鹽脅迫對紫花苜蓿生長的影響

鹽脅迫對紫花苜蓿生長的影響

鹽脅迫是一種重要的非生物脅迫之一。世界上大約20%的灌溉土地發(fā)生了不同程度的鹽堿化。鹽脅迫主要是滲透閾值和離子中毒。由于K+被Na+置換和Na+、Cl-離子的滲入,使生活細胞正常的生化反應和代謝途徑發(fā)生變化,一些蛋白的正常功能喪失。硅是土壤中含量較豐富的一種元素,但是在土壤中以不溶性的硅酸鹽的形式存在,因此土壤中實際可利用的Si元素比較缺乏,但是卻有了一些關于硅與生物脅迫和非生物脅迫關系的報道。這些研究結果表明硅可以通過參與植物的代謝過程,減輕鹽離子的毒害,營養(yǎng)養(yǎng)分離子的平衡和抗氧化酶的活性來提高植物的抗逆性。紫花苜蓿是重要的豆科牧草,容易受到鹽脅迫而使產(chǎn)量降低。針對硅是否可以提高豆科植物紫花苜蓿的抗鹽性和是否可以影響鹽脅迫下紫花苜蓿的代謝過程,我們設計鹽脅迫試驗,觀察硅的應用對脯氨酸、丙二醛含量和可溶性蛋白含量的影響,來了解硅元素對紫花苜?？果}性的影響,為生產(chǎn)實踐中硅肥的使用提供科學依據(jù)。1材料和方法1.1試驗材料本試驗選用的紫花苜蓿品種是中苜一號(高耐鹽品種)和德福(低耐鹽品種)。1.2塑料盆的培養(yǎng)用6%的NaClO對紫花苜蓿種子消毒5min,然后在光照培養(yǎng)箱中黑暗條件下發(fā)芽,溫度控制為20～25℃,時間是8～16h,培養(yǎng)基質是細沙。在種子萌發(fā)后的第3天,取紫花苜蓿幼苗,用海綿條包裹好,固定在泡沫板的孔內(nèi),每個孔固定幼苗4株,然后將固定有幼苗的泡沫板轉移到裝有完全營養(yǎng)液的塑料盆(13cm高,28cm寬,35cm長)中進行培養(yǎng)(為了避免光照使營養(yǎng)液的溫度升高和營養(yǎng)液表面生長綠藻,實驗用鋁薄紙將塑料盆緊密包裹)。每個塑料盆內(nèi)裝有4.4L營養(yǎng)液,營養(yǎng)液的組成為:2.5mmol/LCa(NO3)2,2.5mmol/LKNO3,1mmol/LMgSO4,0.5mmol/LNH4H2PO4,0.2μmol/LCuSO4,1μmol/LZnSO4,0.1mmol/LEDTAFeNa2,20μmol/LH3BO3,5nmol/L(NH)4Mo7O4,1μmol/LMnSO4。植株在光照中培養(yǎng),相對濕度是45%,每天采用450μmol/(m2·s)的生物鈉燈光照13h,光照/黑暗時的溫度是30℃/25℃。1.3nacl和si的添加植株在完全營養(yǎng)液培養(yǎng)15d,對每個品種進行3個處理,分別為:1.0mmol/LSi、120mmol/LNaCl和120mmol/LNaCl+1.0mmol/LSi,每個處理重復4次,對照(CK)沒做任何處理,NaCl和Si的濃度的使用是根據(jù)Liang等(1996)在大麥上的報道。NaCl的加入是每12h添加一次,使營養(yǎng)液中NaCl的濃度增加60mmol/L,最終使營養(yǎng)液的NaCl濃度為120mmol/L。Si的使用是通過向營養(yǎng)液中添加K2SiO3,多出的K從營養(yǎng)液中KNO3的用量減掉,而營養(yǎng)液中多減掉的N用加HNO3來補充(Zhu等2004)。每天用0.01mol/LKOH或H2SO4(Zhu等2004)對培養(yǎng)液的pH值進行調(diào)節(jié),使培養(yǎng)液的pH值控制在6.0。每7d更換1次培養(yǎng)液,每天向培養(yǎng)液補充由于揮發(fā)損失的水分。植株生長期間,用氣泵不斷的向培養(yǎng)液中通氣。NaCl和Si處理15d后,每個處理取4個單株,每個單株分別分成根、莖和葉三部分。分離后的根、莖和葉用于生物量和可溶性蛋白、丙二醛、脯氨酸含量的測定。1.4樣品含量測定先制作0～100μg/ml的標準曲線,再稱取新鮮綠豆芽下胚軸0.2g放入研缽中,加2ml蒸餾水研磨成勻漿,轉移到離心管中,再用6ml蒸餾水分次洗滌研缽,洗滌液收集于同一離心管中,放置0.5～1h以充分提取,然后在4000r/min離心20min,棄去沉淀,上清液轉入10ml容量瓶,并以蒸餾水定容至刻度,即得待測樣品提取液。吸取提取液0.1ml(做一重復),放入具塞刻度試管中,加入5ml考馬斯亮藍G-250蛋白試劑,充分混合,放置2min后用1cm光徑比色杯在595nm下比色,記錄光密度D595nm,并通過標準曲線查得待測樣品提取液中蛋白質的含量X(μg)。以標準曲線試管做空白。1.5tba吸光度測定測定管:0.75ml提取液+0.75ml重蒸水+2.5ml含0.6%TBA(硫代巴比妥酸)的10%TCA(氯乙酸)溶液。對照管:1.5ml重蒸水+2.5ml含0.5%TBA的10%TCA溶液。混合液于100℃水浴加熱15min,迅速冷卻,4000r/min離心10min。上清液于450nm、532nm、600nm下測定吸光度值。為排除糖類物質對MDA-TBA反應干擾作用,用下列公式消除:C(μmol/L)=6.45(D532nm-D600nm)-0.56D450nm。1.6浸提液、顯色液、成分配稱取備好的葉片0.5g,分別置于大試管中,加5ml3%磺基水楊酸溶液,管口加蓋,于沸水浴中浸提10min。取出試管,待冷卻至室溫后,吸取上清液2ml,加2ml的冷乙酸和3ml顯色液,于沸水浴中加熱40min。取出冷卻后各管加入5ml甲苯充分振蕩搖勻,以萃取紅色物質,在520nm波長下比色。1.7統(tǒng)計分析對試驗數(shù)據(jù)采用SPSS(10.0)進行單因素方差分析(LSD)。2結果與分析2.1鹽脅迫對德福品種干重的影響如表1所示,NaCl處理后,2個品種的莖干重和德福品種的葉、根干重顯著降低。在鹽脅迫的條件下添加Si會明顯增加兩個品種莖的干重。在沒有鹽脅迫的條件下添加Si對2個品種的根、莖、葉干重沒有顯著影響。2.2中福品種根和中苜蓿配方中可溶性蛋白含量的變化如圖1所示,NaCl和Si處理15d對中苜一號和德福兩個紫花苜蓿品種植株根中的可溶性蛋白含量沒有顯著影響,但是導致莖和葉片中的可溶性蛋白含量升高。在對照處理中,德福品種根中的可溶性蛋白的含量明顯高于中苜一號品種根中的可溶性蛋白含量,而德福品種莖和葉片中的可溶性蛋白的含量均明顯低于中苜一號品種莖和葉片中的可溶性蛋白的含量。NaCl+Si處理與NaCl處理比較,德福和中苜一號品種莖中的可溶性蛋白含量明顯降低,分別降低了25%和16%,而葉片中的可溶性蛋白含量降低不明顯。2.3不同處理對紫花苜蓿植株脯氨酸含量的影響如圖2所示,Si處理15d對中苜一號和德福兩個紫花苜蓿品種植株根、莖和葉片中的脯氨酸含量沒有明顯影響。NaCl處理15d后中苜一號和德福兩個紫花苜蓿品種植株的根、莖和葉中的脯氨酸的含量明顯升高,而且低耐鹽品種德福植株的根、莖和葉中的脯氨酸含量均明顯高于高耐鹽品種中苜一號植株的根、莖和葉中的脯氨酸含量。NaCl脅迫添加Si后,德福品種根中和中苜一號品種莖中的脯氨酸含量明顯高于NaCl單獨處理中的脯氨酸的含量。2.4不同耐鹽品種中對丙二醛、多根葉和葉的mda含量如圖3所示,NaCl處理使兩個品種根、莖和葉中的丙二醛(MDA)含量顯著升高,而且低耐鹽品種德福根、莖和葉中的MDA含量顯著高于高耐鹽品種中苜一號根、莖和葉的MDA含量。NaCl脅迫添加Si后,使兩個品種根和莖中的MDA含量顯著降低,低耐鹽品種德福葉片中的MDA的含量也明顯降低。3鹽脅迫對紫花苜蓿幼苗可溶性蛋白和脯氨酸含量的影響鹽份是限制植物生長的作物產(chǎn)量的重要的環(huán)境因素。在幾種植物上已經(jīng)報導通過添加Si能提高植物抗鹽能力。本研究中,Si能提高紫花苜蓿的抗鹽能力,能使受到鹽脅迫的紫花苜蓿植株的生物量增加。一些報道認為Si提高植物抗鹽能力的原因是降低了植物莖的Na+含量,這些報導主要是在水稻、牧豆樹和大麥上。在逆境條件下,植物體內(nèi)會發(fā)生一系列的生理生化變化,從而使某些蛋白質的合成途徑將受到抑制,同時也會出現(xiàn)一些新合成或合成增強的蛋白質。趙可夫等報道在較低鹽濃度脅迫的條件下植物蛋白的合成會增加,當鹽濃度達到極端值時,某些蛋白質的合成受到抑制,而且有些蛋白質水解為氨基酸。在本研究中發(fā)現(xiàn),120mmol/L鹽脅迫的條件下紫花苜蓿莖和葉的可溶性蛋白的含量顯著升高,這可能是由于120mmol/L濃度的NaCl能夠誘導一些與植物抗鹽有關的蛋白合成,而沒有造成其他蛋白的大量水解。另外在鹽脅迫的條件下添加Si導致莖的可溶性蛋白含量的顯著降低,這可能是由于Si的加入抑制了根對鈉離子的吸收,從而使紫花苜蓿受到鹽脅迫的程度得到緩解所至。本研究中,首先對反映鹽脅迫程度的重要生理指標丙二醛、可溶性蛋白和脯氨酸含量進行了檢測。植物在逆境條件下,往往發(fā)生膜脂過氧化作用,MDA是其產(chǎn)物之一,通常利用它作為脂質過氧化指標,來表示細胞膜脂過氧化程度和植物對逆境條件反應的強弱,在鹽脅迫的條件下,紫花苜蓿德福和中苜一號兩個品種根、莖、葉的MDA的含量被誘導升高,表明紫花苜蓿在120mmol/L脅迫條件下整個植株誘導發(fā)生膜脂過氧化作用。從本試驗結果中還可以看出,低耐鹽品種德福植株發(fā)生了較強的膜脂過氧化作用。在鹽脅迫的條件下添加Si使兩個紫花苜蓿品種根、莖、葉的MDA的含量降低,這表明Si有降低紫花苜蓿受鹽脅迫的程度,抑制膜脂過氧化的作用。本研究中發(fā)現(xiàn),兩個紫花苜蓿品種在120mmol/L濃度的鹽脅迫下,低耐鹽品種德福根、莖、葉的脯氨酸含量明顯高于高耐鹽品種中苜一號的根、莖、葉的脯氨酸的含量。這可能是由于低耐鹽品種德福受到較重的鹽脅迫而導致脯氨酸的含量有較高的積累。在NaCl+Si的處理中,低耐鹽品種德福的莖和葉的脯氨酸含量和高耐鹽品種中苜一號根的脯氨酸的含量明顯高于NaCl處理,這表明Si能能夠促進脯氨酸的合成來增強植物受到滲透脅迫時的滲透調(diào)節(jié)能力,從而提高植物的抗鹽性。4生長