(图4) 随着NaC1浓度的增加,各向13葵品种的相对叶片 数也逐渐降低,但康地5号的耐受性要比其它2个品 种好.当NaC1浓度为0.05—0.1mol/L时,3个向13 葵品种的相对叶片数为67.2%,81.2%.当NaC1浓 度为0.2moL/L时,3个向日葵品种相对叶片数为 17.8%,22.3%, 一 辍 言 葭 骤 I一弱1PIl口康地s号l口2603羹_I袁L蓬 r 蜜 .蛩簧?寥 00050.1O.2 NaCI浓度(moI/L) 图4NaCI胁迫下向日葵的相对叶片数(%) 2.5NaC1胁迫对向日葵幼苗SOD活性的影响(图5) 由图5看出,康地5号随着盐处理浓度的增大, SOD活性也显着上升,与对照相比较,康地5号在各个 盐浓度处理下,SOD活性分别上升了19.8%,60.3%, 80.6%.而2603和KWS203的SOD活性先缓慢上升 然后又下降.在0.2mol/LNaC1处理下,康地5号 SOD活性比2603,KWS203分别高46.3%,46.1%,由 此看出康地5号耐盐性强. ^ 加 V 烬 凸 宕 00.O50.1O.2 NaCl浓度(mol/l_) 图5NaC1胁迫下3个品种向El葵SOD活性变化 2.6NaC1胁迫对向日葵幼苗POD活性的影响(图6) 由图6看出,3个品种向日葵随着NaCI处理浓度 的增加,2603和KWS203两品种POD的活性变化较 缓慢,而康地5号在0.20mol/L时,过氧化物酶活性 ? 26? 较0.10mol/L时显着增加.在对照中,康地5号过氧 化物酶活性比2603,KWS203分别低26.0%,32.8%; 在0.20mol/L时比2603,KWS203分别高54.4%, 43.9%.也说明康地5号耐盐性较强. 0.050.1O.2 NaCl浓度(mol/L) 图6NaCI胁迫下3个品种向日葵POD活性变化 2.7NaC1胁迫对向日葵幼苗CAT活性的影响(图7) 由图7看出,康地5号在不加中性盐NaCI的情况 下,过氧化氢酶活性较2603,KWS203分别低68.3%, 62.2%,而康地5号在0.20mol/L盐浓度处理下,过 氧化氢酶活性较2603,KWS203分别高46.7%, "14.7%,显然与2603,KWS203相比,康地5号具有较 强的耐盐性. 一 ?一 E ? \ 己 烬 I-- 《 0 0.O5O.10.2 NaCI浓度(mol/L) 图7NaC1胁迫下3个品种向Et葵CAT活性变化 3讨论 3.1NaC1胁迫对向日葵幼苗生长的影响 对于大多数盐环境中的植物来讲,种子能否正常 萌发取决于环境的水势?J.种子从外界吸收足够 的水分后,就促使胚细胞中贮存的蛋白质和RNA活 化,合成萌发所需各种酶和结构蛋白ll,进而完成 细胞分裂分化及胚生长.盐胁迫普遍抑制种子萌发, 低水势是其主要限制因素?.种子的发芽速度取决 于种子的吸水速度,当外界溶液浓度不高于0.4mol/L (相当于2.3%)时,种子能从外界吸水,但速度很 慢?,进而影响出苗时间.本试验中,向日葵盐胁迫 组中0.05—0.1mol/L的出苗情况主要表现为出苗延 迟,但出苗率及成苗率的差异并不显着.当盐胁迫进 一 步增强后,不仅表现代谢缓慢,出苗延迟,而且出苗 864208642O ^\3v掣忸盘0 ?????柏?加m0 8642O8642O O0OOOO加协 研究报告刘海学等:NaCl胁迫对向日葵种子萌发的影响 率及成苗率均明显下降.其原因可能是盐胁迫除使种 子的吸水速度变慢外,还造成其在吸胀过程中膜修复 困难,甚至加剧膜结构的破坏,导致种子内大量溶质的 外渗?以及外界环境中毒害离子(Na)的进入,随着 盐浓度的增加和胁迫时间的延长,盐胁迫的危害性就 表现得越明显,最终影响到种子的萌发及幼苗的存活. 不同向日葵品种对盐胁迫的耐受能力是不一样 的,所以向日葵育种过程中不能单看产量,品种的抗逆 性也是重要指标之一.从试验中幼苗生长状况看,新 疆5号的耐受性要好于其它2个向日葵品种,KWS 303的表现其次.通过对各种性状的分析表明:相对 茎粗受NaC1胁迫的影响较小,当NaC1的浓度为0.2 mol/L时,各品种相对茎粗都在80%以上,而相对苗 高,相对叶片数,相对鲜重却明显降低,说明后者受 NaC1胁迫的抑制比较明显. 3.2NaC1胁迫对向日葵幼苗生长的影响 盐分胁迫可直接或间接地引起植株一系列代谢功 能的变化,通过这些变化调节植株对环境的适应. SOD,POD和CAT活性是细胞抵御活性氧伤害保护酶 系统的主要组成部分,在清除自由基和阻止自由基形 成方面起重要作用?9'.另外,POD,CAT和SOD是 植物体内的保护酶系统,它们相互协调,共同协作,清 除膜脂过氧化作用产生的MDA,最终达到保护膜结构 的作用.本研究表明:一定范围内NaC1浓度的 增大会促进向日葵幼苗保护性酶活性的增强,但超过 0.2mol/L时,NaC1胁迫会对2603和KWS203向日葵 的酶活性造成伤害. 4结论 通过对3个品种向日葵幼苗生长及抗氧化酶活性 的研究可以推断,中性盐NaC1胁迫对康地5号向日葵 伤害较轻,而对2603向日葵和KWS203向日葵伤害 比较严重,2603向日葵和KWS203向Et葵伤害程度相 差不大. 参考文献: [1]王学征,韩文灏,于广建.盐分胁迫对番茄幼苗生理生化指 标影响的研究[J].北方园艺,2004(3):48—49. [2]陈立松,刘星辉.果树逆境生理fM].北京:中农业出版 社,2003:217—256. [3]许祥明,叶和春,李国凤.植物抗盐机理的研究进展[J].应 用与环境生物,2000(6):379—387.. [4]蒋明义.渗透胁迫诱导水稻幼苗的氧化伤害[J].作物, 1994,20(6):734—738. [5]龚吉蕊,张立新,赵爱芬,等.油蒿抗旱生理生化特性研究初 报[J].中国沙漠,2002,22(4):387—392. [6]王荣华,石雷,汤庚国,等.渗透凋节对蒙古冰草幼苗保护没 系统的影响[J].植物学通报,2003,20(3):330—335. [7]桂莲.氯化钠和氢氧化钠对枸杞的胁迫效应[J].干旱地区 农业研究,2004,622(2):100—104. [8]邹奇.植物生理学指导[M].中围农业}{J版社,2000:161— 162. [9]张宪政.植物生理学实验指导fM].沈阳:辽宁科学技术出 版社,1994:99—100. [10]王邦锡,黄久常,王辉.不同植物在不同水分条件胁迫下脯 氨酸的积累与抗性的关系[J].植物生理,1992,15 (1):46—51. 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