短期NaCl胁迫对秋茄根系生理指标的影响

邢建宏，潘德灼，宋晓敏，陈伟

（1.福建省资源环境监测与可持续经营利用重点实验室，福建三明365004；2.三明学院资源与化工学院，福建三明365004；3.福建农林大学生命科学学院，福建福州350002）

短期NaCl胁迫对秋茄根系生理指标的影响

邢建宏1,2,3，潘德灼3，宋晓敏3，陈伟3

（1.福建省资源环境监测与可持续经营利用重点实验室，福建三明365004；2.三明学院资源与化工学院，福建三明365004；3.福建农林大学生命科学学院，福建福州350002）

以霍格兰完全营养液沙培60 d的秋茄幼苗为供试材料，测定了不同浓度NaCl（0，200，400，600 M Mol）处理72 h时根系中超氧阴离子(O2)-合成速率，POD、SOD、CAT、PAL活性以及H2O2、MDA、可溶性糖、可溶性蛋白含量，初步探讨了短期NaCl胁迫对秋茄幼苗根系生理活性的影响。结果表明：在NaCl浓度≤400 M Mol时秋茄根系中O2-合成速率、H2O2和MDA含量与对照相比变化不明显，而当NaCl浓度达到600 M Mol时，三者明显上升。SOD和PAL活性随NaCl浓度的增大而增强，CAT和POD活性随着NaCl浓度的增加呈先上升后下降趋势，但处理组均显著高于对照。可溶性糖先升高后降低，但处理组均显著高于对照。可溶性蛋白含量随NaCl浓度增加而升高。研究结果证明短期NaCl胁迫下，秋茄根系通过高效的活性氧清除系统和合成大量渗透调节物质来抵抗盐胁迫对根系细胞的伤害。

秋茄；短期；NaCl胁迫；生理指标

秋茄（Kandelia candel.）是生长于热带海岸潮间带的木本盐生植物[1]，有很强的耐盐能力，深入研究其耐盐机理有重要理论与实际意义。根系是植物体盐胁迫中最先受到伤害的器官，研究根系在盐胁迫下的生理变化对于弄清其耐盐机理有重要意义。有关秋茄耐盐的生理生化研究已有一些报道，所关注的科学问题主要为环境污染[2-4]和水淹胁迫下的生理指标变化[5-6]，有关盐胁迫引起秋茄生理变化的研究较少，且主要集中在中长期胁迫下的变化研究[7-8]。植物在分子层面对环境应答一般在处理短期就会产生明显效果[9]。因此，研究短期胁迫下秋茄根系生理指标的变化可以为今后进一步从分子层面揭示秋茄耐盐的机理提供前期基础。本文以秋茄幼苗为供试材料，通过测定短期（72 h）NaCl胁迫下其根系中活性氧、抗氧化酶及渗透调节物质等生理指标的变化，探讨秋茄幼苗根系耐盐的生理机制，为今后深入的分子生物研究提供依据。

1材料与方法

1.1材料

供试秋茄胚轴采自福建省漳州市漳江口红树林自然保护区内的秋茄林，生长区域盐度为0.8%～2%。挑选大小与成熟度相近、无损伤和病虫害的胚轴植于塑料盆中，加入霍格兰完全营养液沙培，3 d更换一次营养液。培养60 d后，用霍格兰营养液配成含不同浓度的NaCl（0、200、400、600 M Mol）溶液处理秋茄幼苗，72 h后采集根系，蒸馏水洗净，液氮冷冻后置-80℃冰箱保存，进行各项指标的测定。每个处理选10株以上苗混合取样，以消除个体差异对结果的影响。

1.2方法

参考相关资料进行生理指标测定[10-11]，测定方法如下：羟胺氧化法测定O2-产生速率，四氯化钛比色法测定H2O2含量，愈创木酚比色法测定过氧化物酶（POD）活性；紫外吸收法测定过氧化氢酶（CAT）活性；硫代巴比妥酸（TBA）法测定MDA含量；氮蓝四唑（NBT）法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性；考马斯亮蓝（G-250）染色法测定可溶性蛋白含量；蒽酮比色法测定可溶性糖含量；反式肉桂酸比色法测定苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性。每个指标测3次重复。

1.3数据分析与图表制作

运用Excel 2007进行数据统计，SPSS 19.0进行单因素方差分析，用最小显著差数法（LSD）进行数据的差异性检验，采用Graph Pad PrisM5.01软件作柱状图。

2结果与分析

2.1 NaCl胁迫下秋茄根系O2-产生速率、H2O2及MDA含量的变化

不同浓度NaCl短期胁迫下秋茄根系中O2-产生速率、H2O2与MDA含量的变化如图1所示。

图1 NaCl胁迫对秋茄根系O2-产生速率、H2O2和MDA含量的影响（平均值+标准差，n=3）

从图1可以看出，随着NaCl胁迫浓度的增大，O2-产生速率、H2O2与MDA含量均呈不同程度的升高。在200 M Mol胁迫下，O2-产生速率和H2O2含量与对照相比略有升高，但没有达到显著差异。当NaCl浓度达到400 M Mol时，产生速率比对照高出29.6%，差异达到了显著水平，而H2O2与MDA含量与对照相比略有升高，但未达到显著水平。当NaCl浓度增加到600 M Mol时，O2-产生速率、H2O2与MDA含量分别高出对照151.3%、101.3%和85.6%，达到了显著差异。MDA为活性氧对细胞膜质过氧化伤害的最终产物之一，其含量变化可以反映出组织受氧化胁迫的伤害程度。自然环境中秋茄一般生长在0.8%～2.5%的海水中，对盐分有一定的适应性。本研究结果表明，中低浓度盐胁迫下，秋茄根系内活性氧维持在较低水平，脂膜受过氧化伤害不明显。高浓度胁迫下，秋茄根系细胞内O2-和H2O2大量积累，脂膜受到过氧化伤害，MDA含量也随之升高。

2.2 NaCl胁迫下秋茄根系抗氧化酶活性的变化

植物体内的抗氧化酶可以清除活性氧，将其维持在一个较低的水平，从而保护盐胁迫下的植物免受氧化胁迫。为了证明NaCl胁迫下秋茄根系中抗氧酶清除活性氧的能力，我们测定了不同浓度NaCl处理下秋茄根系中SOD、POD、CAT 3种抗氧化酶的活性，结果如图2所示。

图2 NaCl胁迫对秋茄根系3种抗氧化酶活性的影响（平均值+标准差，n=3）

从图2可以看出，与对照相比不同浓度NaCl胁迫下3种酶活性均有升高，但变化趋势各异。SOD活性随NaCl浓度的升高而增强，在400 M Mol和600 M Mol时，其活性分别高于对照37.59%和62.69%，达到显著差异。POD活性随NaCl浓度增加先呈升高趋势，在400 M Mol NaCl浓度下达到最大值，比对照高出172.6%，在600 M Mol NaCl浓度时有所下降，但仍高出对照70.8%。CAT活性在200 M Mol时与对照无明显差异，在400 M Mol是达到最大值，高于对照189.6%，在600 M Mol时有所降低，但仍与对照有显著差异，高出对照104.2%。研究结果表明，3种抗氧化酶在盐胁迫下活性明显升高，特别是在中等盐胁迫下（400 M Mol）维持了细胞内活性氧产生和清除的动态平衡，避免了盐胁迫引发的氧化胁迫对细胞的伤害。这可能是秋茄耐盐的重要原因之一。

2.3 NaCl胁迫下秋茄根系3种渗透调节物质含量的变化

渗透胁迫是植物遭受盐胁迫时最先发生的伤害，植物体常通过积累大量渗透调节物质，降低细胞渗透式，从而缓解这种伤害。为了分析NaCl胁迫下秋茄根系中渗透调节物质含量的变化，我们测定了不同浓度NaCl处理下秋茄根系中的可溶性糖、可溶性蛋白的含量，3种渗透调节物质含量变化如图3所示。

从图3可以看出，与对照相比，NaCl处理下3中渗透调节物质都有不同程度的增加。可溶性糖含量随NaCl浓度的升高先增加后降低，在400 M Mol时达到最高值，比对照增加了140.8%，在600 M Mol胁迫下，含量比400 M Mol时有所下降，但仍然高于对照110.2%。降低的原因可能是高盐胁迫影响了光合作用和碳水化合物向根系的运输。可溶性蛋白含量随NaCl浓度的增加而升高，200 M Mol下，分别高于对照2.6%和22.6%，400 M Mol下，高于对照52.4%和65.3%，600 M Mol下高于对照118.6%和90.9%。这表明秋茄自身抵抗渗透胁迫的能力较高，这也是秋茄耐盐胁迫有一个重要原因。

图3 NaCl胁迫下秋茄根系中2种渗透调节物质含量变化（平均值+标准差，n=3）

2.4 NaCl胁迫下秋茄幼苗根系PAL活性变化

苯丙氨酸解氨酶(PAL)是植物体中由初级代谢向次生代谢转变的重要酶与限速酶，PAL通过调控次生代谢的速率而参与植物对逆境的抵抗。为了证明NaCl胁迫对秋茄根系中PAL活性的影响，分别测定了4种盐浓度下根系中PAL的活性。结果如图4所示。

从图4可以看出，PAL活性总体上随盐浓度的升高而增加。在200 M Mol处理下，秋茄根系中PAL活性与对相比无显著差异，而当Na-Cl浓度达到400 M Mol时，PAL活性显著增强，比对照高出了36.9%，当NaCl浓度达到600 M Mol时，与对照相比，PAL活性提高了88.8%。上述结果表明，盐胁迫引发了秋茄根系中PAL活性的增强。这暗示着秋茄可能通过次生代谢调节来抵御盐胁迫的伤害。

图4 NaCl胁迫下秋茄幼苗根系PAL活性变化（平均值+标准差，n=3）

3结论与讨论

盐胁迫破坏了植物细胞内离子平衡，产生离子毒害，从而引发活性氧的大量积累，使细胞膜脂、蛋白、核酸等大分子受到伤害，从而产生氧化胁迫。MDA是细胞膜脂过氧化的一个重要产物，可以用来衡量植物在逆境中遭受伤害的程度。为了抵御活性氧对细胞的伤害，维持细胞内活性氧产生和消除的动态平衡，植物自身存在这活性氧清除系统，保护酶在其中起了很大的作用。已有研究证明，盐生植物在遭受盐胁迫时，保护酶的活性明显增强，通过几种酶之间的协同作用使体内活性氧维持在一个较低水平，从而达到抵御盐胁迫引发的氧化胁迫[12]。本研究显示，在中低盐浓度NaCl（≤400 M Mol）的短期胁迫下，秋茄根系中3种主要保护酶活性显著增强，而O2-产生速率和H2O2含量以及MDA含量均与对照无显著差异，这表明根系中的保护酶体系将组织内活性氧产生维持在一个较低的水平，减少了其对细胞膜脂的过氧化伤害，这是秋茄能够耐盐胁迫的一个重要机制。

盐胁迫首先会引起渗透胁迫，阻碍细胞水分吸收。植物为了抵御这种伤害，会主动积累大量可溶性物质，以降低细胞渗透式，从而保证盐胁迫下水分的正常供应。本研究显示，秋茄根系在短期NaCl胁迫下可溶性糖、可溶性蛋白含量显著增加，表明秋茄根系通过合成大量渗透调节物质来抵抗盐胁迫对根系细胞的伤害。这与前人在同为耐盐植物的星星草[13]和盐芥[14]等植物中的报道一致。

已有研究证明，次生代谢途径产生的一些小分子物质可以维持细胞膨压，降低由盐胁迫引起的细胞渗透胁迫，在植物耐盐中发挥重要的作用[15]。PAL是植物中次生代谢上游的重要酶，与次生代谢物的合成有重要关系。本研究结果显示，秋茄根系在中高度NaCl（≥400 M Mol）胁迫下，PAL活性显著升高，这与前人在银杏[16]中的研究结论一致。秋茄中PAL活性的增高，最终引起了哪些次生代谢途径的变化，从而增强了其耐盐能力，还需要进一步研究。

综上所述，在短期NaCl胁迫下，秋茄根系产生了明显的生理响应，表现为保护酶活性和渗透调节物质含量显著增加，与次生代谢相关的PAL活性明显升高，从而使根系组织免受盐胁迫引起的氧化胁迫和渗透胁迫的伤害。本研究仅从生理层面证明了秋茄根系在短期胁迫下的变化特征，但是这些变化在分子水平上是如何产生的，相互之间又存在着怎样的调控关系还需要通过现代分子生物学手段从基因转录与翻译层面进行深入揭示。

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（责任编辑：朱联九）

Effects of Short-terMNaCl Stress on Physiological Indices of Kandelia candel.Roots

XING Jian-hong1,2,3,PAN De-zhuo3,SONG Xiao-min3,CHENWei3

(1.Fujian Provincial Key Laboratory of Resources and Environment Monitoring&Sustainable Management and Utilization, Sanming 365004,China, 2.School of Resources and Chemical Engineering,Sanming University,Sanming 365004,China; 3.School of Life Sciences,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China)

In this experiment,the Kandelia candel.seedlingswhich were sand cultured 60 days irrigated with Hoagland solutionwereused asmaterial,the produce-rate,POD,SOD,CAT and PAL activity,H2O2,soluble sugar,soluble protein,and MDA contentof rootswas beenmeasured treated by four NaCl concentrations(0,200,400,600M Mol),and the effects of short-terMNaCl stress on physiological indices of Kandelia candel.rootswas discussed preliMinary.The results showed that the produce-rate,H2O2and MDA contentwas notobvious changes compared with controlunder NaCl treatmentsat concentrations≤400M Mol.When the concentration of NaCl up to 600M Mol,those three indices raised obviously.With increased in NaCl concentrations,the activitiesof SOD and PAL enhanced,and the activitiesof CAT and POD initially increased but then decreased,butall treatmentswere significantly higher than control.The soluble sugar increased but then decreased,butstress groupswere significantly higher than control,and the soluble protein content increased with the increase of NaCl concentration.This research reveals that the Kandelia candel.roots can resistance to saltstresson root cell damage through efficientactive oxygen removalsysteMand synthesisofosmotic regulation substancesduring short-terMNaCl stress.

Kandelia candel.;short-term;NaCl stress;physiological indices

Q 945.78

A

1673-4343（2016）06-0016-05

10．14098／j．cn35－1288／z．2016．06．003

2016-08-17

福建省科技厅自然科学基金面上项目（2014J01137）；福建省教育厅中青年教师教育科研项目（JA13296）

邢建宏，男，陕西宝鸡人，副教授。主要研究方向：植物生理与分子生物学。通讯作者：陈伟，男，福建福州人，教授。主要研究方向：植物蛋白质组学。