時偉偉，劉冉冉，付婷婷，宋杰

(山東師范大學生命科學學院/逆境植物重點實驗室，濟南250014）

鹽及水淹對甜菜幼苗生長和生理指標的影響

時偉偉，劉冉冉，付婷婷，宋杰*

(山東師范大學生命科學學院/逆境植物重點實驗室，濟南250014）

研究了1和120 mmol/L NaCl以及水淹處理對兩個甜菜品種（系）Y-86-5-1（以下簡稱Y-86）和Y-77-6-3（以下簡稱Y-77）生物量、丙二醛含量、抗氧化酶的活性以及根孔隙度的影響。結果表明：鹽及水淹降低地上部分和根的干重，尤其是對Y-77根的影響尤為明顯；1和120 mmol/L NaCl鹽度下，水淹均增加Y-86和Y-77葉片的MDA含量，尤其是Y-77；水淹處理下，鹽分有降低Y-86和Y-77葉片SOD活性的趨勢。1和120 mmol/L NaCl鹽度下，水淹對Y-77葉片SOD活性沒有顯著影響，卻增加Y-86葉片SOD活性。水淹處理下，鹽分有增加Y-86葉片APX和CAT活性的趨勢，而Y-77卻相反；120 mmol/L NaCl處理下，水淹使Y-86葉片的APX和CAT活性升高，而水淹對1 mmol/L NaCl處理下的Y-86以及1和120 mmol/L NaCl鹽度下的Y-77葉片APX和CAT活性均沒有顯著影響。水淹處理下，Y-86和Y-77根部孔隙度隨鹽分增加而降低，相對Y-86，鹽分對Y-77根的孔隙度降低的更顯著。1和120 mmol/L NaCl鹽度下，水淹均不同程度地增加Y-86和Y-77根的孔隙度。兩個品種相比，Y-86比Y-77對鹽澇互作具有更強的適應性。

甜菜；鹽澇；丙二醛；抗氧化酶；孔隙度

全世界約有8億hm2鹽漬化土壤[1]。隨鹽堿地面積的不斷擴大，研究植物的耐鹽機理，合理利用耐鹽植物，成為人們關注的焦點。甜菜是一種耐鹽堿、耐干旱、適應性強的耐鹽植物。低鹽濃度促進甜菜生長，高鹽環(huán)境下甜菜生長才會受到抑制[2]。黃河三角洲由于特殊的地理位置，容易形成低濕地、季節(jié)性積水地，易造成洪澇災害。目前有關甜菜耐鹽性的篩選及抗鹽機理研究，以及提高甜菜產量和含糖量的措施方面，國內外作了大量的研究[3-4]。水澇時，一些植物會在根部形成通氣組織[5]，便于氧氣的擴散。目前，植物適應淹水環(huán)境的形態(tài)學研究仍相對較少，且僅局限于水稻、小麥等少數(shù)幾種植物，對甜菜的耐澇性研究甚少。前期研究表明，出苗及小幼苗階段鹽澇互作時Y-86具有較高的出苗率，而且在苗期能較好地維持離子穩(wěn)態(tài)以及葉綠素含量的相對穩(wěn)定[6]。本文在前期研究的基礎上，對鹽及水淹處理下甜菜較大幼苗的生長、丙二醛含量、抗氧化酶的活性和根系孔隙度等進行研究，以期為深入研究甜菜的耐鹽、耐澇機制，選育優(yōu)良的耐鹽澇甜菜品種提供依據。

1　材料與方法

1.1試驗材料

甜菜品種（系）Y-86-5-1（以下簡稱為Y-86）和Y-77-6-3（以下簡稱為Y-77），均由山東大學提供，種子晾干后存于4°C冰箱。

1.2植物的培養(yǎng)和處理

挑選籽粒飽滿的Y-86和Y-77甜菜種子，分別播種于盛有洗凈河沙的塑料盆中，每個品種（系）12盆，以1/2的Hoagland每天澆灌，50d后間苗至每盆3株。用1和120 mmol/L NaCl（均以1/2的Hoagland配制）分別對幼苗進行水淹和正常沙培處理，每個處理3個重復。為了避免鹽沖擊，120 mmol/L NaCl處理的每天遞增20 mmol/L，終濃度后處理21d，測定Y-86和Y-77的相關生理指標。

1.3測定方法

1.3.1甜菜幼苗地上部分及根干重的測定將Y-86和Y-77的地上部分與根分別收獲，快速沖洗干凈后用吸水紙吸干表面水分。于105℃條件下的烘箱中殺青15 min，然后在80℃條件下將其烘干，至恒重，稱干重（DW）。每處理3個重復。

1.3.2丙二醛含量的測定取甜菜相同葉位的葉片，去除葉脈，稱重，剪碎，放入研缽中，加入少量石英砂和1 mL 0.1%的三氯乙酸（TCA），充分研磨，將勻漿移入試管中，用1.5 mL 0.1%的三氯乙酸分別沖洗兩次研缽，沖洗液都倒入試管中，再加入2.5 mL 0.5%的硫代巴比妥酸，搖勻，沸水浴10 min后，立即取出放入冷水中，冷卻后，3000 r/min離心10 min，取上清液量其體積，以0.5%的硫代巴比妥酸溶液為空白對照，用分光光度計分別測量532 nm和600 nm的吸光度。計算MDA的含量：MDA含量（mmol/g FW）=△A×N/（155×W）

式中△A：A532和A600之差，N：上清液總體積，155為1 mmol反應產物（三甲川）在532 nm處的吸收系數(shù)，W：稱取植物材料的鮮重（g）。

1.3.3SOD活性的測定參照李合生[7]的方法稍加修改：取新鮮甜菜葉片，去離子水洗凈，稱取0.5 g剪碎放入預冷的研缽，加入0.5 mL的提取液（50 mmol/L PBS，pH7.8；2 mmol/L AsA；0.1 mmol/L EDTA；1%PVP）于冰上研磨至勻漿轉移至離心管，用500 μL提取液沖洗研缽2次，放入預冷4℃的離心機，12000 r/min離心15 min，上清液即為酶提液。在4 mL反應體系中，取反應介質3.9 mL（13 mmol/L蛋氨酸；77.12 μmol/L NBT；0.1 mmol/L EDTA-Na2；50 mmol/L PBS，pH7.0），80.2 μmol/L核黃素0.1 mL，酶液0.1 mL（有1支試管不加酶液，以50 mmol/L pH7.8磷酸緩沖液代替酶液作為總對照）?；靹蚝螅瑥募用敢旱?支試管中任取1支作為空白避光保存，其余在4000 lx光照下反應20 min。在560 nm下測定各試管OD值，結果以U/g Pro表示。計算公式：SOD活性=A×N×60/（A0×WP×T×0.1）×50%

A0：為對照在560 nm處的吸光度，A：為對照在560 nm處的吸光度與加入酶液的反應液在560 nm處的吸光度值的差，N為酶液總體積，WP：為提取酶液的植物材料中蛋白質總量，T：為光照時間，0.1：為加入酶液的體積，60：為60 min（要計算1 h的酶活力）

1.3.4APX活性的測定酶提液同SOD。取2.95 mL反應液（50 mmol/L PBS，pH7.0；50 μmol/L EDTA；250 μmol/L AsA），加入2 μL 30%H2O2和50 μL酶提液并混勻，以不加AsA的反應液作為對照，每隔1 min記錄1次室溫下290 nm吸光值，連續(xù)記錄5次。室溫下每1min氧化1 μmmol AsA的酶量作為1個酶活單位。計算公式：APX酶活性=（δA290×Vt）/（Vs×0.1×t×Pro）

Vt：提取酶液總體積（mL），Vs：測定時用的酶液總體積（mL），t：反應時間（min），Pro：葉片鮮重所含蛋白質總量。

1.3.5CAT活性的測定參照Aebi[8]的方法，稍加修改。酶提液同SOD。取2.9 mL反應液（50 mmol/L pH7.0 PBS）加入0.1mL酶液，以PBS為對照調零，25℃預熱后，迅速倒入石英比色杯中，加入H2O2混勻，在240 nm下測定吸光度，每隔1 min讀數(shù)1次，共測4 min，以1 min內A240減少0.1的酶量為1個酶活單位（U）計算公式：過氧化氫酶活性[U/（g·min）]=ΔA240×Vt/（0.1×Vl×t×Pro）

ΔA240：為反應時間內吸光度的變化，Vt：粗酶提取液總體積（mL），Vl：測定用粗酶提取液體積（mL），Pro：樣品鮮重所含蛋白質的總量，0.1：A240每下降0.1為1個酶活單位（U），t：過氧化氫酶到最后一次讀數(shù)時間（min）。

1.3.6孔隙度的測定植物根部的孔隙度測定參照通氣組織被水浸滿前后的浮力差進行測定。

將三蒸水抽真空12h除去三蒸水中的空氣，注入25 mL已知重量的耐熱比重瓶中，在室溫下稱其重量。剪取甜菜的根，用去離子水沖凈，選擇5～6 cm長的根若干，稱其重量，并將根置于注滿水的比重瓶中（此過程勿產生氣泡），稱重。隨后將放入根的盛滿蒸餾水的比重瓶置于真空泵中，將其抽真空直到根沉底，至沒有氣泡為止，再次稱重。

孔隙率的計算公式：孔隙率（%）=100×（FA-FB）/（FW+TW-FB）

FA表示抽氣后比重瓶、水和根樣的總重量，F(xiàn)B表示抽氣前比重瓶、水和根樣的重量，F(xiàn)W表示比重瓶和水的總重量，TW表示根樣的鮮重。

以上所得數(shù)據采用SAS統(tǒng)計軟件進行三因素顯著性分析。

圖1　鹽及水淹對甜菜Y-86和Y-77地上部分（A）和根（B）干重的影響

2　結果

2.1甜菜地上部分和根干重

無論水淹還是正常沙培處理，120 mmol/L NaCl均降低Y-86和Y-77地上部分和根干重，而且對兩個甜菜品種影響趨勢相似（圖1）；1和120 mmol/L NaCl處理下，水淹降低Y-86和Y-77地上部分干重的趨勢相似（圖1A）。1和120 mmol/L NaCl處理下，水淹均降低Y-86和Y-77根干重。與Y-86相比，在120 mmol/L NaCl處理下水淹顯著降低Y-77根的干重（圖1 B）。

2.2甜菜葉片丙二醛含量

無論水淹還是正常沙培，Y-86和Y-77葉片丙二醛含量均隨鹽濃度升高而升高（圖2）。1和120 mmol/L NaCl處理下，水淹均增加Y-86和Y-77葉片丙二醛含量，尤其是Y-77。

2.3葉片抗氧化酶活性

無論正常沙培還是水淹處理下，鹽分有降低Y-86和Y-77葉片SOD活性的趨勢。1和120 mmol/L NaCl鹽度下，水淹對Y-77葉片SOD活性沒有顯著影響，卻顯著增加Y-86葉片SOD活性。無論正常沙培還是水淹處理，鹽分有增加Y-86葉片APX和CAT活性的趨勢，而Y-77卻相反；120 mmol/L NaCl處理下，水淹使Y-86葉片的APX和CAT活性升高，而水淹對1 mmol/L NaCl處理下的Y-86以及1和120 mmol/L NaCl鹽度下的Y-77葉片APX和CAT活性均沒有顯著影響（圖3）。

圖2　鹽及水淹對甜菜Y-86、Y-77葉片丙二醛含量的影響

圖3　鹽及水淹對甜菜Y-86、Y-77葉片SOD（A）、APX（B）和CAT（C）活性的影響

2.4根系孔隙度

無論水淹還是正常沙培，Y-86和Y-77的孔隙度隨鹽濃度增加而降低（圖4）。在1和120 mmol/L NaCl條件下，水淹使Y-86和Y-77的孔隙度都有增大的趨勢，尤其是Y-86。

圖4　鹽及水淹對甜菜Y-86和Y-77根部孔隙度的影響

3　討論

盡管鹽生植物能夠很好地適應鹽漬環(huán)境，但其耐鹽能力同時受到基因型和發(fā)育階段的影響[9]。甜菜幼苗在水淹和正常沙培處理下，Y-86和Y-77的地上和根干重均會受到高鹽濃度的影響。在高鹽濃度下，相對于地上部分干重，水淹使根的干重下降趨勢更加明顯，尤其是在高鹽濃度下Y-77的根部干重。研究發(fā)現(xiàn)滲透脅迫下，植物地上部分生長明顯降低，根受到較小程度的影響[10]。在鹽及水淹的情況下，一方面鹽脅迫對根部不僅會產生滲透脅迫還會產生離子脅迫，導致根部吸水困難和產生了離子毒害降低物質的積累，另一方面水淹會影響根部呼吸作用，因此鹽及水淹產生了較強的雙重脅迫。本試驗結果表明，Y-86較Y-77具有更強的耐受鹽和水淹雙重脅迫的能力。

活性氧的清除系統(tǒng)包括酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng)。在植物代謝正常情況下二者是協(xié)同合作的。在逆境下植物體內的活性氧增多，植物的抗氧化酶活性迅速升高，對清除活性氧起到重要應激反應。植物在大多的環(huán)境脅迫下，抗氧化酶活性的變化多是隨著脅迫強度增大而出現(xiàn)“先升后減”的情況。在鹽及水淹時，Y-86某些抗氧化酶活性升高而Y-77的卻降低。產生這種現(xiàn)象可能是由于Y-86通過提高抗氧化酶活性來清除在雙重脅迫下產生的活性氧，減少逆境對甜菜的損傷。MDA含量是衡量膜脂過氧化的重要指標。本文研究發(fā)現(xiàn)，鹽澇互作中，鹽對甜菜MDA含量影響較顯著（表1）。在1和120 mmol/L NaCl濃度下，水淹使Y-86和Y-77的MDA含量均顯著增加，但相較于Y-86，Y-77受水淹的影響較大。說明在淹水脅迫下，Y-77的膜脂過氧化程度較高，而Y-86的膜質過氧化程度較低，這可能與Y-86具有較強活性氧清除能力有關，最終表現(xiàn)為Y-86根系生長受到的影響較小。

國內外對通氣組織的研究方法主要是切片觀察和測定孔隙度[11]。研究發(fā)現(xiàn)，鹽澇互作中，鹽對甜菜根系孔隙度影響較顯著（表1）。在鹽及水淹處理下，甜菜Y-86和Y-77孔隙度都一定程度地升高。但高鹽濃度下，水淹使甜菜Y-86孔隙度顯著增加，說明與Y-77相比，在雙重脅迫下，Y-86產生的通氣組織較多。通氣組織是植物耐淹的重要指標，可以減少氧氣向植物根部運輸?shù)淖枇ΓＷC根的正常代謝[12]。

綜上所述，與Y-77相比，鹽澇互作時Y-86具有較強的活性氧清除能力，而且具有較發(fā)達的通氣組織，因而鹽及水淹對其生長的影響較小。甜菜Y-86比Y-77表現(xiàn)為對鹽澇互作具有更強的適應性。

表1　 甜菜地上和地下部分干重、葉片丙二醛含量、抗氧化酶活性和根系孔隙度的三因素分析結果

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Interactive Effects of Salinity and Waterlogging on Growth and Physiological Index in Sugarbeet Seedlings

SHI Wei-wei,LIU Ran-ran,FU Ting-ting,SONG Jie*

(Key Laboratory of Plant Stress,College of Life Science,Shandong Normal University,Jinan 250014,China)

Effects of salinity(1 and 120 mmol/L NaCl)and waterlogging on seedling growth,MDA content, antioxidant enzyme activity and root porosity were studied in two sugarbeet cultivars(lines)Y-86-5-1(Y-86) and Y-77-6-3(Y-77).The results indicated that salinity and waterlogging decreased the shoot and root dry weight,especially for root dry weight in Y-77.Waterlogging significantly increased leaf MDA content in Y-86 and Y-77 under 1 and 120 mmol/L NaCl,especially in Y-77.Salinity tends to decrease leaf SOD activity in Y-86 and Y-77.Waterlogging had no significant effect on leaf SOD activity in Y-77,but increased the value in Y-86 under 1 and 120 mmol/L NaCl.Salinity increased the activity of leaf APX and CAT in Y-86,but the opposite trend was observed in Y-77 under waterlogging treatment.Waterlogging increased leaf APX and CAT activity in Y-86 under 120 mmol/L NaCl,but waterlogging had no significant effect on those values in Y-86 under 1 mmol/ L NaCl,and Y-77 under 1 and 120 mmol/L NaCl.The root porosity of Y-86 and Y-77 decreased with increase of salinity content under waterlogging treatment,especially in Y-77.Waterlogging increased root porosity of Y-86 and Y-77 regardless of NaCl concentration.Therefore,compared to Y-77,Y-86 is better adapted to salinity and waterlogging interaction.

sugarbeet;interaction between salinity and waterlogging;MDA;antioxidant enzymes;porosity

S566.3

A

1007－2624（2016）02－0008－04

10.13570/j.cnki.scc.2016.02.003

2015-11-07

時偉偉（1990-），女，山東省菏澤市單縣人，在讀碩士研究生，主要從事植物抗逆機理的研究。

宋杰，Email:songjieever@163.com