盐胁迫对紫花苜蓿生长的影响

盐胁迫对紫花苜蓿生长的影响

盐胁迫是一种重要的非生物胁迫之一。世界上大约20%的灌溉土地发生了不同程度的盐碱化。盐胁迫主要是渗透阈值和离子中毒。由于K+被Na+置换和Na+、Cl-离子的渗入,使生活细胞正常的生化反应和代谢途径发生变化,一些蛋白的正常功能丧失。硅是土壤中含量较丰富的一种元素,但是在土壤中以不溶性的硅酸盐的形式存在,因此土壤中实际可利用的Si元素比较缺乏,但是却有了一些关于硅与生物胁迫和非生物胁迫关系的报道。这些研究结果表明硅可以通过参与植物的代谢过程,减轻盐离子的毒害,营养养分离子的平衡和抗氧化酶的活性来提高植物的抗逆性。紫花苜蓿是重要的豆科牧草,容易受到盐胁迫而使产量降低。针对硅是否可以提高豆科植物紫花苜蓿的抗盐性和是否可以影响盐胁迫下紫花苜蓿的代谢过程,我们设计盐胁迫试验,观察硅的应用对脯氨酸、丙二醛含量和可溶性蛋白含量的影响,来了解硅元素对紫花苜蓿抗盐性的影响,为生产实践中硅肥的使用提供科学依据。1材料和方法1.1试验材料本试验选用的紫花苜蓿品种是中苜一号(高耐盐品种)和德福(低耐盐品种)。1.2塑料盆的培养用6%的NaClO对紫花苜蓿种子消毒5min,然后在光照培养箱中黑暗条件下发芽,温度控制为20～25℃,时间是8～16h,培养基质是细沙。在种子萌发后的第3天,取紫花苜蓿幼苗,用海绵条包裹好,固定在泡沫板的孔内,每个孔固定幼苗4株,然后将固定有幼苗的泡沫板转移到装有完全营养液的塑料盆(13cm高,28cm宽,35cm长)中进行培养(为了避免光照使营养液的温度升高和营养液表面生长绿藻,实验用铝薄纸将塑料盆紧密包裹)。每个塑料盆内装有4.4L营养液,营养液的组成为: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。植株在光照中培养,相对湿度是45%,每天采用450μmol/(m2·s)的生物钠灯光照13h,光照/黑暗时的温度是30℃/25℃。1.3nacl和si的添加植株在完全营养液培养15d,对每个品种进行3个处理,分别为:1.0mmol/LSi、120mmol/LNaCl和120mmol/LNaCl+1.0mmol/LSi,每个处理重复4次,对照(CK)没做任何处理,NaCl和Si的浓度的使用是根据Liang等(1996)在大麦上的报道。NaCl的加入是每12h添加一次,使营养液中NaCl的浓度增加60mmol/L,最终使营养液的NaCl浓度为120mmol/L。Si的使用是通过向营养液中添加K2SiO3,多出的K从营养液中KNO3的用量减掉,而营养液中多减掉的N用加HNO3来补充(Zhu等2004)。每天用0.01mol/LKOH或H2SO4(Zhu等2004)对培养液的pH值进行调节,使培养液的pH值控制在6.0。每7d更换1次培养液,每天向培养液补充由于挥发损失的水分。植株生长期间,用气泵不断的向培养液中通气。NaCl和Si处理15d后,每个处理取4个单株,每个单株分别分成根、茎和叶三部分。分离后的根、茎和叶用于生物量和可溶性蛋白、丙二醛、脯氨酸含量的测定。1.4样品含量测定先制作0～100μg/ml的标准曲线,再称取新鲜绿豆芽下胚轴0.2g放入研钵中,加2ml蒸馏水研磨成匀浆,转移到离心管中,再用6ml蒸馏水分次洗涤研钵,洗涤液收集于同一离心管中,放置0.5～1h以充分提取,然后在4000r/min离心20min,弃去沉淀,上清液转入10ml容量瓶,并以蒸馏水定容至刻度,即得待测样品提取液。吸取提取液0.1ml(做一重复),放入具塞刻度试管中,加入5ml考马斯亮蓝G-250蛋白试剂,充分混合,放置2min后用1cm光径比色杯在595nm下比色,记录光密度D595nm,并通过标准曲线查得待测样品提取液中蛋白质的含量X(μg)。以标准曲线试管做空白。1.5tba吸光度测定测定管: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。对照管:1.5ml重蒸水+2.5ml含0.5%TBA的10%TCA溶液。混合液于100℃水浴加热15min,迅速冷却,4000r/min离心10min。上清液于450nm、532nm、600nm下测定吸光度值。为排除糖类物质对MDA-TBA反应干扰作用,用下列公式消除:C(μmol/L)=6.45(D532nm-D600nm)-0.56D450nm。1.6浸提液、显色液、成分配称取备好的叶片0.5g,分别置于大试管中,加5ml3%磺基水杨酸溶液,管口加盖,于沸水浴中浸提10min。取出试管,待冷却至室温后,吸取上清液2ml,加2ml的冷乙酸和3ml显色液,于沸水浴中加热40min。取出冷却后各管加入5ml甲苯充分振荡摇匀,以萃取红色物质,在520nm波长下比色。1.7统计分析对试验数据采用SPSS(10.0)进行单因素方差分析(LSD)。2结果与分析2.1盐胁迫对德福品种干重的影响如表1所示,NaCl处理后,2个品种的茎干重和德福品种的叶、根干重显著降低。在盐胁迫的条件下添加Si会明显增加两个品种茎的干重。在没有盐胁迫的条件下添加Si对2个品种的根、茎、叶干重没有显著影响。2.2中福品种根和中苜蓿配方中可溶性蛋白含量的变化如图1所示,NaCl和Si处理15d对中苜一号和德福两个紫花苜蓿品种植株根中的可溶性蛋白含量没有显著影响,但是导致茎和叶片中的可溶性蛋白含量升高。在对照处理中,德福品种根中的可溶性蛋白的含量明显高于中苜一号品种根中的可溶性蛋白含量,而德福品种茎和叶片中的可溶性蛋白的含量均明显低于中苜一号品种茎和叶片中的可溶性蛋白的含量。NaCl+Si处理与NaCl处理比较,德福和中苜一号品种茎中的可溶性蛋白含量明显降低,分别降低了25%和16%,而叶片中的可溶性蛋白含量降低不明显。2.3不同处理对紫花苜蓿植株脯氨酸含量的影响如图2所示,Si处理15d对中苜一号和德福两个紫花苜蓿品种植株根、茎和叶片中的脯氨酸含量没有明显影响。NaCl处理15d后中苜一号和德福两个紫花苜蓿品种植株的根、茎和叶中的脯氨酸的含量明显升高,而且低耐盐品种德福植株的根、茎和叶中的脯氨酸含量均明显高于高耐盐品种中苜一号植株的根、茎和叶中的脯氨酸含量。NaCl胁迫添加Si后,德福品种根中和中苜一号品种茎中的脯氨酸含量明显高于NaCl单独处理中的脯氨酸的含量。2.4不同耐盐品种中对丙二醛、多根叶和叶的mda含量如图3所示,NaCl处理使两个品种根、茎和叶中的丙二醛(MDA)含量显著升高,而且低耐盐品种德福根、茎和叶中的MDA含量显著高于高耐盐品种中苜一号根、茎和叶的MDA含量。NaCl胁迫添加Si后,使两个品种根和茎中的MDA含量显著降低,低耐盐品种德福叶片中的MDA的含量也明显降低。3盐胁迫对紫花苜蓿幼苗可溶性蛋白和脯氨酸含量的影响盐份是限制植物生长的作物产量的重要的环境因素。在几种植物上已经报导通过添加Si能提高植物抗盐能力。本研究中,Si能提高紫花苜蓿的抗盐能力,能使受到盐胁迫的紫花苜蓿植株的生物量增加。一些报道认为Si提高植物抗盐能力的原因是降低了植物茎的Na+含量,这些报导主要是在水稻、牧豆树和大麦上。在逆境条件下,植物体内会发生一系列的生理生化变化,从而使某些蛋白质的合成途径将受到抑制,同时也会出现一些新合成或合成增强的蛋白质。赵可夫等报道在较低盐浓度胁迫的条件下植物蛋白的合成会增加,当盐浓度达到极端值时,某些蛋白质的合成受到抑制,而且有些蛋白质水解为氨基酸。在本研究中发现,120mmol/L盐胁迫的条件下紫花苜蓿茎和叶的可溶性蛋白的含量显著升高,这可能是由于120mmol/L浓度的NaCl能够诱导一些与植物抗盐有关的蛋白合成,而没有造成其他蛋白的大量水解。另外在盐胁迫的条件下添加Si导致茎的可溶性蛋白含量的显著降低,这可能是由于Si的加入抑制了根对钠离子的吸收,从而使紫花苜蓿受到盐胁迫的程度得到缓解所至。本研究中,首先对反映盐胁迫程度的重要生理指标丙二醛、可溶性蛋白和脯氨酸含量进行了检测。植物在逆境条件下,往往发生膜脂过氧化作用,MDA是其产物之一,通常利用它作为脂质过氧化指标,来表示细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件反应的强弱,在盐胁迫的条件下,紫花苜蓿德福和中苜一号两个品种根、茎、叶的MDA的含量被诱导升高,表明紫花苜蓿在120mmol/L胁迫条件下整个植株诱导发生膜脂过氧化作用。从本试验结果中还可以看出,低耐盐品种德福植株发生了较强的膜脂过氧化作用。在盐胁迫的条件下添加Si使两个紫花苜蓿品种根、茎、叶的MDA的含量降低,这表明Si有降低紫花苜蓿受盐胁迫的程度,抑制膜脂过氧化的作用。本研究中发现,两个紫花苜蓿品种在120mmol/L浓度的盐胁迫下,低耐盐品种德福根、茎、叶的脯氨酸含量明显高于高耐盐品种中苜一号的根、茎、叶的脯氨酸的含量。这可能是由于低耐盐品种德福受到较重的盐胁迫而导致脯氨酸的含量有较高的积累。在NaCl+Si的处理中,低耐盐品种德福的茎和叶的脯氨酸含量和高耐盐品种中苜一号根的脯氨酸的含量明显高于NaCl处理,这表明Si能能够促进脯氨酸的合成来增强植物受到渗透胁迫时的渗透调节能力,从而提高植物的抗盐性。4生长