盐胁迫下外源Ca2+对红豆草幼苗抗性生理的影响

魏永鹏，陈天祥，南丽丽，于 闯

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070)

盐胁迫下外源Ca2+对红豆草幼苗抗性生理的影响

魏永鹏，陈天祥，南丽丽，于 闯

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070)

以蒙农红豆草为材料，研究了100 mmol/L NaCl胁迫下不同浓度外源Ca2+对红豆草幼苗的生长、脯氨酸、可溶性糖和叶绿素含量及根系活力的影响；探讨了Ca2+对盐胁迫伤害的缓解作用。结果表明：随着Ca2+浓度的增加，与CK相比，红豆草脯氨酸、可溶性糖、叶绿素含量及根系活力呈先升高后降低的明显变化趋势，在T3 (100 mmol/L NaCl+30 mmol/L CaCl2)处理下，红豆草脯氨酸、可溶性糖及叶绿素含量与对照相比提高了32.3%，60.0%和9.7%，差异显著(P<0.05)；T3、T4处理的根系活力显著高于CK(P<0.05)，其他处理与CK无明显差异；T3处理的株高显著高于对照 CK(P<0.05)，其他处理与CK间无显著差异，达到最佳的效果。

盐胁迫；红豆草；生理指标；外源Ca2+

土壤盐渍化是土地荒漠化的类型之一，不仅严重损害土壤的生产潜力，给农业生产带来严重的损失，而且盐分的积聚也改变了植物生长的环境，促使植物类型向盐生、荒漠类型转变，最终导致生态环境恶化。据报道，全世界盐碱地面积约为9.55亿hm2，我国约有9 913 万hm2[1]。土地盐渍化已成为影响作物生长、降低农作物产量的一个重要因素[2]。盐胁迫可导致作物减产甚至死亡。研究发现，一些外源物质对盐胁迫具有缓解作用，从而使作物能够正常生长[3]。近年来，应用外源物质缓解盐害成为抗盐研究的热点[4]。有关钙功能的研究一直是一个非常活跃的领域。为此，研究不同浓度的Ca2+处理红豆草种子，旨在找到合适的缓解盐胁迫的浓度，为解决作物在盐胁迫下生长受抑制的问题提供依据。

钙不仅是植物生长所需的大量的营养元素，而且还是偶联胞外信号与胞内生理生化反应的第二信使，是植物代谢和发育的主要调控者，因此，研究钙与植物耐盐相关性具有重要意义。研究发现Ca2+参与多种逆境胁迫过程，如干旱[5]、盐[6]、高温[7]、高钾[8]和镉[9]等胁迫。在抗盐性方面，施加钙不仅可以缓解因Ca2+不足而引起的矿质营养胁迫，还可以增强质膜的稳定性和钙信号系统的正常功能，阻止细胞内K+的外流和Na+的大量进入，以维持细胞内离子平衡，从而提高植物的抗盐性[10]。

红豆草(Onobrychisviciaefolia)是优质多年生豆科牧草，产量高、品质好，茎叶含浓缩单宁，反刍家畜在青饲、放牧利用时不易发生膨胀病，具有“牧草皇后”的美称，饲用价值可与紫花苜蓿媲美，是我国提高饲草蛋白质含量的优良草种，在草地畜牧业发展中具有举足轻重的作用。红豆草具有一定的耐盐性，但其具体的耐盐机理尚不明确。试验以蒙农红豆草为材料，研究盐胁迫下外源Ca2+对红豆草幼苗生长的影响，探讨外源Ca2+对盐胁迫下红豆草幼苗的缓解作用及其机理，为提高其抗盐性提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计与方法

供试材料为蒙农红豆草，种子由内蒙古农业大学提供。

选用清洗干净的细沙，用去离子水反复冲洗后烘干备用。选发芽一致的种子，播于装有280 g干燥细沙的塑料杯内。待幼苗长出真叶时，选长势良好且一致的幼苗转移到含Hoagland营养液的培养钵中继续培养至三叶期时，采用5个浓度的CaCl2处理(用1个强度的Hoagland营养液配制盐溶液100 mmol/L NaCl)，分别为CK(100 mmol/L NaCl)；T1(100 mmol/L NaCl+10 mmol/L CaCl2)；T2(100 mmol/L NaCl+20 mmol/L CaCl2)；T3(100 mmol/L NaCl+30 mmol/L CaCl2)；T4(100 mmol/L NaCl+40 mmol/L CaCl2)；T5(100 mmol/L NaCl+60 mmol/L CaCl2)。

1.2 测定指标及方法

株高用卷尺测量，随机取10株单株测定其高度并取平均值；根系活力采用氯化三苯基四氮唑[11](TTC)法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[11]；游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮法比色法测定[11]；叶绿素相对含量采用SRAP-502型叶绿素测定仪活体测定。

1.3 数据处理

采用 Excel 2007进行数据整理，用 SPSS 16.0统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下外源Ca2+对红豆草株高的影响

T3处理的株高显著高于对照 CK(P<0.05)，其他处理与CK间无显著差异，表明增施外源Ca2+浓度为30 mmol/L可以显著缓解盐胁迫对红豆草生长的抑制作用(图1)。

图1 盐胁迫下外源Ca2+对株高的影响Fig.1 Effects of exogenous calcium on height of sainfoin under salt stress

注：图中字母不同表示差异显著(P<0.05)，下同

2.2 盐胁迫下外源Ca2+对红豆草脯氨酸含量的影响

在胁迫条件下，脯氨酸是植物在逆境条件下积累的一种小分子渗透调节物质。植物细胞内脯氨酸含量大幅增加，可以降低渗透势，有助于细胞吸水，对植物进行正常生理活动起到重要的渗透调节作用，从而提高抗性[12]。T3，T2和T1处理的脯氨酸含量增幅显著(P<0.05)，较CK分别提高了32.3%，9.8%和6.0%；处理 T4、T5均显著小于CK(P<0.05)，较CK分别降低了8.7%和11.0%。

图2 盐胁迫下外源Ca2+对脯氨酸的影响Fig.2 Effects of exogenous calcium on proline content of sainfoin under salt stress

2.3 盐胁迫下外源Ca2+对红豆草可溶性糖含量影响

可溶性糖是植物在胁迫条件下细胞内的保护物质，它可有效地提高细胞的渗透浓度，降低水势，增加保水能力，对原生质体起到保护作用。由图3可知，盐胁迫所有处理的可溶性糖含量增幅显著(P<0.05)，处理T1、T2、T3、T4、T5处理与CK相比，提高了30%、40%、60%、20%和10%。

图3 盐胁迫下外源Ca2+对可溶性糖含量的影响Fig.3 Effects of exogenous calcium on water soluble sugar content of sainfoin under salt stress

2.4 盐胁迫下外源Ca2+对红豆草叶绿素含量的影响

叶绿素是绿色植物进行光合作用的主要色素，其含量的多少与牧草的光合作用及其强度有密切的关系。由图4可知，除T1处理的叶绿素含量与CK差异不显著外，其他处理均显著高于CK(P<0.05)，T2、T3、T4、T5处理分别较CK增加了6.9%、9.7%、7.7%和5.5%.

图4 盐胁迫下外源Ca2+对叶绿素含量的影响Fig.4 Effects of exogenous calcium on chlorophyll content of sainfoin under salt stress

2.5 盐胁迫下外源Ca2+对红豆草根系活力的影响

植物根系是活跃的吸收器官和合成器官，根的生长状况和活力水平直接影响地上部的生长和营养状况及产量水平。处理 T3、T4的根系活力显著高于CK(P<0.05)，其余处理与CK无明显差异(图5)。

图5 盐胁迫下外源Ca2+对根系活力的影响Fig.5 Effects of exogenous calcium on root vigor of sainfoin under salt stress

3 讨论与结论

叶绿素是光合作用反应中最重要的色素分子，对植物的生长具有关键的作用，在盐胁迫下，植物吸收不到足够的水分和矿质营养，造成营养不良，致使叶绿素含量降低，影响色素蛋白复合体的功能，从而减少叶绿体对光能的吸收。叶绿素含量越少，表明植物的生命力越低。盐胁迫则改变胞内离子平衡，高浓度的盐离子积累将引起渗透胁迫和离子毒害，抑制光合及酶活性[13]。

研究表明，Na+加速了玉米叶片中叶绿素的降解，影响叶绿体中的光合膜进行光合作用，抑制植物的生长发育。经 CaC12，处理的玉米在盐胁迫条件下降低了叶绿素降解酶的活性，从而相对的提高叶片中叶绿素含量，在一定程度减轻盐胁迫下对植物的伤害[14]。盐胁迫对植物生长发育最普遍和最显著的效应就是抑制生长，表现为植株矮小和产量降低，添加Ca2+的处理，植株的高度受的盐胁迫有所缓解，但是盐胁迫超过一定的范围，则不能得到改善。Ca2+对许多植物的氯化钠盐害有缓解作用[15]。

在盐胁迫下，植物为了减缓胁迫造成的生理代谢不平衡，会通过有机化合物的积累，维持较高渗透压，从而保证细胞正常的生理功能。在逆境条件下，可溶性糖是植物遭受逆境时主要的渗透调节物质之一，可溶性蛋白质量分数是植物细胞内酶系统稳定的标志。参与各种代谢的酶类主要以可溶性蛋白形式存在[16]。它对细胞膜和原生质胶体有稳定作用，而且作为合成有机溶质的碳架和能量的来源，在细胞内无机离子浓度过高时起保护酶类的作用，说明在盐胁迫下可溶性糖的积累有重要意义。

同理，脯氨酸作为重要的渗透调节物，植物在逆境条件下积累可增加植物对环境的适应能力。抗旱性强的品种往往积累较多的脯氨酸。因此，测定脯氨酸含量可以作为抗逆育种的生理指标。由于低盐浓度时脯氨酸还可以作为氮素的来源，幼苗消耗本身脯氨酸用来消除植物体内积累的过多氨而造成的毒害，而后由于盐胁迫强度的增加，植株体内脯氨酸含量迅速增大以抵御盐胁迫，表现为高盐分下脯氨酸迅速积累，所以脯氨酸的积累能力常被作为作物抗逆性鉴定的指标。在盐胁迫下，脯氨酸是植物的主要有机渗透调节物质之一，它不仅可以作为羟基的清除剂和生物大分子的保护剂，还可以作为植物从胁迫条件恢复到正常过程中迅速、有效的氮源、碳源和还原剂。赫买良等[17]在植物的组织、器官和整株实验中均发现脯氨酸的积累与植物的抗渗透胁迫呈显著的正相关。

Colmer等[18]认为，钙促进脯氨酸合成与其维持一定的 K+/Na+有关，施加钙一方面可以缓解因Ca2+不足而引起的矿质营养胁迫，另一方面可以增强质膜的稳定性和钙信号系统的正常功能，阻止细胞内K+的外流和Na+的大量进入，以维持细胞内离子平衡，从而提高植物的抗盐性。也有研究认为[19,20]，这可能涉及到 CaM的活化，通过基因的表达而大量合成脯氨酸。也有人认为Ca2+浓度与盐胁迫下脯氨酸积累没有明显的相关性[21,22]，或呈负相关[23]。

综上所述，用T3处理盐胁迫红豆草幼苗，其株高、脯氨酸、可溶性糖和叶绿素含量及根系活力均显著提高且达到峰值，说明此浓度最有益于缓解红豆草盐胁迫；用T1、T2、T4和T5处理盐胁迫红豆草幼苗，红豆草受到渗透胁迫伤害，可通过产生脯氨酸，可溶性糖，叶绿素进行渗透调节来缓解胁迫伤害，这与杨凤军等[26]在番茄上研究结果一致。但是，其株高、脯氨酸、可溶性糖和叶绿素含量及根系活力的变化不一致，表明这些浓度对缓解红豆草幼苗盐胁迫伤害有增效，但不是最佳浓度。

[1] 丁海荣，洪立洲.盐生植物碱蓬及其研究进展[J].江西农业学报，2008，20(8)：35-37.

[2] 李平华，张慧，王宝山.盐胁迫下植物细胞离子稳态重建机制[J].西北植物学报，2003(10)：1810-1817.

[3] 马洪波，曹月阳，陈杰，等.土壤盐胁迫对小麦和渗透调节物质的影响[J].江苏农业学报，2012，28(6)：1300-1305.

[4] 刘雪琴，仝瑞建，施佳妮，等.外源Ca2+对盐胁迫下玉米萌发与幼苗生长的影响[J].中国农学通报，2010，26(17)：197-200.

[5] 姜义宝，崔国文，李红.干旱胁迫下外源钙对苜蓿抗旱相关生理指标的影响[J].草业学报，2005，10(5)：32-36.

[6] 韩冰，孙锦，郭世荣，等.钙对盐胁迫下黄瓜幼苗抗氧化系统的影响[J].园艺学报，2010，37(12)：1937-1943.

[7] 孙宪芝，郭先锋，郑成淑，等.高温胁迫下外源钙对菊花叶片光合机构与活性氧清除酶系统的影响[J].应用生态学报，2008，19(9)：1983-1988.

[8] 孙存华，贺鸿雁，杜伟，等.钙对小麦高钾毒害作用的影响[J].西北农业学报，2005，14(5)：6-9.

[9] 施和平，王云灵， 曾宝强，等.外源钙对镉胁迫下南美蟛蜞菊毛状根生长、抗氧化酶活性和镉吸收的缓解效应[J].生物工程学报，2012，28(6)：747-762.

[10] Cramer G R.Displacement of Ca2+and Na+form the plasmalemma of root cells [J].Plant Physiol，1985，79：207-211.

[11] 邹琦.植物生理学实验指导[M].北京：中国农业大学出版社，2000：62-162.

[12] 吕静，刘卫东，王丽，等.4种暖季型草坪草的抗寒性分析[J].中南林业科技大学学报，2010，30(3)：100-104.

[13] Wang R，Chen S，Deng L，etal.Leaf photosynthesis，fluorescence response to salinity and the relevance tochloro-plast salt compartmentation and anti-oxidative stress in two poplars[J].Trees，Struct and Funct，2007,21(5):581-591.

[14] 王忠.植物生理学[M].北京：中国农业大学出版社，2000：457-459.

[15] Yeo A.Molecular biology of salt tolersnce in the context of whole-plant physiology[J].Journal of Exverfmental Botany，1998(6)：915-929.

[16] 毛桂莲，哈新芳，孙婕，等.NaCl胁迫下枸杞愈伤组织可溶性蛋白含量的变化[J].宁夏大学学报(自然科学版)，2005，26(1)：64-66．

[17] 赫买良，韩晓玲，权麻玉，等．脯氨酸累积与植物的耐盐性[J]．甘肃农业科技，2006(12)：22-24.

[18] Colmer T D，Fan T W M， Higashi R M.Interactive effects of Ca2+and NaCl salinity on the ionic relations and proline accumulation in the primary root tip of sorghum bicolor[J].Physiologia Plantarum，1996，97：421-424.

[19] 陈华新，李卫军，安沙舟，等.钙对NaCl胁迫下杂交酸模幼苗叶片光抑制的减轻作用[J].植物生理与分子生物学学报，2003，29(5)：449-454.

[20] 周万海，师尚礼，周娟娟，等.NaCl胁迫甘肃红豆草生理特性的影响[J].草原与草坪，2012(5)：5-8.

[21] Chen H X，Li W J，An S Z.The role of calcium in alleviating photoinhibition in NaCl-stressed leaves of Rumex K-1 seedlings[J].Journal of Plant Physiology and Molecular Biology，2003，29(5)：449-454.

[22] Cramer G R，Abdel B R，Seemann J.Salinity calcium interactions on root growth and osmotic adjustment of two corn cultivars differing in salt tolerance[J].Journal of Plant Nutrition，1990，13：1453-1462.

[23] Khokhlova L P， Asafova Ev.The effect of calcium on the content of proline and soluble proteins in plants acclimating to low temperature [J].Russ Journal of Plant Physiology，1994，41：447-453.

[24] 杨凤军，李天来，臧婧，等.外源钙施用时期对缓解盐胁迫番茄幼苗伤害的作用[J].中国农业科学，2010，43(6)：1181-1188.

Effects of exogenous calcium on the seedling physiological traits of sainfoin under salt stress

WEI Yong-peng,CHEN Tian-xiang,NAN Li-li,YU Chuang

(CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity;MinistryofEducationKeyLaboratoryofEcosystem/GansuProvinceLaboratoryofPrataculturalEngineering;Sino-USCenterforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

Sainfoin (Onobrychisviciaefoliacv.Mengnong) under salt stress was used to study the Effects of exogenous calcium on the seedling physiological traits at different concentrations of exogenous calcium(CK：100 mmol/L NaCl；T1：100 mmol/L NaCl+10 mmol/L CaCl2；T2：100 mmol/L NaCl+20 mmol/L CaCl2；T3：100 mmol/L NaCl+30 mmol/L CaCl2；T4：100 mmol/L NaCl+40 mmol/L CaCl2；T5：100 mmol/L NaCl+60 mmol/L CaCl2)by testing the height,chlorophyll content,soluble sugar content and root vigor.Results showed that the contents of proline,soluble sugar and chlorophyll and the roots vitality were increased and then decreased with the increase of Ca2+concentration compared with CK.The contents of proline,soluble sugar and chlorophyll were significantly increased by 32.3%,and 60% and 9.7% respectively under T3 treatment (P<0.05).The root vigor of seedlings under T3 and T4 treatments were significantly higher than CK (P<0.05).The plant height in T3 treatment was significantly higher than CK (P<0.05).In integrated consideration,T3 treatment was the best.

salt stress；sainfoin；physiological traits；exogenous Ca2+

2014-10-22；

2014-11-12

甘肃省高等学校科研专项资助

魏永鹏(1989-)，男，甘肃武威人，在读硕士。 E-mail：1543918501@qq.com 南丽丽为通讯作者。

S 541

A

1009-5500(2015)01-0015-05