水杨酸对Na2CO3胁迫下铁皮石斛幼苗生理特性的影响

2019-03-03史俊杨鹤同徐超席刚俊赵菊润

江苏农业科学 2019年23期

史俊杨鹤同徐超席刚俊赵菊润

摘要：以铁皮石斛为材料，设置Na2CO3（50 mmol/L）胁迫和外源水杨酸（SA）处理（0～5 mmol/L）试验，通过测定铁皮石斛各项生理指标，研究水杨酸（SA）对铁皮石斛幼苗耐盐碱性的效应。结果表明，在Na2CO3胁迫环境下，随时间延长，铁皮石斛可提高有机渗透调节物质（可溶性蛋白、脯氨酸）含量和抗氧化保护酶（过氧化岐化酶、过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶、过氧化氢酶）活性应对胁迫，不同浓度水杨酸均可进一步提升各项生理指标水平，保证叶绿素的正常合成和根系活力，降低细胞膜质过氧化伤害，提高铁皮石斛抗盐碱的能力，综合来看，以喷施3.0 mmol/L SA效果最佳。

关键词：铁皮石斛;抗盐碱性;水杨酸;生理指标;有机渗透调节物质;抗氧化保护酶

中图分类号： S567.23+9.01 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）23-0176-05

铁皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）為兰科石斛属多年生草本植物，属国家二级保护植物，具有益胃生津、滋阴清热、抗衰老、抗肿瘤、降血糖、提高免疫力等功效[1-4]。由于长期毁灭性采挖与生存环境破坏，野生资源濒临灭绝，通过人工手段繁殖和栽培铁皮石斛是满足市场需求和保护野生铁皮石斛资源的主要手段。目前，全球气候不断变暖，土壤盐碱化越来越严重，水体盐碱性也越来越严重，pH值偏高，铁皮石斛栽培虽多采用无土栽培，不与土壤直接接触，但灌溉用水一般采用地表水或地下水直接浇灌，水源中较高的盐碱性常常会阻碍铁皮石斛生长，造成僵苗或导致死亡。因此，研究铁皮石斛的耐盐碱机理及提高其抗盐碱性的措施，对铁皮石斛产业的可持续化生产有重要的意义。

水杨酸（SA）是植物体内的一种小分子酚类化合物，也是一种重要的内源激素，参与植物的多种生理活动的调节[5]，对植物抗逆性具有重要作用[6-7]，是植物系统获得性抗性的重要诱导因子，以往对SA的研究更多集中在抗病性方面，Raskin研究发现，SA及其类似物能诱导植物产生抗盐性状[8]。近些年来，许多学者研究了SA提高黄瓜、玉米、小麦、荞麦等多种作物抗盐性的效果和生理机制[9-14]，但多采用中性盐进行研究，有关SA在提高植物抗碱性盐胁迫方面的研究鲜有报道，因此本研究以铁皮石斛2年生幼苗为材料，通过喷施不同浓度SA，研究SA对碱性盐（Na2CO3）胁迫下铁皮石斛叶绿素、丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）、可溶性蛋白含量，保护酶活性及根系活力等生理指标的影响，为选择适宜浓度的水杨酸、提高铁皮石斛抗盐碱性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

铁皮石斛组培苗温室中盆栽种植1年，选择生长一致、株高15 cm左右的组培苗作为试验材料，由江苏农林职业技术学院中药材种植基地提供。

1.2 试验方法

1.2.1 材料处理 2016年6月在江苏农博园温室大棚内以50 mmol/L Na2CO3溶液（pH值为10.8）浇灌铁皮石斛幼苗根部，频率为1次/d，浇灌结束分别用不同浓度SA溶液及时均匀喷施叶片正反面，至溶液欲滴为度，SA浓度分别为0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mmol/L，即标记为CK、S1、S2、S3、S4、S5，每处理3次重复，每个重复5盆苗。

1.2.2 生理指标测定分别于处理后0、5、10 d对每个处理随机选取6株苗，剪取叶片，去除粗大的主叶脉，测定叶绿素、可溶性蛋白、MDA、Pro含量以及超氧化物岐化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性，剪取根尖测铁皮石斛根系活力。MDA含量测定采用硫代巴比妥酸法[15]，游离Pro、可溶性蛋白含量测定参照高俊凤[16]的方法，根系活力测定采用TTC法[17]，SOD、POD、CAT、APX活性及叶绿素含量采用苏州科铭生物技术有限公司提供的试剂盒测定。

1.3 数据分析

采用SPSS统计软件对数据进行分析，采用Excel软件作图。

2 结果与分析

2.1 SA对Na2CO3胁迫下铁皮石斛叶绿素含量的影响

叶绿素（叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素）含量能够反映光合作用的能力。由表1可以看出，当用Na2CO3对铁皮石斛进行胁迫时，SA短时间处理（5 d）的铁皮石斛叶绿素（叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素）含量出现较大程度的降低，但随着处理时间的延长，铁皮石斛叶绿素（叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素）含量有所上升，说明铁皮石斛对Na2CO3的胁迫有一定的逐步适应能力。当用不同浓度SA喷施受胁迫铁皮石斛苗时，短时间（5 d）可以有效缓解Na2CO3对铁皮石斛的胁迫，虽然各处理总叶绿素含量分别比处理前低40.9%、6.3%、36.8%、18.6%、17.7%、35.1%，但均高于CK;随着处理时间的延长（10 d），不同处理中总叶绿素含量出现了分化，但大部分处理低于处理前（0 d）的水平，处理5、10 d时，S3处理总叶绿素含量都达到较大值，与其他处理呈显著差异，特别是处理10 d时，S3处理总叶绿素含量甚至高于处理前（0 d）的水平。

2.2 水杨酸对Na2CO3胁迫下铁皮石斛脯氨酸和可溶性蛋白含量的影响

可溶性蛋白和脯氨酸都是植物体在逆境下调节细胞渗透势的调节物质，能够增强植物对逆境的抵抗力。从图1可知，在SA短时间（5 d）处理下，受胁迫铁皮石斛可溶性蛋白含量出现了下降，但随处理时间的延长（10 d），可溶性蛋白含量提高，喷施不同浓度的SA均能有效提高可溶性蛋白含量。处理5 d时，S3处理可溶性蛋白含量达到最高，与其他处理呈显著差异，继续喷施不同浓度SA至10 d时，所有处理可溶性蛋白含量均达到一定水平，各处理间差异不显著。与可溶性蛋白含量不同，随着胁迫时间的延长，脯氨酸含量呈现快速上升的趋势（图2），喷施不同浓度的SA有利于促进植株体内脯氨酸含量的提高，在处理5、10 d时，S3处理的脯氨酸含量都达到最大值，并与CK差异显著（P<0.05）。

2.3 水杨酸对Na2CO3胁迫下铁皮石斛MDA含量的影响

MDA作为膜脂过氧化过程中的主要产物之一，其含量的变化可反映细胞膜脂损伤程度。由图3可知，随着胁迫时间的延长，植株体内MDA含量大体呈现上升趋势，在同一处理时间内，MDA含量随水杨酸浓度提高大体呈现先下降后上升的趋势，在处理5 d时，除S5处理外，其余处理MDA含量均低于对照，其中S3处理MDA含量最低，仅为0.4 μmol/g，与对照和S5处理差异显著;当处理10 d时，除S1处理，其余处理MDA含量也均低于对照，其中S2和S3处理MDA含量较低。由此可见，S2和S3处理均能有效减轻细胞膜结构的损伤，提高铁皮石斛的抗盐碱性。

2.4 水杨酸对Na2CO3胁迫下铁皮石斛保护酶活性的影响

植物体内存在的SOD、POD、APX、CAT等抗氧化酶系，对清除植物体内的过量活性氧、维持活性氧的代谢平衡、防御膜脂过氧化等方面起到积极地作用，SOD是植物体内清除活性氧的重要细胞保护酶，其活性反映植物對逆境胁迫的适应能力。从图4可以看出，Na2CO3胁迫下的铁皮石斛幼苗SOD活性随处理时间延长呈先上升后略微下降的趋势;在同一处理时间内，SOD活性随喷施SA的浓度总体呈先上升后下降的趋势，并且所有处理SOD活性均高于CK。处理5 d时，SOD活性基本达到最大，其中S1和S2处理SOD活性较高，分别比CK高95.9%和159.8%，并与CK差异显著。说明SA可以提高Na2CO3胁迫下铁皮石斛叶片中的SOD活性，提高铁皮石斛的抗盐碱性。

POD是植物体内广泛存在的一种呼吸酶，一定程度上反映植物的代谢活力。POD活性越高，植株体内代谢越旺盛，其抗逆能力就越强。从图5可以看出，铁皮石斛受到Na2CO3胁迫初期，POD活性受到了很大抑制，但随着胁迫时间的延长，铁皮石斛对Na2CO3胁迫产生一定的适应，POD活性有一定的恢复。处理5 d时，所有处理POD活性都高CK，并且S2处理最高，与其他处理差异显著;处理10 d时，S3处理POD活性达到最高，并与其他处理呈显著差异。由此可见，喷施一定浓度的水杨酸可以有效解除Na2CO3胁迫时铁皮石斛POD活性受到的抑制，并在一定程度上提高POD活性。

CAT是植株逆境胁迫下的主要响应因子之一。从图6可以看出，随着处理时间的延长，CAT活性呈现上升趋势。处理5 d时，S2处理CAT活性最高，但与CK处理差异不显著，S4、S5处理CAT活性低于CK;但当处理10 d时，所有处理CAT活性均高于CK，S4处理达到最大值，与其他各处理呈显著差异。

APX是植物清除活性氧的重要抗氧化酶之一，也是抗坏血酸代谢的关健酶之一。从图7可见，Na2CO3胁迫对铁皮石斛APX活性有较强的抑制作用，并且在较长的处理时间内，铁皮石斛无法有效缓解这种抑制作用，喷施SA后，各处理APX活性均高于CK，并随着处理时间的延长，各处理APX活性呈上升趋势，在同一处理时间内，APX活性随SA浓度的提高大体呈现先上升后下降的趋势，S3处理在处理10 d时达到最大，并与其他各处理呈差异显著。

2.5 水杨酸对Na2CO3胁迫下铁皮石斛根系活力的影响

植物根系是活跃的吸收器官和合成器官，根的生长情况和活力水平直接影响地上部营养状况及产量水平。铁皮石斛在受到Na2CO3胁迫时，根系活力会受到抑制，结果如图8所示。在处理后5 d时，铁皮石斛所有处理根系活力都出现了下降，其中CK处理根系活力仅为31.64 mg/（g·h），较处理前，根系活力下降了53.5%，其他处理也分别下降了11.0%、7.8%、6.9%、22.8%和3.6%，下降幅度显著小于CK，但各处理之间无显著差异;当处理10 d时，CK根系活力得到一定程度的恢复，达到61 mg/（g·h），但仍略低于处理前根系活力，其他处理根系活力均高于处理前，分别提高了42.4%、25.7%、41.3%、21.4%和9.0%，均与CK差异显著，其中S1和S3处理根系活力较高，分别达到97.0、96.2 mg/（g·h），并与S5处理差异显著。由此可见，铁皮石斛在受到Na2CO3胁迫初期，根系活力受到较大的抑制，但随着胁迫时间的延长，铁皮石斛的根系逐步适应胁迫环境，根系活力有一定程度的提高，水杨酸有效缓解铁皮石斛受胁迫初期时根系活力受到的抑制，并在进一步的处理中有提高根系活力的作用。

3 讨论

偏碱性水源对铁皮石斛是盐害与碱害并存，生长在碳酸盐条件下，铁皮石斛除了要忍受Na+胁迫外，还要对抗水中的

高pH值所造成的胁迫，中性盐胁迫作用并不能代表真实情况。考虑到上述原因，本试验通过对碱性盐（Na2CO3）胁迫下铁皮石斛喷施不同浓度SA来研究SA对铁皮石斛Na2CO3的胁迫作用，为铁皮石斛在盐碱环境中成功种植提供参考。

叶绿素作为植物进行光合作用的主要光合色素，其含量的高低与叶片的光合能力和光合潜力密切相关，因此也通常把叶绿素含量作为叶片功能的一个重要指标[18]。植物在盐碱处理条件下叶片叶绿素合成前体物质的减少，会引起叶绿素a和叶绿素b含量的减少[19]。在本试验中，铁皮石斛受到Na2CO3胁迫后，叶绿素含量随处理时间呈先降低后略微恢复，喷施一定量的SA后，叶绿素含量较对照显著增加，这与孙德智等的研究结果[14，20]相吻合。

脯氨酸和可溶性蛋白都是植物体在逆境下调节细胞渗透势的物质，能够增强植物对逆境的抵抗力。盐胁迫下细胞内水势由于外界离子的作用而升高，为避免细胞失水，植物体内会产生脯氨酸和可溶性蛋白等渗透调节物质，以此保证细胞正常吸水。本试验结果表明，50 mmol/L Na2CO3胁迫可以促进铁皮石斛叶片中的Pro和可溶性蛋白含量的提高，喷施SA可以进一步提高其含量，尤其以S3处理效果最好，与黄晓西等的研究结果[13-14，21]相似，郭慧娟研究发现，植物体可以通过增加可溶性蛋白含量提高细胞渗透调节能力，从而增强植物对盐胁迫的适应能力[22]。如果说SA作用下Pro和可溶性蛋白含量的升高，有利于盐碱胁迫下植株渗透能力的提高，那么盐碱胁迫下渗透调节物质的提高就是铁皮石斛的一种自我保护机制，同时也说明了在短时间内，铁皮石斛对低浓度的盐碱胁迫具有一定的适应能力。由此表明外源SA可以促进盐碱胁迫下铁皮石斛植株蛋白质的合成，维持植株水分运输和叶片的光合功能。

植物遭受逆境胁迫时，细胞内的活性氧不断积累，发生膜脂过氧化，破坏膜结构，影响细胞的正常功能[7]，提高MDA水平。从植物内部代谢来看，植物对逆境胁迫的原初反应是活性氧代谢，SOD、POD、APX以及CAT是植物体内4中重要的抗氧化酶，逆境胁迫中可清除过量的活性氧，缓解膜脂过氧化伤害。本试验结果表明，50 mmol/L Na2CO3胁迫提高了铁皮石斛叶片中SOD和CAT活性，但在胁迫初期会抑制POD和APX活性，随着胁迫时间的延长，所有抗氧化酶活性都得到了提高，喷施SA进一步提高其活性，并以S3处理抗氧化酶活性最高，叶片中MDA水平总体随胁迫时间的延长不断增加，但同一时间内，各处理MDA含量变化趋势与抗氧化酶活性相反，说明SA能有效提高抗氧化酶的活性，清除了细胞中过量的活性氧，缓解了膜脂过氧化的伤害，同时铁皮石斛在受到Na2CO3胁迫后，根系活力出现了大幅度降低，喷施SA后，铁皮石斛根系活力得到提高，由此说明SA不但可以通过韧皮部运输到根部，还能保护和促进铁皮石斛根系的生长。

综上所述，当铁皮石斛受到一定浓度的盐碱（Na2CO3）胁迫時，铁皮石斛可以在一定程度上通过提高有机渗透调节物质（可溶性蛋白、Pro）含量和抗氧化保护酶（SOD、POD、APX、CAT）活性应对胁迫，喷施SA可以进一步提升上述物质的含量，增强铁皮石斛应对胁迫的能力，保证叶绿素的正常合成和根系活力，显著降低细胞膜质过氧化伤害，从而更有效提高铁皮石斛抗盐碱的能力，综合来看，以喷施3.0 mmol/L SA效果最佳。

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