北沙参幼苗对盐胁迫的生理响应机制研究
作者: 赵梦琪 赵银玲 史羽彤 陈思羽 柳莹
摘 要:为研究北沙参体内脂质过氧化作用和保护酶活性的变化规律及其对盐胁迫的生理适应性反应,配制不同质量分数的碳酸盐溶液(0%、0.5%、1.0%)对北沙参幼苗进行处理,测定其叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、可溶性蛋白、丙二醛(Malonic dialdehyde,MDA)质量分数,以及超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)活性。结果表明:质量分数相对较高的盐溶液(1.0%碳酸钠)能明显降低北沙参幼苗叶片叶绿素a和叶绿素b的质量分数,随着盐胁迫时间的增加,D2组北沙参幼苗叶片总叶绿素质量分数较CK组减少30.95%;D2组北沙参幼苗叶片MDA质量分数呈现上升趋势,SOD活性呈先上升再下降趋势。北沙参有一定抗盐碱性,在轻度盐碱环境下通过自我调节可以缓解自身受到的伤害,维持在一个相对稳定的状态。
关键词:北沙参;盐胁迫;生理响应机制
中图分类号:S567.23 文献标志码:B 文章编号:1674-7909-(2023)13-88-4
0 引言
综合利用盐碱地等后备耕地资源对补充耕地数量、维持重要农产品生产具有积极作用。吉林省西部的盐碱地属于内陆苏打盐类型,主要盐分组分为碳酸钠和碳酸氢钠,同时含有少量的硫酸盐和氯化物。土壤盐渍化过程中常伴有碱化过程,导致苏打盐碱土壤表现出不同程度的盐渍化和碱化特性[1]。
北沙参又名莱阳参、海沙参、银沙参、辽沙参、北条参等,为伞形科植物珊瑚菜的干燥根,主根圆柱形[2]。北沙参味甘、微苦,性微寒,具有养阴润肺、益胃生津等功效[3]。北沙参适应性强,可在多种环境条件下生长发育。我国已形成规模化、产业化的北沙参生产格局,北沙参生产区已从山东省发展至河北省、内蒙古自治区等地。土壤盐碱化是会对农业构成严重威胁的自然灾害,也对北沙参的引种和繁育造成了影响。
基于此,笔者利用碳酸盐对北沙参的秋栽幼苗进行盐胁迫处理,测定经不同质量分数碳酸盐溶液(0%、0.5%、1.0%)处理后北沙参叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、可溶性蛋白、丙二醛(Malonic dialdehyde,MDA)质量分数,以及超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)活性,研究北沙参幼苗对盐胁迫的生理响应机制,以期为吉林省种植北沙参提供理论依据。
1 试验材料与方法
2022年10月初,在长春科技学院实验楼C204开展此次北沙参幼苗对盐胁迫的生理响应机制研究试验。
1.1 试验材料
试验使用产自内蒙古自治区赤峰市喀喇沁旗牛营子镇,经过沙藏越冬的北沙参种子。参试种子经鉴定为伞形科植物珊瑚菜的种子。
试验试剂有碳酸盐、蒸馏水、硫代巴比妥酸、磷酸缓冲液、甲硫氨酸、氮蓝四唑、霍格兰氏(Hoagland's)营养液,试验仪器有剪刀、塑料袋、离心机、10 mL离心管、恒温水浴锅、试管、移液管、擦镜纸、电热恒温烘箱、电子天平、离心管、紫外分光光度仪、比色皿、烧杯、量筒、研钵、容量瓶及洗耳球。
1.2 试验方法
挑选优质北沙参种子进行盆栽育苗,待种子出苗后,每隔2 d给予200 mL Hoagland's营养液,以保证幼苗正常生长。当幼苗长至第30天,长出四五片叶子时,选取长势均匀的幼苗进行盐胁迫处理。设置不同质量分数的碳酸钠的Hoagland's溶液,其中0%碳酸钠为空白对照组(CK)、0.5%碳酸钠为低质量分数处理组(D1)、1.0%碳酸钠为高质量分数处理组(D2),共3组,每组5株幼苗,每组设3次重复。盐胁迫处理5 d后,测定北沙参幼苗叶片的各项生理指标。除叶绿素质量分数外,其他生理指标每隔5 d取样测定一次,共测定6次。
采用分光光度法测定叶绿素质量分数[4],采用紫外分光光度法测定可溶性蛋白质量分数[5],采用硫代巴比妥酸法测定MDA质量摩尔浓度[6],采用氮蓝四唑法测定SOD活性[7]。
2 试验结果与分析
2.1 不同质量分数碳酸盐溶液对北沙参幼苗叶片叶绿素质量分数的影响
由表1可知,在盐胁迫处理5 d后,D2处理组北沙参幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素平均质量分数较CK处理组存在显著差异,且其对北沙参幼苗叶片叶绿素a质量分数的影响大于叶绿素b;D1、D2处理组北沙参幼苗叶片叶绿素a和叶绿素b比值较CK处理组存在显著差异。另外,轻度盐胁迫(D1处理组)对北沙参幼苗叶片光合作用能力的影响小于较强盐胁(D2处理组)。
2.2 不同质量分数碳酸盐溶液对北沙参幼苗叶片可溶性蛋白质量分数的影响
由图1可知,D1和D2处理组的北沙参幼苗叶片可溶性蛋白质量分数明显高于CK处理组,表明短时期的碳酸盐胁迫可以促使北沙参幼苗叶片可溶性蛋白质质量分数增加。不同质量分数的碳酸盐对植株蛋白质含量的影响各不相同,长期质量分数度碳酸盐溶液会导致北沙参幼苗叶片可溶性蛋白质量分数降低。但是,第30天的检测结果显示,在所有处理组中,北沙参幼苗叶片可溶性蛋白质量分数都略有增加。
2.3 不同质量分数碳酸钠溶液对北沙参幼苗叶片MDA质量摩尔浓度的影响
由图2可知,D2处理组中北沙参幼苗叶片MDA质量摩尔浓度一直呈现上升趋势,在盐胁迫处理30 d时北沙参幼苗叶片MDA质量摩尔浓度较CK处理组上升了216.41%。D1处理组的北沙参幼苗叶片MDA质量摩尔浓度在胁迫处理5~20 d时逐渐上升,20 d后下降,到25 d时又有所上升。D2处理组北沙参幼苗叶片MDA质量摩尔浓度始终高于D1处理组。
2.4 不同浓度盐溶液对北沙参幼苗叶片SOD活性的影响
由图3可知,D1、D2处理组中,北沙参幼苗叶片SOD活性均呈先上升再下降趋势。胁迫处理后的第15天,D1、D2处理组北沙参幼苗叶片SOD活性达到最高值,并开始下降。这个现象的出现表示在盐胁迫初始阶段,北沙参幼苗为了适应环境,SOD活性上升,但胁迫时间越久,北沙参幼苗SOD活性会不断降低。
3 讨论和结论
研究结果表明,盐胁迫处理下北沙参幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b的质量分数变化趋势一致。这表明叶绿素质量分数的变化对于幼苗在碳酸盐胁迫条件下的适应具有相似的响应。初期盐胁迫时,植物体内叶绿素质量分数略减少,表明植物对盐胁迫做出了应激反应;但是随着盐胁迫程度的加深,植物体内叶绿素质量分数就会受到很大的影响,体内不能产生过多的光合色素来进行光合作用[8-10]。北沙参幼苗叶片中的叶绿素a和叶绿素b的质量分数受盐胁迫时间延长而明显降低,表明其对盐胁迫的适应性、耐受力明显下降[11-13]。此适应性降低意味着光合能力的衰减和有机物质合成的减少,因此抑制了北沙参的生长。
盐胁迫初期北沙参幼苗可溶性蛋白质量分数升高,表明一定时间内的碳酸盐胁迫能够刺激植物体内蛋白质的合成。增加的主要原因是植物为了适应盐胁迫环境,产生了多种有机物质,这些物质可以调节细胞内的渗透压,以维持水分平衡[14]。然而,随着盐胁迫时间的延长,北沙参幼苗可溶性蛋白质量分数开始下降。这说明长时间的盐胁迫能够增强植物幼苗的耐受能力,使其能够更好地适应盐胁迫。
MDA质量摩尔浓度增加的趋势过快对植物体影响很大。早有研究表明,MDA的产生数量代表膜脂过氧化的程度[15]。由此可见,此次试验中低浓度盐胁迫下北沙参幼苗受到严重的伤害。盐胁迫处理下,北沙参幼苗体内的MDA质量摩尔浓度明显增加,表明植物细胞膜脂质过氧化程度加深,细胞膜受到一定的损伤。
在保护酶系统中,超氧化物歧化酶是植物体内一种重要的酶,能够将超氧自由基转化为氧气和过氧化物,从而保护植物细胞免受损伤[16]。在此次试验中,盐胁迫处理组(D1、D2)的北沙参幼苗体内SOD活性皆为先上升再下降,表示在盐胁迫的条件下北沙参幼苗可以通过协调自身保护酶系统的酶活性来防御外界影响,从而减轻盐胁迫所造成的伤害[17]。
总结上述内容可得,植物在盐碱环境下的生长受到多重因素的综合影响,形成了一种复杂的生理状态。因此,评估植物的抗盐碱性不能仅凭单一因素,而需要综合考虑多个因素。植物为了延续生命,在恶劣的环境中生长,其自身的生理生化方面的指标都会发生变化[18-22]。此次试验结果表明,北沙参幼苗在盐胁迫条件下,可以通过自我调节维持在一个相对稳定的状态。这说明北沙参幼苗有一定的抗盐碱能力,为北沙参在盐碱条件下种植提供了一定的理论依据。
参考文献:
[1]才源,曹扬,李子勇,等.吉林省西部盐碱地状况的调查与分析[J].农业与技术,2019(19):48-52.
[2]林余霖,胡炳义.中草药高清大图谱[M].福州:福建科学技术出版社,2016:397.
[3]翟艳会,王新苗,张伟,等.北沙参的临床应用及其用量探究[J].长春中医药大学学报,2022(11):1201-1204.
[4]胡秉芬,黄华梨,季元祖,等.分光光度法测定叶绿素含量的提取液的适宜浓度[J].草业科学,2018(8):1965-1974.
[5]古炳明,曾宝,熊艺花,等.紫外-可见分光光度法测定巴豆中可溶性蛋白的含量[J].医学研究杂志,2013(8):43-45.
[6]陈彦旭,赵胡,冯姗姗.半支莲组培苗根系对盐胁迫生理响应机制[J].阜阳师范学院学报(自然科学版),2020(2):56-61.
[7]金兰,罗桂花.盐胁迫对紫花苜蓿SOD丙二醛及SOD同工酶的影响[J].黑龙江畜牧兽医,2004(5):15-16.
[8]李寿冰,赵钰琪,曹帮华,等.盐碱胁迫对2种地被竹叶绿素含量的影响[J].世界竹藤通讯,2022(增刊1):35-43.
[9]朱春艳,宋佳伟,白天亮,等.NaCl胁迫对不同耐盐性粳稻种质幼苗叶绿素荧光特性的影响[J].中国农业科学,2022(13):2509-2525.
[10]马祥,贾志峰,刘勇.盐胁迫下燕麦光合及叶绿素代谢变化研究[J].青海畜牧兽医杂志,2021(3):7-14.
[11]吴秀宁,赵麟,徐芳琴,等.盐胁迫下黑小麦的萌发特性及耐盐评价指标与耐盐种质的筛选[J].贵州农业科学,2023(3):19-26.
[12]韦廷舟,胡琬新,文怡,等.耐辐射球菌对盐胁迫下油菜幼苗生长的影响[J].现代园艺,2023(5):48-50.
[13]周振玲,林兵,周群,等.耐盐性不同水稻品种对盐胁迫的响应及其生理机制[J].中国水稻科学,2023(2):153-165.
[14]师正立.盐胁迫对海棠生长及生理特性的影响[J].绿色科技,2023(5):93-96.
[15]王金香,幸丽璇,王艳芝,等.赤霉素对盐胁迫诱导黍子幼苗根氧化损伤的影响[J].天津农业科学,2022(11):1-6.
[16]李晓萍,胡文玉.超氧自由基、超氧化物歧化酶及其与植物衰老、抗逆性的关系[J].沈阳农业大学学报,1988(2):67-72.
[17]郑海雷,林鹏.培养盐度对海莲和木榄幼苗膜保护系统的影响[J].厦门大学学报(自然科学版),1998(2):126-130.
[18]石卫红,王灵敏,古军霞,等.沙藏对北沙参种子萌发的影响[J].种子,2023(1):25-35.
[19]任搏文,蔡幸婷,李达谅.北沙参化学成分及药理作用的研究进展[J].福建轻纺,2022(8):9-17.
[20]王世静.蒙药北沙参的药理作用及临床应用研究[J].中国民族医药杂志,2022(4):25-27.
[21]祝之友.北沙参[J].中国中医药现代远程教育,2019(18):111.
[22]李彩峰,伊乐泰,李旻辉.北沙参化学成分及影响因素研究进展[J].中药材,2019(7):1697-1701.
基金项目:2022年度吉林省大学生创新创业训练计划项目“北沙参在盐胁迫下的影响”(202213606008)。
作者简介:赵梦琪(2002—),女,本科生,研究方向:中药学。