小麥耐鹽性的生理響應(yīng)

高鹽是限制農(nóng)業(yè)生長(zhǎng)的主要威脅環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上約10.108hm2的農(nóng)業(yè)土地被鹽占，生鹽化日益嚴(yán)重。對(duì)農(nóng)業(yè)的威脅是一個(gè)全球問(wèn)題。鹽的形成改變了許多植物的生理生化過(guò)程，破壞了植物組織和細(xì)胞的結(jié)構(gòu)功能，抑制了植物生長(zhǎng)發(fā)育。例如，植物組織和細(xì)胞的離子平衡受阻礙，葉片和根系的質(zhì)量損失受影響，植物和根系的植物變化很大，減少了對(duì)植物的抵抗力。降低葉色和植物活力以抑制植物活力。一些作物具有很強(qiáng)的耐鹽性，可以在高鹽環(huán)境中保持高產(chǎn)，研究這些作物對(duì)鹽的適應(yīng)性，闡明植物的抗逆機(jī)，對(duì)解決世界上的高鹽問(wèn)題非常重要。89122是在高粱d驅(qū)動(dòng)下從小麥體內(nèi)采集的一系列耐鹽小麥。王曉娟等人發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)檢測(cè)鹽勢(shì)的影響時(shí)，89122小麥可以維持高鹽量的超氧化物環(huán)氧化酶（sod）和過(guò)氧化氫酶（cat）的活性，但沒(méi)有觀察到89122年不同生理指標(biāo)的變化。特別是，分析鹽勢(shì)過(guò)程中離子濃度的變化，有必要闡明有關(guān)小麥鹽適應(yīng)性機(jī)制的報(bào)告。本實(shí)驗(yàn)采用了89122年耐鹽性和9614年敏感小麥的信息，探討了這些信息的變化與小麥適應(yīng)性的關(guān)系，闡明了小麥對(duì)鹽環(huán)境的適應(yīng)性機(jī)制。1材料和方法1.1小麥幼苗生長(zhǎng)和幼苗素質(zhì)的測(cè)定小麥選用甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供的兩個(gè)品種(89122和9614).種子用0.1%的HgCl2消毒15min,流水多次沖洗,暗中萌發(fā)24h后,種植于鋪有石英砂的白瓷盤中,置于25℃,14h/10h(光照/黑暗)的培養(yǎng)箱中培養(yǎng),定期澆水.待小麥幼苗長(zhǎng)出二葉后用NaCl處理,取葉片用于實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的檢測(cè).1.2稱重wt和冷卻冷卻1g小麥葉片投入水中浸泡4h,取出吸干表面水分后進(jìn)行稱重(wT),而后在干燥箱中以105℃烘1h,80℃烘24h,置于干燥器中冷卻至室溫后,稱重(wD).相對(duì)含水量1.3測(cè)定總色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5g的小麥葉片用80%的丙酮抽提,離心后去沉淀,取上清液用分光光度計(jì)測(cè)定663,646nm處的光吸收值.色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照LICHTENHALER的方法計(jì)算,單位為μg/g.1.4蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定0.5g葉片,加入1.5mL預(yù)冷的內(nèi)含0.1%PVP,0.1mmol/LEDTA,1mmol/L抗壞血酸磷酸(pH=7.8)緩沖液,4℃冰浴研磨,15000g離心30min,取上清液.蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的檢測(cè)參照BRARADfORD的方法,用考馬斯亮藍(lán)G-250做顯色劑,分光光度計(jì)在波長(zhǎng)595nm處測(cè)定OD值,以牛血清白蛋白為標(biāo)準(zhǔn)并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù).1.5等離子發(fā)射法葉片組織中離子的抽提參照文獻(xiàn)的方法,以Na+,K+,Ca+質(zhì)量濃度均為70×10-6的標(biāo)準(zhǔn)液為對(duì)照,用型號(hào)為L(zhǎng)ABTAM8410的等離子發(fā)射光譜儀分別在波長(zhǎng)為588.995,766.49,393.366nm下檢測(cè)Na+,K+,Ca2+質(zhì)量濃度,所用參數(shù):功率1.2kW,R<5W,Sample3.0,Aux2.5,Cool4.0.1.6吸光度測(cè)定H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的檢測(cè)參照SERGIEV等的方法.0.5g小麥葉片,加入預(yù)冷的5mL0.1%的三氯乙酸研磨,12000g離心20min,取0.7mL上清夜,加0.7mL10mmol/L的磷酸緩沖液和1.4mL1mol/L的碘化鉀,390nm測(cè)定吸光值,單位以ng/g表示.1.7吸光度測(cè)定取小麥葉片0.5g,加入4mL0.25%的硫代巴比妥酸(TBA)研磨后,置于98℃的水浴鍋中溫育30min,待試管冷卻后以12000g離心10min,吸取上清液測(cè)450,532,600nm處的吸光值.2結(jié)果與分析2.1鹽脅迫對(duì)小麥葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響鹽脅迫對(duì)植物造成滲透脅迫,引起細(xì)胞失去水分.150mmol/LNaCl處理小麥48h,取葉片測(cè)定相對(duì)含水量的變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn):鹽脅迫引起小麥葉片相對(duì)含水量減少.未處理時(shí),89122和9614小麥葉片相對(duì)含水量分別為96%和98%,NaCl處理后相對(duì)含水量分別降為87%和76%,表明89122小麥與9614小麥相比在鹽脅迫過(guò)程中具有較強(qiáng)的保水能力.鹽脅迫下植物葉片中葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)不僅直接關(guān)系著植物的光合作用,而且也是衡量植物耐鹽性的重要生理指標(biāo)之一.因此,我們檢測(cè)了鹽脅迫下89122和9614兩種小麥葉片中葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化.如圖1所示,150mmol/LNaCl處理下,兩種小麥葉片中葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量均減少,9614小麥葉綠素的減少幅度大于89122小麥的.與對(duì)照比,150mmol/LNaCl脅迫處理48h后,89122小麥葉片葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低約13.4%、葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低約21.5%、葉綠素總量降低約15.6%;而9614小麥葉片葉綠素a和葉綠素b質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降低約15.8%,39.2%,葉綠素總量降低約23.4%(圖1),表明鹽脅迫過(guò)程中小麥葉片中葉綠素被破壞,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降.計(jì)算w(葉綠素a)/w(葉綠素b)顯示,NaCl處理后89122和9614小麥葉片的w(葉綠素a)/w(葉綠素b)明顯高于未處理時(shí)的(89122小麥未處理時(shí)w(葉綠素a)/w(葉綠素b)為2.62,150mmol/LNaCl處理48h后增加到2.89;9614小麥未處理時(shí)w(葉綠素a)/w(葉綠素b)為2.70,鹽處理后變?yōu)?.81),表明鹽脅迫過(guò)程中小麥葉片葉綠素b的破壞程度明顯強(qiáng)于葉綠素a的.植物體內(nèi)蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加是植物在逆境的適應(yīng)表現(xiàn),可作為鑒定植物相對(duì)抗性的指標(biāo).從圖2可看出NaCl脅迫處理12h和24h后,89122小麥葉片中可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)由對(duì)照時(shí)的8.47mg/g分別增加到10.56mg/g和9.33mg/g,而處理48h后,可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)降為8.83mg/g(圖2),表明鹽脅迫的早期可能促進(jìn)89122小麥葉片可溶性蛋白的合成,但隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),89122小麥葉片可溶性蛋白的合成逐漸被抑制.鹽脅迫導(dǎo)致9614小麥葉片可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯減少,且隨處理時(shí)間的延長(zhǎng),減少程度加劇.與對(duì)照相比,NaCl脅迫處理12h,24h和48h,9614小麥葉片中可溶性蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別減少約11%,17%和37%(圖2),表明鹽處理過(guò)程中9614小麥葉片中可溶性蛋白的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少,此效應(yīng)具有時(shí)間依賴性,這可能是由于鹽脅迫抑制了可溶性蛋白的合成而引起,也可能與鹽脅迫對(duì)9614小麥蛋白質(zhì)的破壞降解有關(guān).2.2u3000nacl對(duì)k+和ca2+質(zhì)量濃度的影響鹽脅迫干擾植物細(xì)胞和組織中離子的分布,特別是K+,Na+和Ca2+,這些離子質(zhì)量濃度的變化在一定程度上反映了植物的耐鹽性.我們檢測(cè)150mmol/LNaCl處理下小麥葉片中K+,Na+,Ca2+質(zhì)量濃度的變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)150mmol/LNaCl處理12h,24h時(shí),89122葉片中K+質(zhì)量濃度由對(duì)照時(shí)的64.69μg/mL分別增加到78.61μg/mL和72.87μg/mL(增加約21%和13%),處理48h后,葉片中K+質(zhì)量濃度降為65.85μg/mL;而NaCl處理后,9614葉片中K+質(zhì)量濃度與對(duì)照相比變化不大(圖3),表明89122小麥可能有較高的選擇性吸收K+及將K+轉(zhuǎn)運(yùn)至地上部的能力.鹽脅迫使89122和9614小麥葉片中Na+和Ca2+質(zhì)量濃度均增加,此效應(yīng)有時(shí)間依賴性.150mmol/LNaCl處理12h后,89122小麥葉片中Na+和Ca2+質(zhì)量濃度分別是對(duì)照的10倍和1.25倍,9614葉片中這兩種離子質(zhì)量濃度增加為對(duì)照的8.9倍和1.53倍;處理48h后,89122葉片中Na+質(zhì)量濃度與對(duì)照相比增加了38倍,Ca2+質(zhì)量濃度由4.27μg/mL增加到9.64μg/mL(增加約2.26倍),9614葉片中Na+質(zhì)量濃度增加為對(duì)照的36倍,Ca2+質(zhì)量濃度由5.00μg/mL增加到12.20μg/mL(增加約2.44倍)(圖3).結(jié)果表明,鹽脅迫使89122小麥葉片中K+質(zhì)量濃度先增加后減少,而使9614小麥葉片中K+質(zhì)量濃度無(wú)明顯變化,但鹽脅迫引起兩種小麥葉片中Na+和Ca2+質(zhì)量濃度均增加.2.3鹽脅迫對(duì)小麥幼苗葉片的抗氧化活性影響H2O2是植物體內(nèi)一種主要的活性氧(AOS),其質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化一定程度上反應(yīng)AOS的產(chǎn)生.鹽脅迫使兩種小麥葉片H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增加,隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì),9614小麥的上升幅度大于89122小麥的(圖4).與對(duì)照比,150mmol/LNaCl處理12h,24h和48h后,89122小麥幼苗葉片中H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加約12%,20%和16%,9614小麥分別增加約34%,44%和69%(圖4),表明鹽脅迫使9614小麥葉片代謝H2O2的能力明顯弱于89122小麥的.鹽脅迫誘導(dǎo)活性氧的產(chǎn)生并對(duì)植物造成氧化脅迫.丙二醛是膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物,其量的變化可作為衡量逆境脅迫對(duì)植物造成氧化損害的指標(biāo).檢測(cè)了小麥葉片中的丙二醛質(zhì)量分?jǐn)?shù).150mmol/LNaCl處理12h和24h后,89122小麥葉片MDA質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不明顯,脅迫48h后MDA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加為對(duì)照的142%(圖5).鹽脅迫使9614小麥幼苗葉片內(nèi)MDA質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增加.150mmol/LNaCl處理12h,24h和48h后,9614小麥葉片MDA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加為對(duì)照的129%,137%和167%(圖5).結(jié)果表明:89122小麥具有較強(qiáng)的抵抗膜脂過(guò)氧化的能力,而鹽脅迫對(duì)9614小麥葉片造成了較強(qiáng)的氧化損害.3鹽脅迫對(duì)小麥葉片葉綠素酶活性的影響鹽脅迫使植物一系列生理過(guò)程發(fā)生改變,抑制其生長(zhǎng)發(fā)育.鹽敏感性不同的植物在鹽脅迫過(guò)程中表現(xiàn)出不同的生理變化.因而,研究植物生理過(guò)程的變化可反映植物對(duì)鹽的適應(yīng)性,揭示植物的抗鹽機(jī)理.檢測(cè)NaCl處理后89122和9614兩種小麥葉片中相對(duì)含水量的變化,結(jié)果顯示:與未處理時(shí)相比,150mmol/LNaCl處理48h后89122和9614小麥葉片相對(duì)含水量都降低,9614小麥相對(duì)含水量降低的程度明顯大于89122小麥的,表明鹽脅迫處理后89122小麥具有較強(qiáng)的保水能力.葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的基本色素,其量的變化直接影響著植物光合作用的進(jìn)行.鹽脅迫引起植物葉綠素的降解.NaCl處理后,89122和9614小麥葉片中葉綠素a,葉綠素b和葉綠素總量均減少(圖1),但89122小麥的減少幅度小于9614小麥的,表明其對(duì)鹽脅迫的抵抗能力較強(qiáng).分析w(葉綠素a)/w(葉綠素b)顯示,89122小麥未處理時(shí)w(葉綠素a)/w(葉綠素b)為2.62,150mmol/LNaCl處理48h后增加到2.89;9614小麥未處理時(shí)w(葉綠素a)/w(葉綠素b)為2.70,鹽處理后變?yōu)?.81,表明NaCl處理使兩種小麥葉片葉綠素a的下降幅度小于葉綠素b的.葉綠素酶的作用主要是引起葉綠素b的降解,對(duì)葉綠素a的影響較小.鹽脅迫過(guò)程中葉綠素酶的活性增強(qiáng).NaCl處理后89122和9614小麥葉片w(葉綠素a)/w(葉綠素b)增大,表明鹽脅迫對(duì)小麥葉片葉綠素b的破壞程度明顯強(qiáng)于對(duì)葉綠素a的,這可能與鹽脅迫過(guò)程中葉綠素酶活性增強(qiáng)有關(guān).可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)是植物細(xì)胞內(nèi)酶系統(tǒng)穩(wěn)定的標(biāo)志.植物體內(nèi)的大多數(shù)酶主要以可溶性蛋白的形式存在,如與光合作用有關(guān)的酶類.在一定脅迫條件下,植物體內(nèi)蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高是植物對(duì)逆境脅迫適應(yīng)的一種表現(xiàn),可作為植物相對(duì)抗性的一種指標(biāo).150mmol/LNaCl處理的早期,89122小麥葉片中可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,而9614小麥葉片中可溶蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨處理時(shí)間延長(zhǎng)呈遞減趨勢(shì)(圖2).這一結(jié)果表明鹽脅迫可能促進(jìn)了89122小麥葉片可溶性蛋白的合成,而可能抑制了9614小麥葉片中可溶性蛋白的合成或引起了9614小麥葉片可溶性蛋白的破壞降解.鹽脅迫造成滲透脅迫、導(dǎo)致植物細(xì)胞失水是高鹽對(duì)植物傷害的原因之一.植物細(xì)胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響細(xì)胞內(nèi)滲透勢(shì)的大小,滲透勢(shì)越低,越有利于水分的吸收.NaCl處理使89122小麥葉片中可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,降低了細(xì)胞的滲透勢(shì),這可能是鹽處理過(guò)程中89122小麥葉片能保持較高相對(duì)含水量的原因之一.高鹽干擾植物細(xì)胞或組織的離子平衡,使細(xì)胞喪失Ca2+和K+[3).耐鹽植物的重要特征之一是具有保持細(xì)胞內(nèi)K+的能力.在鹽脅迫過(guò)程中,植物整體水平離子質(zhì)量濃度的變化可能與細(xì)胞水平的變化有差別.NaCl處理12h和24h,89122小麥葉片中K+質(zhì)量濃度比對(duì)照增加約21%和13%,而9614小麥葉片K+質(zhì)量濃度變化不大,表明89122小麥可能具有較高的選擇性吸收K+及將K+轉(zhuǎn)運(yùn)至地上部的能力.鹽脅迫引起植物細(xì)胞內(nèi)Na+質(zhì)量濃度升高,對(duì)植物造成離子毒害.150mmol/LNaCl處理12h后,89122小麥葉片中Na+增加為對(duì)照的10倍,9614小麥葉片中為對(duì)照的8.9倍;處理48h后,89122小麥葉片中Na+質(zhì)量濃度比對(duì)照增加了38倍,9614小麥葉片中Na+質(zhì)量濃度增加為對(duì)照的36倍(圖3).該結(jié)果與WATSON等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致.鹽脅迫引起植物組織中高Na+是鹽脅迫造成的最大危害.從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果看89122和9614小麥葉片中Na+質(zhì)量濃度的變化似乎不能說(shuō)明89122小麥具有強(qiáng)的耐