劉 鵬, 周 蜜， 陳小倩, 酈 楓， 陳建華，方 芳， 吳玉環(huán), 章 藝

(1.浙江師范大學 化學與生命科學學院,浙江 金華 321004；2.杭州師范大學 生命與環(huán)境科學學院，浙江 杭州 310036；3.浙江旅游職業(yè)學院，浙江 杭州 311231)

菊芋(HelianthustuberousL.)為菊科多年生草本，是向日葵屬的一種植物.菊芋本身對生態(tài)環(huán)境條件要求并不嚴苛，因而世界各地均有其分布和栽培[1-2].在一些鹽堿土壤的生物修復(fù)上，菊芋的應(yīng)用已經(jīng)初具規(guī)模，國內(nèi)外對菊芋的抗逆性也正在進行深入鉆研.地下塊莖是菊芋主要的價值來源，其主要成分為屬于多聚果糖的菊粉，菊粉可在菊粉酶的水解作用下成為果糖[3]，此外,菊芋通過微生物發(fā)酵能夠生產(chǎn)乙醇和油脂，所以又有“能源植物之稱”[4-5].菊粉這種有機物也可以作為原料經(jīng)過多種反應(yīng)制備成氫能與多種化學品[6]，胡素琴等[7]就菊芋開發(fā)利用的前景進行了探索，結(jié)果表明,其地上部分與扎根于地下的塊莖均有很高的實用價值.

高氯酸鹽在自然界中以極微量的形態(tài)存在，而由于重工業(yè)及航天業(yè)的發(fā)展，人為造成高氯酸鈉(NaClO4)的污染比重日趨增大.通常情況下，高氯酸鹽極易溶解于水，在土壤中會隨水分和無機鹽一起被攝入植物體內(nèi)，加之其具有穩(wěn)定的化學特性，一般在生物體內(nèi)很難將其降解.陳桂葵等[8]的研究表明，氯酸鹽是高氯酸鹽的中間代謝產(chǎn)物，其與錳毒復(fù)合污染效應(yīng)協(xié)同，會使得水稻(OryzasativaL.)鐵錳營養(yǎng)嚴重失調(diào)，從而導(dǎo)致“燒苗”癥狀加重.與此同時，氯酸鹽對龍眼(DimocarpuslonganLour.)具有脅迫效應(yīng)，對菌根有嚴重的毒害效應(yīng)[9].之前所探索的植物抗鹽類脅迫，大多以加入單鹽氯化鈉(NaCl)或中性鹽模擬脅迫條件來進行.近年來有學者[10]進行了關(guān)于水稻等其他作物的高氯酸鹽脅迫實驗，結(jié)果表明，植物根系仍然是毒害效應(yīng)最易識別的植物體部位.除此之外，各類抗氧化酶的活性變化能夠相對準確地反映出這套體系應(yīng)對逆境時的運作情況，植物體各器官生物量及糖分含量的變化也是判斷植物抗逆性強弱的重要根據(jù).目前在我國南方地區(qū)，對于菊芋在酸鋁及鹽堿環(huán)境下的研究，已經(jīng)進行了大量的工作并取得了較好的成效，然而，有關(guān)菊芋在高氯酸鈉污染環(huán)境的生長目前仍未見相關(guān)報道.本文旨在探究菊芋在高氯酸脅迫下的根系特性、光合特點及抗氧化酶系統(tǒng)等變化情況，有助于完善高氯酸鈉對不同植物體的脅迫效應(yīng)方面的探討，同時尋找較高濃度高氯酸鹽環(huán)境下的緩解途徑，并為完善菊芋在不同脅迫環(huán)境下的種植管理提供理論支撐.

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

本實驗前期以多個菊芋品種為材料，用NaCl進行脅迫實驗，篩選出徐州、濰坊、南京3個不同產(chǎn)地耐鹽較好的菊芋品種.選取具有發(fā)芽能力的菊芋塊莖萌發(fā)，苗齡20 d后從3個產(chǎn)地中各自選取高度一致的材料各21盆(共63盆)，每種隨機分成7組(共21組)，每組3盆(3次重復(fù))，每盆留苗1株，施加含不同濃度NaClO4和NaCl進行脅迫處理，NaClO4濃度為50，100，150 mmol/L，NaCl濃度與之相同，對照組加1/2 Hoagland營養(yǎng)液，20 d后測定各項指標.實驗所用材料、濃度梯度皆由前期預(yù)實驗所得.

1.2 生物量、葉綠素熒光特性和根系活力的測定

1)測定生物量：根長、株高與鮮重.

2)測定葉綠素熒光特性：葉綠素儀(SPAD-502PLUS)測定葉綠素的含量.調(diào)制葉綠素熒光儀(PAM-10，Walz)測定葉綠素熒光參數(shù)，方法參照文獻[11].

3)測定根系活力：稱取洗凈鮮根0.3 g，放置于試管中，加入濃度為0.4% TTC 5 ml和磷酸(H3PO4)緩沖液(pH 7.5)5 mL，恒溫37 ℃下反應(yīng)3 h，注入2 mL濃度為2 mol/L的硫酸(H2SO4)終止反應(yīng)；將根取出，擦干，并將3 mL乙酸乙酯(CH3COOC2H5)和少量石英砂于研缽中研磨，溶解后倒入10 mL容量瓶中，加入乙酸乙酯定容、搖勻、靜置至完全沉淀，將濾液置于485 nm處比色，記錄其光密度，對照查出標準曲線的轉(zhuǎn)鐵蛋白(TRF)含量.TRF可以代表TTC還原量，即能表示脫氫酶活性，因此，TRF可作為根系活力的指標.

1.3 MDA含量及抗氧化酶活性的測定[12]

丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法進行測定；過氧化物酶(POD)活性采用性愈創(chuàng)木酚法進行測定；超氧化物岐化酶(SOD)活性采用NBT光化還原法進行測定；過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法進行測定；葉片脯氨酸(Pro)含量采用茚三酮試劑顯色法測定.

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法分析3個耐鹽菊芋品種(徐州、濰坊、南京)不同生理指標在不同脅迫下的相關(guān)性.數(shù)據(jù)分析：用SPSS 22軟件分析相關(guān)性及顯著性，用Origin 9及Execl 2010繪制圖表.

2 結(jié)果分析

圖1 NaClO4和NaCl對3個菊芋品種植株SOD酶活性影響 圖2 NaClO4和NaCl對3個菊芋品種植株P(guān)OD酶活性影響

圖3 NaClO4和NaCl對3個菊芋品種植株CAT酶活性影響 圖4 NaClO4和NaCl對3個菊芋品種植株根系活力影響

從圖4可以看出，就菊芋根系活力的影響性來說，NaClO4較NaCl的作用力更加顯著.具體表現(xiàn)在當NaClO4處理濃度為0～50 mmol/L時，徐州、南京菊芋根系活力隨濃度增大而顯著上升，且高于等濃度下NaCl處理組；在50 mmol/L達到最大值，分別為175.42，168.65 μg/g，明顯高于對照和NaCl處理組.但隨著鹽脅迫加重，后呈現(xiàn)下降趨勢.而濰坊產(chǎn)地菊芋在NaClO4濃度為100 mmol/L處理時達到最大值，但上升趨勢較緩，在150 mmol/L濃度處理時與其他兩地的菊芋相似，出現(xiàn)顯著的下降，降幅為3個品種中最高，達到52.3%.3個品種的根系活力最低水平，均出現(xiàn)在高濃度NaClO4處理條件下，分別為對照的90.2%，78.4%和52.25%.

圖5 NaClO4和NaCl對3個菊芋品種 葉片Pro含量影響

葉片Pro是菊芋抗逆性的重要指標之一.NaClO4和NaCl處理后的菊芋根系Pro含量結(jié)果如圖5顯示，不同濃度的NaCl處理后Pro含量明顯增加，但處理之間的差異不顯著.而NaClO4處理各組呈現(xiàn)的變化不盡相同，均相比對照組有較明顯的上升趨勢，其中數(shù)值反映最明顯的是南京菊芋，高、中、低3個濃度處理的Pro含量分別是對照的1.62，1.41，1.37倍.隨脅迫濃度增大，當NaClO4和NaCl的濃度都達到150 mmol/L時，南京菊芋在2種脅迫間的差異最顯著，特別是在NaCl處理濃度時葉片Pro含量較低，NaClO4處理濃度是其1.51倍.在低濃度脅迫處理下，各品種菊芋間的差異不顯著，不能明顯比較出根系抗逆，當在濃度為150 mmol/L時，則各組出現(xiàn)了明顯的波動，在不同條件下測定到3個菊芋品種均顯著高于對照.在較高濃度NaClO4處理下，各品種間比較明顯看到了根系對逆境的敏感性差異為南京菊芋>徐州菊芋>濰坊菊芋.

隨著NaClO4和NaCl濃度的增高，菊芋幼苗的可溶性糖含量呈有規(guī)律變化(見圖6).在NaCl處理下，徐州和南京2個品種均出現(xiàn)先升后降再升的變化趨勢，但最大值都低于同濃度的NaClO4處理組，且這2個品種高濃度NaClO4處理下均有極顯著上升，分別上升了12.25%和22.25%，濰坊菊芋則不明顯.在處理濃度為50 mmol/L時，3個產(chǎn)地菊芋的可溶性糖含量差異不顯著；當處理濃度增至100 mmol/L時，南京菊芋同比增加了23.01%，而徐州及濰坊同比分別增加了27.17%，19.45%；在150 mmol/L時具有顯著差異，2種鹽脅迫處理下，南京和濰坊菊芋的可溶性糖含量相近，分別較對照增加了31.64%和29.43%，二者NaClO4脅迫的可溶性糖含量較NaCl 脅迫處理高了7.3%和6.9%.

MDA的含量在一定程度上可以反映出植物細胞膜系統(tǒng)受到損傷的程度大小.從圖7也可看出，在NaClO4和NaCl處理下，南京菊芋MDA的濃度劑量效應(yīng)十分明顯且相似，都呈現(xiàn)出先緩慢波動后迅速升高的趨勢，且在150 mmol/L濃度下達到最大，NaClO4處理組是NaCl處理組的1.5倍.雖然徐州菊芋和濰坊菊芋的劑量效應(yīng)沒有如此明顯，但對同一品種內(nèi)不同濃度梯度數(shù)據(jù)觀察后仍可發(fā)現(xiàn)，徐州菊芋在低、中、高濃度的NaClO4下與對照組相比分別是其1.24，1.18和2.13倍，而濰坊為1.46，2.12，2.63倍，南京菊芋則為1.46，2.44和4.27倍.此外，由圖7還可以發(fā)現(xiàn)，盡管NaClO4和NaCl處理之間有一定的差異，但均能從不同程度來提升葉片MDA的含量，只是較NaCl而言，NaClO4的脅迫會使得菊芋幼苗葉片細胞膜結(jié)構(gòu)的損害更加嚴重.

圖6 NaClO4和NaCl對3個菊芋品種植株可溶性糖含量影響 圖 7 NaClO4和NaCl對3個菊芋品種植株MDA含量的影響

圖8 NaClO4和NaCl對3個菊芋品種植株葉綠素含量的影響

3 討 論

表1 NaClO4和NaCl對3個菊芋品種各熒光參數(shù)的影響

注：表內(nèi)數(shù)字后不同小字母表示不同處理差異(P<0.05).