盐胁迫对西瓜幼苗生长_叶片光合色素和脯氨酸含量的影响_韩志平

南京农业大学学报 2008,31(2):32-36JournalofNanjingAgriculturalUniversity

盐胁迫对西瓜幼苗生长、叶片光合色素和脯氨酸含量的影响

韩志平,郭世荣

(1.南京农业大学园艺学院,江苏南京210095;

1

1*

,冯吉庆,高新昊

21

2.南京市江宁区蔬菜技术推广站,江苏南京211100)

摘要:为研究盐胁迫对西瓜植株伤害的生理机制,考察了西瓜幼苗在盐胁迫下的生长和生理响应。采用营养液水培法,研究了不同浓度NaCl胁迫对西瓜幼苗生长、叶片光合色素含量、质膜相对透性和脯氨酸含量的影响。结果表明:低浓度(25、50mmol#L-1)NaCl处理促进了西瓜幼苗的生长,高浓度(75、100和150mmol#L-1)NaCl胁迫则明显抑制了西瓜幼苗的生长;随NaCl浓度增加,叶片质膜相对透性显著增大;叶片光合色素含量和脯氨酸含量均表现为低浓度下增加而高浓度下降低的规律,光合色素含量在75mmol#L-1NaCl处理下达到最大值,脯氨酸含量在50mmol#L-1NaCl处理下达到最大值。研究表明:低浓度NaCl处理对西瓜幼苗不但未产生胁迫伤害反而对幼苗生长有促进作用,高浓度NaCl胁迫则严重抑制了西瓜幼苗生长,破坏了幼苗细胞膜结构,影响了光合色素和脯氨酸的正常代谢。关键词:西瓜;盐胁迫;光合色素;脯氨酸

中图分类号:S651 文献标识码:A 文章编号:1000-2030(2008)02-0032-05

Effectofsalinityonplantgrowth,photosyntheticpigmentsand

prolinecontentinleavesofwatermelonseedlings

HANZh-iping,GUOSh-irong,FENGJ-iqing,GAOXin-hao

2.

1

1*

2

1

(1.CollegeofHorticulture,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China;JiangningDistrictVegetableTechnologyExtentionStation,NanjingCity,Nanjing211100,China)

Abstract:Tolayafoundationforfurtherstudyingandclarifyingthephysiologicalmechanismofwatermelonplantundersalinity,thegrowthandphysiologicalchangesofwatermelonseedlingsinresponsetosalinitywereexplored.Theeffectsofdifferentconcen-trationNaClstressonplantgrowth,

photosyntheticpigmentscontent,relativemembranepermeabilityandprolinecontentinleaves

100and150

ofwatermelon(CitrulluslanatusM.)seedlingsgrownhydroponicallywerestudied.Theresultsshowedthatlowerconcentration(25and50mmol#L-1)NaCltreatmentsimprovedwatermelonseedlingsgrowthwhilehigherconcentration(75,mmol#L-1)NaClstressesobviouslyinhibiteditsgrowth;withincreasingNaClconcentration,creasedsignificantly,however,

concentrationanddecreasedathigherconcentration,growthratherthancausedstress-induceddamage;seedlings.

Keywords:watermelon;

salinitystress;photosyntheticpigments;proline

[1]

relativemembranepermeabilityin-

photosyntheticpigmentsandprolinecontentinleavesshowedclearregularitythatincreasedatlower

andreachedthehighestvalueat75mmol#L-1NaClforphotosyntheticpig-higherconcentrationsalinitysignificantlyinhibitedplantgrowth,

mentscontent,at50mmol#L-1NaClforprolinecontent.Theresearchrevealedthatlowerconcentrationsalinitycontributedto

onthecontrary,

destroyedthestructureofcellmembraneandinfluencedthenormalmetabolismofphotosyntheticpigmentsandprolineinwatermelon

盐胁迫是植物生长和产量的主要环境胁迫因子

2[2]

。全世界盐渍土地约10亿hm,约占陆地总

2

面积的10%,我国约有盐渍土2600万hm。近年来,设施栽培特别是温室和大棚栽培面积迅速扩

大,但由于栽培设施的封闭性特点和肥水管理不当等原因,使设施内土壤盐分积聚,导致土壤盐渍化

[3]

,严重影响了栽培设施的利用效率,制约着设施栽培的可持续高效发展。

盐胁迫对植物的危害是多方面的,包括渗透胁迫、离子毒害和细胞内离子平衡的破坏等

[4]

。非盐

生植物在盐胁迫下最普遍和最显著的变化就是生长受到抑制,因此生物量降低百分比常作为评价植物耐盐性的重要指标

[5]

。叶片中光合色素含量是反映植物光合能力的一个重要参数,环境因子的改变会引

收稿日期:2007-01-19

基金项目:江苏省自然科学基金项目(BK2006140);江苏省农业三项工程项目(SX(2005)088)

*

作者简介:韩志平,博士研究生。通讯作者:郭世荣,教授,主要从事蔬菜作物逆境生理和设施园艺与无土栽培方面的研究,

E-mai:lsrguo@njau1edu1cn。第2期 韩志平等:盐胁迫对西瓜幼苗生长、叶片光合色素和脯氨酸含量的影响

[6]

#33#

起光合色素含量的变化,进而引起光合性能的改变,而光合性能的好坏最终将影响作物的生长、产量和品质。质膜相对透性是植物膜系统稳定与否的重要指标,而膜系统的稳定性与植物抗盐能力密切相关

[7]

。脯氨酸(Pro)在植物细胞内的积累,作为逆境胁迫的一个信号,或溶质分子参与细胞渗透调

[8]

节,与植物抗盐性关系密切。

[9]

植物对盐胁迫响应的研究始于20世纪70年代中期,但盐胁迫对西瓜影响的研究国内外尚鲜有报道。本试验采用营养液水培,通过不同浓度NaCl处理西瓜幼苗,研究盐胁迫对西瓜幼苗生长、叶片光合色素含量、质膜相对透性及脯氨酸含量的影响,旨在考察西瓜幼苗在盐胁迫下的生长和生理响应,为进一步研究盐胁迫对西瓜植株伤害的生理机制奠定基础。

1 材料与方法

111 试验材料与处理

试验于2006年2月至4月在南京农业大学玻璃温室内进行。以西瓜(CitrulluslanatusM.)品种京欣2号(北京京研益农科技发展中心提供)为试验材料,种子用温水浸种后在28e培养箱中催芽,待芽长015cm时播于装有专用育苗基质(淮安市柴米禾有限责任公司提供)的50孔穴盘中育苗。保持昼温20~28e,夜温13~18e,温度低时用电热线加温,自然光照,每天浇水保持基质湿润。当幼苗长至3叶1心时,选取生长整齐一致的幼苗定植于装有1/2Hoagland营养液的栽培槽中,用气泵间歇(30min#h)对营养液通气,4d换1次营养液。缓苗5d后开始盐胁迫处理,在营养液中添加NaCl(分

-1

析纯)使各处理营养液中NaCl浓度分别达到0(CK)、25、50、75、100、150mmol#L,3次重复。于处理后0、3、6、9d从每处理随机取10株幼苗调查株高、叶片数。处理后9d测量生长点以下第3片完全展开叶片的光合色素含量、质膜相对透性和脯氨酸含量,同时取幼苗测量植株鲜重和干重。112 生长和生理指标的测定

株高、叶片数、生物量:用卷尺测量子叶节到心叶的距离为株高;叶片完全展开及叶长超过5cm时调查单株叶片数;幼苗从根茎结合处分为地上部和根系,用去离子水冲洗干净并吸干水分后称得鲜重,在通风烘箱中105e杀青15min再75e烘干至恒重后称得干重。

[10]

光合色素含量:参照沈伟其的方法略加改进:避开叶片主脉打孔取4个直径018cm的叶圆片置于10mL混合提取液(乙醇、丙酮和水的体积比为415B415B1)中,在黑暗条件下浸泡提取24h使叶圆片完全变白。以提取液为对照,取样品浸提液在752型分光光度计上测定D440、D5、D663,再计算叶绿素和类胡萝卜素含量(Lg#cm

采用李锦树等

[11]

-2

-1

)。

[12]

的方法测定叶片的相对电导率,表示质膜相对透性。采用酸性茚三酮比色法测

定叶片的脯氨酸含量。

113 数据处理

数据采用DPS软件进行单因素方差分析,用Duncancs新复极差法进行平均数间的多重比较。

2 结果与分析

211 盐胁迫对西瓜幼苗株高和叶片数的影响

图1-A显示,盐处理前期西瓜幼苗株高生长受到抑制,NaCl浓度越高抑制程度越大;处理6d时25、50mmol#LNaCl处理的幼苗株高超过对照(0mmol#LNaCl),处理9d时25、50mmol#L

-1

NaCl处理的幼苗株高分别比对照提高12169%和6107%。75、100和150mmol#LNaCl胁迫下,西瓜和150mmol#L

-1-1

-1

-1

幼苗株高受抑制的程度随NaCl浓度的提高和胁迫时间的延长而增大。统计分析表明,处理6d时100

NaCl胁迫的幼苗株高均显著低于对照,处理9d时75、100和150mmol#L

-1

-1

NaCl胁

迫的幼苗株高分别比对照降低91%、24148%和46162%,且150mmol#L处理期间几乎没有增加。

25、50mmol#L

-1

NaCl胁迫的幼苗株高在

-1

NaCl处理对西瓜幼苗叶片数没有明显影响,但75、100和150mmol#LNaCl

胁迫抑制了幼苗叶片数的增加(图1-B),且随NaCl浓度提高和胁迫时间的延长抑制程度增大,100和

-1

150mmol#LNaCl胁迫的幼苗叶片数在处理6d时显著少于对照,处理9d时分别比对照减少14129%和17114%。#34# 南 京 农 业 大 学 学 报 第31卷

图1 盐胁迫对西瓜幼苗株高(A)和叶片数(B)的影响

Fig11 Effectofsalinityonplantheight(A)andnumberofleaves(B)ofwatermelonseedlings

212 盐胁迫对西瓜幼苗生物量的影响

由表1可见,不同浓度NaCl处理对西瓜幼苗地上部和根系鲜重和干重的影响基本一致,低浓度NaCl处理特别是25mmol#LNaCl处理对西瓜幼苗生物量增长有明显的促进作用,整株鲜重和干重分

-1

别比对照增加10174%和13187%;50mmol#LNaCl处理的幼苗整株鲜重与对照相近,干重则略高于对照(8136%)。75、100和150mmol#L

-1

-1

NaCl胁迫明显抑制了西瓜幼苗生物量的增长,且随NaCl浓

-1

度提高抑制程度增大,75、100和150mmol#LNaCl胁迫的幼苗整株鲜重和干重分别比对照降低21118%、31104%、45111%和11186%、21140%、34136%。

表1 盐胁迫对西瓜幼苗单株生物量的影响

Table1 Effectofsalinityonsingleplantbiomassofwatermelonseedlings

c(NaCl)

/mmol#L-10255075100150

地上部鲜重/g根系鲜重/g整株鲜重/g

ShootfreshweightRootfreshweightTotalfreshweight6186?0168a7166?0139a6193?0126a5142?0159b41?0154bc3167?0126c

1161?0124a1171?0116a1156?0112a1126?0113ab1121?0117ab0198?0109b

8147?0191ab9138?0153a8149?0136ab6168?0172bc5184?0168cd4165?0135d

地上部干重/g

Shootdryweight01746?01078ab01856?01051a01811?01040a01669?01081abc01598?01059bc01499?01037c

根系干重/gRootdryweight01150?01016ab011?01012a01159?01010a01120?01009bc01106?01013c01088?01009c

整株干重/gTotaldryweight015?01094abc11019?01061a01970?01048ab017?01088bcd01704?01072cd01588?01045d

注:不同小写上标字母表示在0105水平差异显著。

Note:Thedifferentsuperscriptlettersindicatesignificantdifferenceat0105leve.lThesameasfollows.

213 盐胁迫对西瓜幼苗叶片光合色素含量的影响

表2显示,盐处理9d时随NaCl浓度提高,西瓜幼苗叶片光合色素包括叶绿素a、叶绿素b和类胡

-1

萝卜素含量均表现为在低浓度NaCl处理下升高,至75mmol#LNaCl处理下达到最大值后又迅速降低的趋势,其中只有150mmol#LNaCl处理的各光合色素含量低于对照,其他处理均高于对照,且50

-1

和75mmol#LNaCl处理的各光合色素含量均显著高于对照。这一结果可能表明低浓度NaCl促进了西瓜叶片光合色素的合成,高浓度NaCl胁迫则导致叶片光合色素的降解。

表2 盐胁迫对西瓜幼苗叶片光合色素含量的影响

Table2 Effectofsalinityonphotosyntheticpigmentcontentinwatermelonseedlingsleaves

c(NaCl)

/mmol#L0255075100150

-1

-1

叶绿素a含量/Lg#cm-2

Chlorophyllacontent18161?0143c19170?0123bc20128?0115b22114?0152a19129?0134bc16132?0140d

叶绿素b含量/Lg#cm-2

Chlorophyllbcontent

4183?0106c4194?0107bc5123?0107b5197?0111a5124?0111b4172?0115c

叶绿素a+b含量/Lg#cm-2

Chlorophylla+bcontent

23144?0149c241?0128bc25151?0113b28111?0163a24154?0144bc21104?0153d

类胡萝卜素含量/Lg#cm-2Carotenoidcontent6171?0119c7125?0103b7150?0122b8111?0105a7128?0113b6132?0113c

214 盐胁迫对西瓜幼苗叶片质膜透性和脯氨酸含量的影响

盐处理9d,随NaCl浓度提高西瓜幼苗叶片的质膜相对透性显著增加,25、50、75、100和150第2期 韩志平等:盐胁迫对西瓜幼苗生长、叶片光合色素和脯氨酸含量的影响

-1

#35#

mmol#LNaCl处理的叶片相对电导率分别比对照提高6136%、11197%、14125%、18170%和60167%(图2-A)。幼苗叶片的质膜相对透性随NaCl浓度的升高而显著增大,表明盐胁迫破坏了西瓜幼苗细胞膜的稳定性,使膜结构遭到损伤,造成细胞内电解质渗漏加剧,且随盐胁迫增强,对植株细胞膜的伤害增大。

由图2-B可见,西瓜幼苗叶片中脯氨酸含量在低浓度NaCl处理下升高,而在高浓度NaCl胁迫下降低,50mmol#L

-1

NaCl处理达到最大值。除75和100mmol#L

-1

NaCl处理的幼苗叶片中脯氨酸含量与

对照差异不显著(分别比对照高12180%和低10140%)外,其他各处理之间均有显著差异。此结果表明低浓度盐处理可能有利于西瓜幼苗叶片中脯氨酸的合成,高浓度盐胁迫则抑制了脯氨酸合成而促进了其降解。

图2 盐胁迫对西瓜幼苗叶片质膜相对透性(A)和脯氨酸含量(B)的影响

Fig12 Effectofsalinityonrelativemembranepermeability(A)andprolinecontent(B)inleavesof

watermelonseedlings

3 讨论

盐胁迫对植物生长的影响涉及渗透胁迫、离子毒害和矿质亏缺的综合反应

[5,13]

,这些影响至今尚未

完全阐明。在盐胁迫下,由于植株碳同化量减少、渗透调节能耗和维持生长能耗增加等原因,一般会使

[14]-1

植株生长量和积累量减少。本试验中低浓度(小于等于50mmol#L)NaCl处理下,西瓜幼苗株高、鲜重和干重均提高,表明低浓度盐处理可刺激西瓜幼苗植株生长,是西瓜植株对盐胁迫的一种适应性反应;而高于75mmol#LNaCl胁迫时,西瓜幼苗株高、叶片数和生物量积累都随盐浓度提高而迅速降低,表明植株受盐胁迫的伤害随NaCl浓度提高而加重。低浓度NaCl对西瓜幼苗的生长不仅没有危害,反而还能促进植株生长,证明西瓜幼苗的生长需要一定量的Na和Cl力

[16]

+

-[15]

-1

。

光合色素含量的稳定有利于幼苗在胁迫下维持正常的光合作用,从而增强幼苗对盐胁迫的耐受能。一些研究表明,盐胁迫下植物叶片中叶绿素含量下降

[18]

[17]

,其主要原因是盐胁迫提高了叶绿素酶

[16]

的活性,促进了叶绿素降解,从而引起叶绿素含量减少。但段九菊等、王素平等

[6]

研究表明,短

-1

期盐胁迫处理提高了幼苗叶片叶绿素含量。本试验中较低浓度NaCl胁迫(小于等于75mmol#L)

下,西瓜幼苗单位叶面积光合色素含量升高,高浓度盐胁迫则使其含量降低,且随浓度增大有迅速降低的趋势。这一结果表明低浓度盐胁迫能够刺激叶片光合色素的合成,高盐胁迫则提高了叶绿素酶的活性,使光合色素合成减少、分解增加,叶绿素含量明显降低,这与冯志红等等

[15]

[19]

、郭文忠等

[20]

和王宝增

的试验结果一致。同时也说明盐胁迫下光合色素含量的变化与作物种类、盐的种类以及处理方法

[21]

等有关。

在盐胁迫下细胞膜损伤与质膜透性增加是盐伤害的本质之一度积累,将具有稳定和保护质膜作用的Ca置换掉

2+

[23]

。通常认为盐胁迫下细胞质膜受伤

[22]

害的原因主要有两个,一是盐胁迫引起的膜质过氧化作用破坏了质膜结构

+

,二是Na在细胞中的过

+

。本试验中随NaCl浓度提高,西瓜幼苗叶片质膜

相对透性显著增大,说明盐胁迫引起的膜脂过氧化作用及Na在细胞中的过度积累对细胞质膜结构的影响随盐胁迫增强而加剧,且高浓度盐胁迫对西瓜细胞质膜造成了严重破坏。

植物中脯氨酸含量一直是抗逆研究的常用指标,它具有调节渗透及保护细胞膜结构稳定的作用

[24]

,

但脯氨酸在盐胁迫下植物体中的生理作用存在较大争议。一些报道表明遭受盐胁迫的植株中脯氨酸大量#36# 南 京 农 业 大 学 学 报 第31卷

积累,并通过维持渗透调节,稳定蛋白质,保护细胞膜和胞质酶等在植物耐盐性中发挥作用,因此脯氨酸积累被作为衡量植株耐盐性的指标。也有一些研究者认为脯氨酸积累是盐胁迫造成的代谢紊乱的伴随结果,因此没有实际意义

[27]

[21,25][26]

。本研究中西瓜幼苗叶片在低浓度(小于等于50mmol#L

-1

)盐

胁迫下脯氨酸含量升高,高浓度盐胁迫则使脯氨酸含量迅速下降,可能表明低浓度NaCl胁迫下西瓜幼苗通过积累脯氨酸维持渗透调节而有利于减轻盐胁迫伤害;而高浓度盐胁迫下脯氨酸合成所需能耗进一步增加,不利于西瓜幼苗正常生长以致其趋于降解、含量降低,这一推测有待于进一步研究来证明。

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责任编辑:范雪梅