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盐胁迫对紫丹参生长及生理特性的影响

2021-01-05崔卓越徐皓田爱梅

安徽农业科学 2021年24期
关键词:叶绿素含量盐胁迫

崔卓越 徐皓 田爱梅

摘要 分别用0、0.3%、0.5%、0.7%、0.9% NaCl溶液处理紫丹参种子及幼苗,对不同浓度盐胁迫下紫丹参种子的萌发率和幼苗生长状况及生理特性进行研究。结果表明,随着盐浓度的逐渐增加,紫丹参种子的发芽速度和发芽率均呈减小趋势,幼苗期主根及侧根生长减缓,可溶性糖、可溶性蛋白及丙二醛含量逐渐上升。在高盐胁迫下幼苗出现盐害症状,植株叶片变黄脱落,总丹参酮含量先增加后降低,总酚酸含量呈下降趋势,叶绿素含量也随盐胁迫浓度的增加逐渐降低,甚至导致植株死亡。盐胁迫下,紫丹参的生长状况呈下降趋势,土壤中盐分含量过高,使植物生理代谢紊乱,出现盐害现象。

关键词 紫丹参;盐胁迫;抗盐性;NaCl溶液;叶绿素含量

中图分类号 S567.5+3  文献标识码 A

文章编号 0517-6611(2021)24-0070-05

doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.24.016

Effects of Salt Stress on Growth and Physiological Characteristics of Salvia Miltiorrhiza Bunge

CUI Zhuo-yue1,2,XU Hao1,TIAN Ai-mei2

(1.Shaanxi University of Technology,Hanzhong, Shaanxi  723001;2.Xi’an University,Xi’an ,Shaanxi 710065)

Abstract The seeds and seedlings of Salvia miltiorrhiza Bunge were treated with 0,0.3%,0.5%,0.7% and 0.9% NaCl (mmol / L), respectively.The germination rate of seeds, growth status and physiological characteristics of seedlings were studied under different concentrations of salt stress.With the increase of salt concentration, the germination and germination rate of Salvia miltiorrhiza seeds decreased, the growth of main root and lateral root slowed down, and the contents of soluble sugar, soluble protein and malondialdehyde increased gradually.Under high salt stress, the seedlings showed symptoms of salt damage, the leaves turned yellow and fell off, the total tanshinone content increased first and then decreased, the total phenolic acid content showed a downward trend, and the chlorophyll content gradually decreased with the increase of salt stress, even leading to plant death.Under salt stress, the growth of Salvia miltiorrhiza showed a downward trend, and the salt content in soil was too high, which led to the disorder of plant physiological metabolism and salt damage.

Key words Salvia miltiorrhiza Bunge;Salt stress;Salt resistance;NaCl solution;Chlorophyll content

作者簡介 崔卓越(1995—),女,陕西榆林人,硕士研究生,研究方向:植物生殖发育。*通信作者,教授,博士,从事植物生殖发育研究。

收稿日期 2021-03-24

土壤盐渍化是我国农业发展的主要问题之一,因土壤底层的盐分随水分上升至地表,水分蒸发致使大量盐分在地表板结。土壤中盐分积累过高使植物生长减缓、代谢受到抑制、光合作用降低等,严重的会导致植物死亡[1]。紫丹参作为一种重要的中药材,药用部位主要是根和根茎,土壤环境对紫丹参根系生长有重要的作用。因而深入探讨不同浓度盐胁迫条件下紫丹参的生长状况具有重要的理论和实践意义。紫丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge)又名红根、赤参、丹参等,为唇形科多年生草本植物。紫丹参富含的丹参酮、丹参酚酸,有活血化瘀、清热解毒、扩张血管等功效,对治疗冠心病有良好效果。此外应用于妇科还有镇痛调经等作用[2]。赵斌等[3]对3种热带植物凤凰木、洋金凤和雨树幼苗的耐盐性进行研究,在低盐和高盐处理下,发现雨树的耐盐性最强,凤凰木的耐盐性最弱。王景瑞等[4]对干旱荒漠区4种植物种子萌发期的耐盐性进行研究,结果表明,种子萌发率随盐浓度的增加呈下降趋势,但4种植物的耐盐性存在差异。随着紫丹参在我国中医药产业的广泛应用,紫丹参野生资源日益匮乏。笔者研究盐胁迫对紫丹参生长的影响以及耐盐性,旨在为紫丹参栽培管理及规范化种植提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 供试材料为紫丹参种子。

1.2 试验方法

1.2.1 种子萌发试验。挑选颗粒饱满、大小均匀的紫丹参种子,用0.1% HgCl2消毒处理3 min,清水冲洗3~5次。将处理的种子分别播于含0、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%NaCl溶液的培养皿中,每个培养皿播50粒种子,每个浓度设3个重复试验,置于恒温培养箱下培养,10 d后测定其萌发率。

1.2.2 幼苗生长试验。

紫丹参种子播于穴盘中置于温室内进行培养,待长至2片真叶时,将幼苗移栽。分别用0、0.3%、0.5%、0.7%、0.9% NaCl溶液处理,每个浓度设置15次重复试验,每次用50 mL不同浓度的NaCl溶液处理,每2 d 1次处理,观察紫丹参生长状况。

1.3 测定项目与方法

(1)种子萌发率的测定。每天同一时间观察种子发芽情况并统计发芽种子数。在恒温培养箱中避光培养紫丹参种子10 d,统计种子的萌发率。萌发率GP=GN/SN×100%,相对盐害率Rd=(对照发芽率-盐溶液处理发芽率)/对照发芽率×100%,式中,GN为种子萌发总数,SN为供试种子总数。

(2)紫丹参外部形态观察。观察根系生长状况,测量株高、叶面积在不同盐胁迫下的变化。

(3)紫丹参叶绿素含量测定。用叶绿素仪(CM-1000)测定其叶绿素含量。

(4)紫丹参可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛含量的测定。

(5)紫丹参丹参酮和丹酚酸含量的测定。

2 结果与分析

2.1 不同浓度盐胁迫下紫丹参的萌发率

对不同浓度NaCl溶液处理下的紫丹参种子进行萌发试验,10 d后统计分析发现随着盐浓度的增加,种子萌发时间延迟,萌发率显著下降。由表1可知,未经处理的紫丹参种子的萌发率为71.4%,而在0.9% NaCl处理下,种子萌发率只有2.7%,与对照组相比,萌发率降低了68.6百分点。表明盐胁迫对种子萌发的抑制程度随盐浓度的提高而显著增加。在0.3%、0.5%、0.7%、0.9%的NaCl处理下相对盐害率分别为28.9%、69.1%、87.0%、96.2%,随着盐浓度的逐渐增加,紫丹参的盐害率也逐渐增加(图1)。

2.2 不同浓度盐胁迫下紫丹参的幼苗生长情况 由图2可知,在盐胁迫作用下,紫丹参幼苗和根系的生长显著受到抑制。与对照组幼苗相比,用NaCl溶液处理的幼苗长势较差,随着盐浓度增大,幼苗开始表现盐害现象。在0.3%NaCl溶液处理下,幼苗少量叶片开始变黄,生长减缓;在0.5%NaCl溶液处理下,部分叶片变黄变小,出现脱落现象;随着盐浓度的持续增加,在0.7%和0.9%NaCl溶液处理下,植株变

得孱弱,叶片上出现盐害病斑,甚至叶片全部脱落至枯死。

在0.3%NaCl溶液处理下,紫丹参根系的生长状況和对照组相差不大,从0.5%NaCl溶液处理开始,紫丹参的主根变细变短,侧根逐渐减少。处理浓度从0.7%开始,主根和侧根的生长状况极差,植株出现死亡现象。

2.2.1 不同NaCl浓度下紫丹参幼苗株高。

用0、0.3%、0.5%、0.7%、0.9% NaCl溶液处理紫丹参幼苗,每一浓度设置15个处理,对株高进行多重比较分析,发现盐胁迫对紫丹参株高有极显著的抑制作用(表2)。由图3可知,株高随着盐胁迫浓度的增加呈下降趋势。NaCl浓度达0.7%时,株高显著下降,平均株高为1.3 cm,约为正常幼苗高度的1/4。

2.2.2 不同NaCl浓度下紫丹参幼苗叶面积。

用S-120便携式叶面积扫描仪对不同盐浓度处理下的紫丹参叶面积进行测定,结果表明,盐胁迫对紫丹参幼苗叶面积的生长有显著的抑制作用(表3)。由图4可知,叶面积随着盐胁迫浓度的增加呈下降趋势,叶片逐渐变黄变小。在0.5%NaCl溶液处理后,叶片出现脱落现象,随着盐胁迫的加重,叶片出现盐害病斑。

2.3 不同浓度盐胁迫下紫丹参的叶绿素含量

叶绿素是植物合成有机物的关键基础,是反映植物光合作用能力的重要指标之一,由于叶片SPAD值与叶绿素含量具有显著相关性,因而SPAD值常被用来表征植物叶片叶绿素含量。不同叶绿素含量及比值对植物光合作用有很大的影响[5-6]。通过测定模拟盐胁迫后紫丹参叶片的叶绿素含量变化,在一定程度上可以表现出盐胁迫对紫丹参生长的影响和紫丹参的抗盐性。由图5可知,随着盐胁迫程度的增加,紫丹参叶绿素含量呈逐渐下降趋势,NaCl浓度为0.5%~0.7%时,叶绿素含量显著降低。与CK相比,不同NaCl浓度处理下的叶绿素含量分别下降了4.8%、7.3%、30.8%、44.4%。

2.4 不同浓度盐胁迫下紫丹参的渗透调节

在盐胁迫下,植物生长受到抑制,作物产量下降的主要原因是盐胁迫下形成的渗透胁迫。可溶性糖和可溶性蛋白在渗透胁迫中起着一定的作用,可溶性糖能够增加细胞质浓度,降低细胞水势,有助于细胞吸水;可溶性蛋白是植物在胁迫环境下,合成产生的一种用于维持细胞渗透压平衡的物质。由图6~7可知,随着NaCl浓度的增加,可溶性糖和可溶性蛋白含量均增加。

细胞膜发生脂质过氧化过程中会产生MDA,其含量可作为细胞膜过氧化程度的指标,同时也可以反映植物抵抗逆境条件能力和植株受盐害程度。由图8可知,紫丹参幼苗在不同盐浓度处理下,MDA含量也呈上升趋势。

2.5 不同浓度盐胁迫下紫丹参的次生代谢 丹参作为传统的药食两用天然植物, 具有极高的药用价值和保健作用。丹参的有效成分众多,其中丹参酮类和丹酚酸B较为常见,其含量可作为反映丹参质量的重要参考指标之一。图9表明,不同浓度盐胁迫处理下,紫丹参中总丹参酮含量呈先升高后降低的趋势,在0.7%NaCl浓度下总丹参酮含量达到最高(为6.42 mg/g),约为对照的2.6倍;而丹参酮ⅡA含量随盐胁迫浓度的增加呈下降趋势,0.9%NaCl浓度下丹参酮ⅡA含量比CK下降了37.5%。由图10可知,总酚酸及丹酚酸B含量均随盐胁迫浓度的增加逐渐降低,对照组总酚酸含量为25.63 mg/g,丹酚酸B含量为23.21 mg/g,0.9%NaCl浓度下总酚酸及丹酚酸B的含量与CK相比分别降低了32.4%和56.5%。

3 讨论

3.1 盐胁迫对紫丹参种子萌发的影响

种子萌发期是感受盐胁迫最为敏感的发育时期,该时期的耐盐能力在一定程度上反映了植物整体的耐盐性[7]。在高盐浓度下,种子萌发主要受到渗透胁迫和离子毒害现象,种子萌发过程需要大量的水分,高盐浓度会减缓种子对水分的吸收或抑制种子吸水,种子发芽率降低。同时大量有害盐离子随水进入植物细胞内积累,引发离子毒害,从而毒害胚的发育、改变核酸代谢酶的活性、干扰种子内部各种生理生化过程[8]。李天永等[9]对不同浓度NaCl胁迫下腺独行菜(Lepidium apetalum Willd)和寬叶独行菜(Lepidium latifolium L.var.affine C.A.mey)种子萌发进行试验,发现随NaCl浓度增大,腺独行菜种子发芽率呈先增大后减小的特征,宽叶独行菜种子的发芽率则呈显著下降特征。黄勇等[10]用不同盐浓度处理石竹种子,发现低盐浓度对石竹种子萌发无显著影响,高盐浓度下石竹种子萌发受到抑制,呈下降趋势。关于盐胁迫对种子萌发的影响,目前在白菜[11]、玉米[12]、枸杞[13]等中均有研究。该研究以紫丹参为材料,用不同浓度的NaCl溶液进行盐胁迫试验,盐浓度增加,阻碍种子对水分的吸收,紫丹参种子发芽率显著下降。

3.2 盐胁迫对紫丹参幼苗生长的影响

在土壤盐渍等非生物逆境条件下,植物根系是最先感受环境胁迫信号的器官[14],根系的长度、数量、总体积以及生物量等指标是根系对水分和营养成分吸收的强度和广度的综合反映,盐害可引起植物生理干旱, 抑制根的生长, 导致植物叶片生长不良, 出现叶尖枯黄、叶面斑黄等症状[15]。该试验结果表明,对照组的丹参主根生长粗壮,侧根多而粗,而随着NaCl溶液浓度的增大,主根逐渐变细,侧根数量减少,呈细长状态,这与黄瓜幼苗根系在盐胁迫下受到的危害相似[16]。由于丹参可入药的部分为其根部,所以盐胁迫对丹参的生长有极严重的危害。

土壤中过量盐分会造成植物破坏营养离子的平衡并引起渗透胁迫[17-18],影响植物的新陈代谢过程,如光合作用、呼吸作用、植物激素代谢等 [19]。该试验结果表明,丹参幼苗随着盐浓度的增大,株高降低、叶面积减小,叶片弱小发黄,生长状况变差,甚至脱落枯亡。

3.3 盐胁迫对紫丹参叶绿素含量的影响

植物通过光合作用积累有机物质,维持自身的生长,光合色素是进行光合作用的物质基础,其含量的变化会直接影响植株的光合作用。光合色素含量的变化可以衡量植物的光合能力, 会影响植株的光合作用,光合色素一般包括叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素。李远航等[20]对盐胁迫下黑枸杞研究发现随着盐浓度的增高, 叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均呈先增加后降低的趋势。王涛等[21]在紫穗槐幼苗中得到相似的结论。在低盐浓度下出现小幅度的上升可能是低浓度的盐胁迫可以加速叶绿素的合成,而高浓度的盐胁迫则会抑制酶的活性,降低光合色素的合成速率,从而加快叶绿素分解,使叶绿素含量下降。文章等[22]研究发现,在甜菜幼苗叶片中叶绿素含量显著降低,说明随着盐度的增加,甜菜受到盐害的程度明显加重。该研究通过分析在不同盐浓度胁迫下紫丹参幼苗的生长状况,发现随着盐浓度的增加,叶绿素含量呈下降趋势,说明高盐浓度对叶绿素的合成起抑制作用。

3.4 盐胁迫对紫丹参渗透调节的影响

渗透胁迫是盐渍土壤中含有的离子较多,导致土壤和植物根系之间形成渗透势,植物为了响应渗透胁迫带来的盐害,在植物体内会积累可溶性糖、可溶性蛋白等渗透性溶质,调节水势平衡,促进溶液的运输,避免细胞脱水死亡,起到一定的保护作用[23-25]。王中玉等[26]在NaCl胁迫对西瓜幼苗的研究中,发现低盐浓度下西瓜幼苗可溶性糖含量与对照相比差异不显著,高盐浓度下差异极显著,表明低盐胁迫下细胞内水分调节未被破坏。冯梅等[27]研究盐胁迫处理红花幼苗,发现可溶性糖和可溶性蛋白含量与盐胁迫呈极显著正相关,说明随着NaCl浓度的增加,红花通过增加可溶性糖和可溶性蛋白含量来调节细胞汁液浓度、细胞水势,以提高其从外界获取水分的能力,从而降低对自身的伤害。

细胞膜在维持植物细胞的微环境和正常代谢中起着重要作用。在盐胁迫条件下, 活性氧在植物细胞中积累, 加剧膜脂过氧化, 破坏细胞膜系统。膜脂过氧化可产生大量的MDA, 能参与细胞各种反应, MDA含量高低能够反映植株受损程度的大小[28]。在该研究中,随着盐浓度的增加,紫丹参幼苗中MDA含量显著增加,可溶性糖和可溶性蛋白含量也逐渐增加。说明紫丹参通过增加可溶性糖和可溶性蛋白来调节细胞水势平衡,减少盐胁迫带来的伤害,丙二醛含量的增加是由于高盐胁迫下,保护酶防御系统遭到破坏,使得细胞膜质过氧化程度加深。

3.5 盐胁迫对紫丹参次生代谢产物的影响 总丹参酮和总酚酸是紫丹参重要的2种有效成分。丹参酮作为脂溶性成分,随着盐胁迫的增加,总丹参酮呈先上升后下降的趋势,在高于0.7%NaCl浓度胁迫下,总丹参酮含量降低,表明一定的盐胁迫能够促进总丹参酮的产生,盐浓度过高时,可能对紫丹参产生严重的盐害现象,导致总丹参酮含量开始降低。丹参酮ⅡA、总酚酸、丹酚酸B的含量降低,可能是由于次生代谢过程中酶活性受到影响,使得有效成分的积累受到抑制[29]。

4 结论

紫丹参是一种重要的临床用药,其含有的丹参酮类物质和丹酚酸类物质具有广泛的药理活性和临床应用前景。该试验通过不同浓度盐胁迫对丹参生长进行研究,发现随着NaCl浓度的增加,阻碍种子对水分的吸收,紫丹参种子的萌发率显著下降;在幼苗期,随盐浓度增加,紫丹参株高、叶面积均降低,高盐浓度下紫丹参叶片出现盐害病斑,甚至死亡。高盐浓度抑制了叶绿素合成相关酶活性,降低了叶绿素的合成速率,从而使光合效率降低,光合产物积累下降,有效成分的积累也受到抑制。综上所述,该试验可为以后丹参的栽培种植方面提供参考。

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