刘志萍，李琲琲，薛海楠，张凤英，包海柱，王 聪，徐寿军

(1.内蒙古农牧业科学研究院作物所，内蒙古呼和浩特 010000； 2.内蒙古民族大学农学院， 内蒙古通辽 028043)



NaCl胁迫对大麦籽粒抗坏血酸-谷胱甘肽循环的影响

刘志萍1，李琲琲2，薛海楠2，张凤英1，包海柱1，王 聪2，徐寿军2

(1.内蒙古农牧业科学研究院作物所，内蒙古呼和浩特 010000； 2.内蒙古民族大学农学院， 内蒙古通辽 028043)

摘要：为探讨NaCl胁迫对大麦籽粒抗坏血酸(AsA)-谷胱甘肽(GSH)循环的影响，以耐盐品系11pj-173和盐敏感品系11pj-033为试验材料，研究了不同浓度NaCl胁迫下，大麦籽粒灌浆期AsA-GSH循环的变化规律。结果显示，随着NaCl胁迫天数的增加，2个大麦品系的H2O2含量均逐渐增加，但11pj-173较同期对照的增幅均小于11pj-033；抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性、AsA、氧化型抗坏血酸(DHA)、GSH、氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量以及AsA/DHA比值均呈先升后降趋势。11pj-173的GSH/GSSG比值呈先升后降的趋势，而11pj-033呈波状变化，即先升后降又略增。与同期对照比，11pj-173的APX和GR活性、AsA和GSH含量及AsA/DHA和GSH/GSSG的增幅均高于11pj-033，降幅均小于11pj-033；DHA和GSSG含量则与之相反，表明11pj-173籽粒在胁迫期间能够保持较高的AsA-GSH循环效率,可有效地抑制 H2O2的积累。

关键词：大麦；NaCl胁迫；抗坏血酸-谷胱甘肽循环

盐碱胁迫是影响大田作物生产的最大非生物胁迫之一。它严重影响作物的产量、品质和效益，并间接造成生态环境恶化。多年的盐碱地改良实践证明，通过种植耐盐碱作物既能改良土壤，又有一定的效益，是一种相对耗资少、见效快的盐碱地农业发展方向。大麦生育期短、抗旱、耐瘠薄、适应性强，可作为改良盐碱地的先锋作物。选育耐盐性强的大麦品种对于改良盐碱地、保护生态环境意义重大。作物的耐盐机理主要包括渗透调节、活性氧清除、盐胁迫蛋白合成和盐胁迫信号转导等方面内容。抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环作为活性氧清除机制的重要途径之一，能够有效清除植物体内的H2O2[1-2]。关于盐胁迫下植物AsA-GSH循环的研究，目前涉及的植物器官主要在叶片和根上，如刘正鲁等[3]研究了NaCl 胁迫对茄子嫁接幼苗叶片AsA-GSH循环的影响；马进等[4]分析了盐胁迫下紫花苜蓿突变体叶片AsA-GSH循环的变化；Ferreira-Silva等[5]探讨了盐胁迫对腰果叶片AsA-GSH循环的效应；Shalata等[6]阐述了盐胁迫下耐盐番茄根系AsA-GSH循环的变化规律。关于盐胁迫对植物籽粒AsA-GSH循环影响的研究鲜见报道，尤其是在大麦籽粒方面尚未见报道。本研究以大麦耐盐品系11pj-173和盐敏感品系11pj-033为材料，探讨NaCl胁迫对大麦籽粒AsA-GSH循环的影响，以期为大麦耐盐性种质资源筛选以及耐盐大麦新品种选育提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

供试品系为11pj-173和11pj-033，由内蒙古农牧业科学研究院提供。在此研究之前，对101个大麦品系(包括11pj-173和11pj-033)进行了苗期耐盐性筛选，结果表明，11pj-173较耐盐，11pj-033对盐胁迫较为敏感。

1.2试验设计

试验于2015年4月-10月在内蒙古民族大学农学院日光温室进行。选择饱满种子，播种于上口直径50 cm、下口直径35 cm、高35 cm的塑料盆中，每盆播种50粒，以蛭石为基质，出苗后间苗至每盆30株。试验设300 mmol·L-1NaCl浓度处理(ST)和 0 mmol·L-1NaCl浓度处理(CK)，3次重复，随机排列。2叶1心时开始浇营养液，每2 d浇1次，每盆浇液1.0 L。抽穗后，选取20株长势一致的植株标记。花后7 d，将相应质量的NaCl混合于1/4浓度日本园试营养液，进行NaCl胁迫处理，从NaCl处理之日起，每隔3 d 取样1次，连续取样6次，每次取2株标记植株的籽粒，放入-80 ℃冰箱中待测。

1.3测定项目及方法

H2O2含量参照林植芳等[7]的方法进行测定；抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性测定采用抗坏血酸氧化法[8-9]；谷胱甘肽还原酶(GR)活性采用NADPH氧化法测定[10]；脱氧抗坏血酸(AsA)含量测定采用BP显色法[11]；氧化型抗坏血酸(DHA)含量按照Zhang[12]的方法测定；总谷胱甘肽含量的测定采用DTNB显色法[13]；氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量按照Gossett等[14]的方法测定。还原型谷胱甘肽(GSH)含量=总谷胱甘肽含量-GSSG含量。

1.4数据统计与分析

试验数据使用DPS软件进行方差分析和差异显著性比较，用Microsoft Excel 2003进行数据计算、图表绘制。

2结果与分析

2.1NaCl胁迫对大麦籽粒H2O2含量的影响

随着NaCl胁迫天数的延长，2个大麦品系H2O2含量均呈上升趋势(图1)，但11pj-173平缓上升，11pj-033则急剧上升。与CK相比，盐胁迫下11pj-173的H2O2含量在盐胁迫后3～15 d增加13.70%～32.93%，其中盐胁迫后12～15 d与CK差异显著；11pj-033的H2O2含量增加23.17%～61.31%，除在盐胁迫后3 d外均与CK差异显著；11pj-173的H2O2含量较同期CK的增幅均高于11pj-033，表明11pj-033在NaCl胁迫下积累了较高的H2O2含量。

2.2NaCl胁迫对大麦籽粒APX活性的影响

盐胁迫下，2个大麦品系APX活性随着胁迫天数的延长均呈先升后降的趋势(图2)。11pj-173的APX活性在盐胁迫3～15 d显著高于CK，其中9 d时达最大值，较CK升高97.18%，然后与CK差异开始减小，18 d时已无显著差异。在盐胁迫处理15 d之前，11pj-033的APX活性显著高于CK，其中在6 d时达最大值，较CK升高35.40%，然后开始减小，至15 d时已显著低于CK。从盐胁迫后6 d开始，11pj-173的APX活性较CK的增幅均高于11pj-033，表明在NaCl胁迫下11pj-173相对于11pj-033能维持较高的APX酶活性。

CK1和ST1：11pj-173的CK和ST处理； CK2和ST2：11pj-033的CK和ST处理；*：P<0.05。下图同

CK1 and ST1:CK和ST treatments of 11pj-173； CK2和ST2:CK和ST treatments of 11pj-033；*：P<0.05. The same as in other figures

图1NaCl胁迫对大麦籽粒H2O2含量的影响

Fig.1Effect of NaCl stress on H2O2content in barley seeds

图2　NaCl胁迫对大麦籽粒APX活性的影响

2.3NaCl胁迫对大麦籽粒GR活性的影响

NaCl胁迫下，11pj-173和11pj-033的GR活性随着胁迫天数的延长均呈先升后降的趋势(图3)，且均在盐胁迫6 d时达最大值，较CK分别升高80.51%和29.92%；2个品系分别在15 d和12 d时开始低于CK，其中11pj-033与CK差异显著。11pj-173的GR活性较同期CK的增幅均高于11pj-033，降幅均小于11pj-033，且最大增幅出现的时间(胁迫后9 d)晚于11pj-033(胁迫后6 d)，表明耐盐品系11pj-173的GR活性在盐胁迫下受到显著诱导，能够保持较强的GR活性。

图3　NaCl胁迫对大麦籽粒GR活性的影响

2.4NaCl胁迫对大麦籽粒AsA、DHA含量及AsA/DHA比值的影响

NaCl胁迫下，11pj-173和11pj-033的AsA含量均呈先升后降的趋势(图4)，且分别在胁迫9 d 和6 d时达最大值，较CK分别升高103.51%和50.47%，差异均显著。11pj-173的AsA含量较同期CK的增幅均高于11pj-033，降幅均小于11pj-033，表明11pj-173在NaCl胁迫下维持较高的AsA含量。

图4　NaCl胁迫对大麦籽粒AsA含量的影响

由图5可知，无论是CK还是盐胁迫处理，同期11pj-033的DHA含量均高于11pj-173。各时期2个品系DHA含量在盐胁迫处理与CK间的差异均达显著水平。NaCl胁迫下，二者DHA含量均呈先升后降的趋势。11pj-173的DHA含量较同期CK的增幅均低于11pj-033，表明11pj-033在NaCl胁迫下积累的DHA相对较高。

图5　NaCl胁迫对大麦籽粒DHA含量的影响

由图6可知，NaCl胁迫下，11pj-173和11pj-033的AsA/DHA比值均呈先升后降的趋势，分别在盐胁迫9 和6 d时达最大值，11pj-173较CK升高16.61%，而11pj-033降低35.95%；在盐胁迫18 d时均降到最低。说明在NaCl胁迫下，11pj-173较11pj-033维持了相对较高的AsA/DHA比值。

图6　NaCl胁迫对大麦籽粒AsA/DHA比值的影响

2.5NaCl胁迫对大麦籽粒GSH、GSSG含量及GSH/GSSG比值的影响

NaCl胁迫下，2个大麦品系的GSH含量均呈先升后降的趋势(图7)。11pj-173和11pj-033均在盐胁迫9 d时达最大值，较CK分别升高41.40%和27.17%，然后都开始下降，到盐胁迫 18 d时都与CK无显著差异。可见在NaCl胁迫下相对于11pj-033，11pj-173籽粒中积累了较多的GSH，尤其在胁迫中后期。

图7　NaCl胁迫对大麦籽粒GSH含量的影响

图8　NaCl胁迫对大麦籽粒GSSG含量的影响

由图8可知，NaCl胁迫下，11pj-173和11pj-033的GSSG含量均先升后略降。11pj-173和11pj-033的GSSG含量均在盐胁迫15 d 时达到峰值，较CK分别增加53.27%和74.18%；亦在盐胁迫18 d时开始下降，但都仍较CK增加56.58%和61.35%。盐胁迫后11pj-173的GSSG含量较同期CK的增幅均低于11pj-033，表明11pj-033在NaCl胁迫下GSSG的相对积累量高于11pj-173。

NaCl胁迫下，11pj-173的GSH/GSSG比值呈先升后降的趋势(图9)，在盐胁迫6 d时达最大值，较CK升高8.38%，然后开始下降，在盐胁迫15～18 d时分别较CK降低28.80%和30.95%；11pj-033的GSH/GSSG呈波状变化，即先升后降又略升，在盐胁迫3～18 d时比CK降低13.96%～46.64%。这表明11pj-173在NaCl胁迫下能维持较高的GSH/GSSG比值。

图9　NaCl胁迫对大麦籽粒GSH/GSSG比值的影响

3讨 论

抗坏血酸是植物体内一个主要代谢物,90%以还原态(AsA )存在。脱氢抗坏血酸(DHA )是AsA的氧化形式,DHA 可在脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR )的作用下还原成AsA。生物体中存在两种形式的谷胱甘肽,一种是还原型谷胱甘肽(GSH ),另一种是氧化型谷胱甘肽(GSSG)。AsA 和GSH的代谢途径AsA-GSH 循环系统在植物抵抗氧化胁迫、清除活性氧(ROS)方面具有重要作用,二者含量的高低与植物的抗逆性密切相关; 而抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、谷胱甘肽还原酶(GR)等是植物AsA-GSH 氧化还原途径中重要的酶组分,对促进AsA 和GSH 的再生、维持AsA-GSH 循环运转具有重要作用。

研究表明，在AsA-GSH循环中,AsA含量、氧化还原状态(AsA/DHA)比值与抗逆性呈正相关[15]。植物细胞内GSH/GSSH比值和GSH含量是评价AsA-GSH循环运行效率高低的重要因素[4]。迄今，关于低温[16]、干旱[17]胁迫对植物AsA-GSH循环的影响方面的研究较多。刘玉凤等[18]研究表明，夜间低温胁迫增加番茄叶片 AsA-GSH 循环中抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR) 、谷胱甘肽还原酶(GR) 的活性,并提高还原型抗坏血酸(AsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG) 的含量。单长卷等[19]研究了黄土高原冰草叶片抗坏血酸和谷胱甘肽合成及循环代谢对干旱胁迫的生理响应机制，结果表明，随着干旱胁迫时间的延长,叶片的抗坏血酸和谷胱甘肽合成及循环代谢酶活性及其物质含量在中度干旱胁迫下基本呈上升趋势。但在严重干旱下,合成及循环代谢相关酶活性和物质含量在干旱胁迫前期呈上升趋势，而在干旱胁迫后期呈下降趋势。干旱胁迫下冰草叶片的AsA/DHA和GSH/GSSG均显著低于CK,中度干旱的AsA/DHA和GSH/GSSG均显著高于严重干旱。

在盐胁迫方面，王 聪等[20]对耐盐性不同的两个菜用大豆品种籽粒的过氧化氢(H2O2)含量及抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA- GSH)循环进行了研究，结果显示，耐盐品种籽粒中抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性,AsA、GSH含量以及AsA/DHA 值和GSH/GSSG 值的增幅高于同期的盐敏感品种,或降幅低于同期的品种; 脱氢抗坏血酸(DHA)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量的增幅低于同期的盐敏感品种。马 进等[4]的研究表明，盐胁迫下紫花苜蓿突变体叶片在胁迫期间能够保持较高的APX、DHAR、MDHAR和GR活性、非酶抗氧化物质AsA和GSH含量及GSH/GSSG比值,从而使其AsA-GSH循环能够快速有效地运转,促进了AsA和GSH的再生,进而维持了较强的氧化还原力和高水平的抗氧化物质,研究结果进一步明确了AsA-GSH循环效率是紫花苜蓿耐盐机制的重要生理基础。

本研究结果显示，随着NaCl胁迫天数的增加，2个大麦品系的H2O2含量均逐渐增加，但11pj-173较同期CK的增幅均小于11pj-033； APX与GR活性、AsA、DHA、GSH、GSSG含量均呈先上升后下降的趋势。其原因是在一定范围内，随着NaCl浓度的增加，受到显著诱导的大麦APX与GR活性、AsA、DHA、GSH、GSSG含量逐渐增强，直至达到峰值。随着NaCl浓度的进一步增加，这些指标开始受到抑制并逐渐降低。2个大麦品系的AsA/DHA比值均呈先升后降的趋势。11pj-173的GSH/GSSG比值呈先升后降的趋势；11pj-033呈波状变化即先升后降又略增。与同期CK比，11pj-173的APX与GR活性、AsA与GSH含量以及AsA/DHA和GSH/GSSG的增幅均高于11pj-033，降幅均小于11pj-033；DHA和GSSG含量则与之相反，表明11pj-173籽粒在盐胁迫期间能够保持较高的 AsA-GSH循环效率,可有效地抑制 H2O2的积累。这可能是其耐盐性较强的重要原因之一。

进一步的相关分析表明，H2O2含量与DHA和GSSG含量呈显著正相关，与APX和GR活性、AsA/DHA比值、GSH含量、GSH/GSSG比值呈极显著负相关，进一步表明AsA-GSH循环在减轻NaCl胁迫引起的大麦籽粒过氧化伤害过程中发挥了重要作用。

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收稿日期：2015-12-27修回日期：2016-02-06

基金项目：内蒙古自然科学基金项目(2014MS0369)；内蒙古自治区科技计划项目；内蒙古自治区“草原英才”工程项目；内蒙古民族大学研究生科技创新项目(NMDSS1430)

通讯作者：徐寿军(E-mail:shoujun-xu@163.com)

中图分类号：S512.3；S311

文献标识码：A

文章编号：1009-1041(2016)06-0736-06

Effect of NaCl Stress on Antioxidant System and Ascorbate-glutathione Cycle in Barley Seeds

LIU Zhiping1,LI Beibei2,XUE Hainan2，ZHANG Fengying1,BAO Haizhu1,WANG Cong2,XU Shoujun1

(1.Institute of Agronomy,Inner Mongolia Academy of Agricultural Sciences,Huhhot,Inner Mongolia 010031，China;2.Colleg of Agronomy,Inner Mongolia University for Nationalities,Tongliao,Inner Mongolia 028043,China)

Abstract:The changes of antioxidant enzyme activity and ascorbate glutathione cycle were studied in barley seeds with salt tolerant cultivar(11pj-173) and salt sensitive cultivar(11pj-033) as experimental materials.The results showed that the H2O2 content increased gradually with the increase of NaCl stressed days.Compared with the control at same period,the H2O2 content increase magnitude of 11pj-173 was less than 11pj-033’s; The activity of GR and APX,the content of AsA,DHA,GSH and GSSG,and the ratios of AsA/DHA increased at first and then decreased;The GSH/GSSG ratios of 11pj-173 increased at first and then decreased,and the GSH/GSSG ratios of 11pj-033 showed a wavy change. Compared with the control at same period,the increase magnitude of APX and GR activity,AsA and GSH content,AsA/DHA and GSH/GSSG ratios of 11pj-173 was more than 11pj-033’s,and its reduced amplitude was less than 11pj-033’s; The content of DHA and GSSG was the opposite. These results indicate that 11pj-173 could maintain efficient metabolism of AsA-GSH cycle during the strss period,and further maintain lower H2O2 accumilation.

Key words:Barley；NaCl stress；Ascorbate-glutathione cycle

网络出版时间：2016-05-30

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160530.1536.014.html

第一作者E-mail：lllzp2004@126.com