外源脱落酸对苗期野生大豆抗盐能力的影响

2009年　　10月

大豆科学

SOYBEANSCIENCE

Vol128　No15Oct.　2009

外源脱落酸对苗期野生大豆抗盐能力的影响

张　辉,张文会,苗秀莲,刘丽丽

(山东省聊城大学生命科学学院,山东聊城252059)

-1

摘　要:以山东阳谷县境内野生大豆为材料,通过外施10μmol・L的脱落酸研究其对苗期野生大豆抗盐能力的

影响。不同浓度的NaCl盐处理都抑制了野生大豆株高的生长,降低叶色值,并且严重降低光合系统Ⅱ(PSⅡ)的光能转换效率,Rubisco含量减少,SOD活性增加,MDA含量上升,喷施脱落酸后可以在不同程度上缓解上述情况,脱落酸处理可以在叶色值、PSⅡ的光能转换效率和Rubisco含量方面明显减轻盐胁迫对野生大豆的损害,差异显著

(P<0.05)。ABA喷施对不同浓度的盐处理缓解程度也不尽相同,除株高及SOD活性指标外,ABA喷施对0.9%

的盐胁迫缓解能力最强。关键词:野生大豆;盐胁迫;脱落酸

中图分类号:S565.1　　　文献标识码:A　　　文章编号:100029841(2009)0520828205

ExogenousAbscisicAcidStrengthenSaltToleranceofGlycinesojaatSeedlingStage

ZHANGHui,ZHANGWen2hui,MIAOXiu2lian,LIULi2li

(CollegeofLifeScience,LiaochengUniversity,Liaocheng252059,Shandong,China)

Abstract:Inthispaper,theinfluenceofabscisicacid(ABA)onsalttoleranceofwildsoybeanwasresearchedduringtheseedlingstage.Themorphologicalparameterofplantheight,photosyntheticapparatusparameterleafcolorvalue,conversionefficiencyofPSⅡlightenergy,contentofRubiscoandMDA,andSODactivityweremeasuredinordertoevaluatetheeffectofexogenousABAonthetoleranceofsaltstresscomprehensively.Resultshowedthattheplantheightwasinhibited;theleafcolorvalueandtheconversionefficiencyofPSⅡlightenergywerereducedwhiletheactivityofSODandthecontentofMDAwereincreasedunderthetreatmentsofdifferentNaClsaltconcentration.AftertreatedwithABA,thesymptomsofsaltstresscanberelievedatdifferentdegree.Theindexessuchastheleafcolorvalue,theconversionefficiencyofPSⅡlighten2ergyandthecontentofRubiscocanberestoredobviouslyaftertreatedwithABAespeciallyunderthe0.9%NaCltreat2ment.

Keywords:Glycinesoja;Salttolerance;Abscisicacid

　　随着工业现代化的推进和不合理灌溉的加剧,土壤次生盐渍化日趋严重,目前我国现有盐渍化土地面积为0.346亿hm

2[1]

,严重影响了栽培大豆的

脱落酸对野生大豆抗盐效果的影响,旨在为研究野生大豆抗盐机理及大豆资源品种的改良提供生理学依据。

生产。野生大豆保留了许多栽培大豆驯化过程中丢失的优良基因,对干旱,盐等不良环境表现出很强的耐性,因此,研究野生大豆对盐胁迫的适应机制,对于栽培大豆品种改良及充分利用盐渍化土地具有非常重要的意义。近年来,部分研究结果已经证实,脱落酸(ABA)可以提高许多植物的抗旱性、抗盐性

[2]

1　材料与方法

1.1　材料

。以山东阳谷县境内的野生大豆为材料,研究

供试材料为采自山东阳谷县境内的野生大豆。

1.2　方法1.2.1　材料培养及处理将种子用手术刀在种脐对面刻皮后浸种催芽,挑选发芽一致的种子播于盛

收稿日期:2009204209

作者简介:张辉(19842),男,硕士,研究方向为植物分子遗传学。E2mail:zhas121@163.com。通讯作者:张文会,教授。E2mail:whzhang@lcd.edu.cn。

5期张　辉等:外源脱落酸对苗期野生大豆抗盐能力的影响　829

有蛭石的珐琅盘中,每盘播50粒,播种后置于昼/夜

-2-1

温度为25/20℃、光照强度为200μmol・m・s的植物培养室培养。当幼苗长至第1片叶完全展开时进行0.3%、0.6%、0.9%计3个浓度梯度的氯化钠处理和氯化钠处理后喷施ABA处理。每个浓度处理2盘,对照用蒸馏水处理。具体做法是:盐处理2h后,取不同浓度盐处理的野生大豆各一盘,向叶片

-1

喷施浓度为10μmol・L的脱落酸,另一盘盐处理作为对照组。1.2.2　测定指标　株高:从处理后第3天用直尺测量植株从培养基表面到最顶端的长度,记录植株的生长情况,共测量4次。叶色值:从处理后第3天用SPAD502型叶色计测定,每株测定1片叶,每处理测定10株。PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm):在处理

　　Rubisco的分离:Rubisco的提取、分离参照Lae2

[3]

mmli的方法。SOD活性:参照Giannopolitis和Ries

的方法测定。MDA含量:采用Hodges等[5]

方法测定。

采用SPSS11.0软件进行数据处理。

[4]

2　结果与分析

2.1　ABA对盐胁迫下野生大豆株高的影响盐胁迫使大豆植株高度下降,主茎节数与分枝数

[6]

减少。由图1a可以看出,盐处理使幼苗株高受到抑制:与对照相比,0.3%、0.6%、0.9%的NaCl处理使株高分别下降了6.50%、12.44%、21.63%;ABA喷施处理后,明显缓解了盐毒害的症状,ABA喷施使株高分别增加了3.73%、7.19%、5.33%。由此可见,ABA喷施缓和了盐对株高的抑制,并且对0.6%的盐处理缓解幅度最大,差异显著(P󰀀0105)。

后第3天将叶片暗适应20min后用OS23OP叶绿素荧光仪测定其荧光系数,每处理测定5株。

图1　ABA喷施对盐胁迫后株高及叶色的影响

Fig.1　EffectsofexogenousABAontheheightandleafcolorvalueundersaltstress

2.2　外施ABA对盐胁迫下野生大豆叶色值的影响2.3　脱落酸对盐胁迫下野生大豆光系统Ⅱ(PSⅡ)

叶色值反应了植物体内叶绿素含量的多少,

因此,可以通过测定野生大豆的叶色值来反映野生大豆光合作用的情况。与对照相比,不同浓度盐处理的野生大豆的叶色值分别下降了3.5%、5.5%、1117%(图1b);ABA喷施处理后,叶色值比对照分别下降了2.7%、4.5%、8.8%;与单独盐处理相比,ABA喷施处理比相应的盐处理缓解了0.78%、0198%、3.14%。其中对0.9%的盐处理叶色值缓解的幅度最大,差异达极显著水平(P󰀀0.01)。由此可见,喷施ABA缓和了盐对叶绿体的损伤。

光能转化效率(Fv/Fm)的影响Fv/Fm是PSⅡ最大光化学量子产量,反映PSⅡ反应中心内禀光能转换效率或称最大PSⅡ的光能转换效率。Fv/Fm可以衡量PSII的光抑制程度。将叶片暗适应20min后测得:与对照相比(图2a),0.3%、016%、0.9%的盐处理使Fv/Fm分别下降了3.53%、5.95%、12.1%;ABA喷施后的盐处理使Fv/Fm分别下降了1.28%、3.73%、6.54%。相对与单独的盐处理,ABA喷施处理明显缓解了盐对Fv/Fm的影响,分别缓解了2.33%、2.36%、6133%。由结果可知,脱落酸的喷施也能缓解盐胁

　830大豆科学5期

迫对PSII的光抑制程度,并且对0.9%的盐胁迫缓解幅度最大,差异显著(P󰀀0.05)。

图2　ABA喷施对盐胁迫后Fv/Fm及Rubisco的影响

Fig.2　EffectsofexogenousABAontheFv/FmandRubiscocontentundersaltstress

2.4　外施ABA对盐胁迫下野生大豆Rubisco含量

的影响

核酮糖21,52二磷酸羧化酶/加氧酶(ribulose21,52bisphosphatecarboxylase/oxygenase,Rubisco)是植物光合作用过程中固定C02的关键酶,同时也参与植物的光呼吸代谢途径,消耗植物光合作用合成的有机物,由此造成的净光合效率损失高达

[7]

50%。因此,研究盐胁迫对野生大豆Rubisco的影响对提高豆类植物逆境条件下的光合作用效率有重要意义。图2b是Rubisco的SDS2PAGE电泳结果。与对照相比,盐处理降低了Rubisco的含量,其中0.9%的盐浓度降低的最明显,0.3%、0.6%的盐处理对Rubisco含量的影响较小。0.9%的盐处理后喷施ABA,Rubisco含量恢复也较多;0.3%、0.6%的盐处理喷施ABA后,对Rubisco含量的影响不明

显。由以上结果可知,0.9%的盐浓度处理对Rubi2sco的含量抑制作用较大,在该浓度的盐胁迫下喷施ABA对Rubisco含量的缓解作用也较低浓度盐处理大。2.5　外施ABA对盐胁迫下野生大豆MDA含量的影响

丙二醛(MDA)是膜脂过氧化作用的主要产物之一,在盐胁迫下,植物的光能利用和二氧化碳同化

[8]

受到抑制,促进了活性氧生成和脂质过氧化,MDA是一种高活性的脂质过氧化物,它能交联核酸,糖类及蛋白质,从而进一步对质膜的结构和功能

[9]

造成影响。MDA含量的高低可以反应过氧化作

[10]

用强弱及细胞膜和质膜的破坏程度。结果表明(图3a),0.3%、0.6%、0.9%的盐处理条件下,MDA的含量分别比对照增加了5.5%、15.0%、

图3　ABA喷施对盐胁迫后MDA及SOD的影响

Fig.3　EffectsofexogenousABAontheMDAandSODundersaltstress

5期张　辉等:外源脱落酸对苗期野生大豆抗盐能力的影响　831

2511%。喷施ABA的试验组比对照增加了1.78%、11.58%、18.31%。并且ABA的喷施都缓解了盐胁

以山东阳谷县境内的野生大豆为材料,从形态和生理层面研究了ABA对不同程度盐胁迫的缓解能力差异。通过测量形态指标株高,光合器官的指

标:叶色值、光系统Ⅱ(PSⅡ)光能转化效率(Fv/

Fm)、核酮糖1,52二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)

迫条件下MDA的积累,各浓度条件下,分别缓解了3.72%、2.95%、5.46%,对不同的盐浓度下MDA积

累的缓解能力不同,0.6%的盐胁迫缓解能力最差,0.9%的盐浓度缓解能力最强。

2.6　外施ABA对盐胁迫下野生大豆中SOD活性

含量,膜损伤代表性物质MDA含量,活性氧清除酶类中代表性的酶类SOD综合衡量ABA对野生大豆盐耐受性的影响。结果表明,0.3%、0.6%、0.9%的盐浓度胁迫下,综合各种形态及生理指标,都对野生大豆都造成了不同程度的伤害,并且伤害程度随盐浓度的增大而增强。喷施外源ABA后,可以在不同程度上缓解由于盐浓度升高而对植物造成的伤害;

-1

10μmol・L的ABA喷施对0.6%的盐处理株高伤害缓解幅度最大;对0.9%的盐处理的叶色值、Fv/

Fm、Rubisco含量这些光合器官指标缓解幅度最明

[11]

的影响

植物体在正常的条件下,光合器官除产生O2

外,还生成具有破坏性的活性氧

,盐胁迫条件下

会产生大量的活性氧。活性氧的过量积累会造成对光合机构的破坏。引发光氧化损害的两类活性氧是超氧阴离子O2和单线态氧O2。植物体内存在一系列的非酶类抗氧化物质,如抗坏血酸、谷光甘肽、类

黄酮、类胡萝卜素和α2生育酚等。另外,还存在一些清除酶类,主要包括SOD、CAT、APX与谷胱甘肽

[12]

还原酶(GR)等,这些抗氧化物质能够及时清除活性氧以减轻或避免活性氧对植物所造成的光氧化破坏

[13]

-1

显;对0.9%的盐处理MDA含量的缓解能力最强,对0.6%的盐胁迫MDA含量缓解能力最差;ABA喷施对3种盐处理浓度的活性氧清除代表性酶类SOD活性都有减缓,但是减缓程度并不十分显著,可能SOD酶的表达水平还受其它因素诱导。

。SOD是植物氧代谢中一种极为重要的酶,

-

它歧化O2为H2O2和O2,从而调节植物体内O2和H2O2的浓度。SOD活性的变化与大豆耐盐性存在

参考文献

[1]杨光宇,王洋,马晓萍.中国野生大豆脂肪含量及其脂肪酸组

密切的关系。结果表明,不同浓度的盐处理都引起SOD活性的上升(图3b),与对照相比,013%、016%、0.9%的盐处理分别使SOD活性增加13113%、23.90%、36.64%;与单独的盐处理相比,

成的研究[J].大豆科学,2000,19(3):2582262.(YangGY,

WangY,MaXP.Researchonfatcontentandcompositionofwildsoybean(G.soja)inChina[J].SoybeanSience,2000,19(3):2582262.)

[2]ZhangJ,DaviesWJ.ChangesintheconcentrationofABAinxy2

lemsapasafunctionofchangingsoilwaterstatuscanaccountforchangesinleafconductanceandgrowth[J].PlantCellEnviron2ment,1990,13:2772285.

[3]黎裕.作物抗旱鉴定方法与指标[J].干旱地区农业研究,

1993,11:91299.(LiY.Studymethodsofdrought2resistantcropsandidentificationindexes[J].AgriculturalResearchintheAridAreas,1993,11:91299.)

[4]GiannopolitisCN,RiesSK.SuperoxideDismutases.I.Occurrence

inhigherplants[J].PlantPhysiology,1977,59:3092314.[5]LaemmliUK.Cleavageofstructuralproteinsduringtheassayof

theheadofbacteriophageT4J[J].Nature,1970,227:6802685.[6]常汝镇,陈一舞.盐对大豆农艺性状及籽粒品质的影响[J].大

盐处理后喷施ABA使SOD活性上升的幅度略有减缓,分别减缓3.11%、2.63%、1.75%,喷施ABA对3种浓度的盐处理减缓幅度都不大。

3　讨论

ABA作为一种胁迫诱导激素和生长抑制剂,长

期以来被大量研究认为是植物抗性的潜在调节物质

[14]

,并在转化环境信号到植物基因表达过程中起

[15]

支配作用。近年来,关于外源ABA喷施同其他

环境因子共同作用的研究较多,由于ABA的生理功能是多方面的,这样就使ABA的研究变得十分复杂。Lenzi等

[16]

发现,ABA抑制向日葵的茎和根生

[17]

长,而Yamaguchi和Street报道,ABA促进离体大

豆科学,1994,13(2):1012105.(ChangRZ,ChenYW.Effectof

saltonagriculturalcharactersandchemicalqualityofseedinsoy2beans[J].SoybeanScience,1994,13(2):1012105.)

[7]LundqvistT,SchneiderG.CrystalstructureofactivatedRibulose2

l,52bisphosphatecarboxylasecomplexedwithitssubstrate,ribu2lose2l,52bisphosphate[J].JournalofBiologyChemistry,1991,

豆的根部生长。生长前期对喷施外源ABA影响植物生长的研究结果不尽一致,可能是由于所用材料及测定时期不同所致,也可能归因于植物各种激素间复杂的交互作用

[18]

。

　832

266:12604212611.

大豆科学5期

sesinCucumissativusL[J].PlantPhysiologyetBiochemistry,2005,43:108221088.

[8]刘友良,江良驹.植物对盐胁迫的反应和耐盐性[M].植物生

理与分子生物学(第二版),北京:科学出版社,1999:7522767.

(LiuYL,JiangLJ.Thereactionandtoleranceofplantaftersaltstress[M].PlantPhysiologyandMolecularBiology(Thesecondpage),Beijing:ScientificPress,1999:7522767.)

[9]彭志红,彭克勤.渗透胁迫下植物的脯氨酸积累的研究进展

[J].中国农学通报,2002,18(4):80283.(PengZH,PengKQ.Researchprogressonaccumulationofprolineunderosmoticstressinplants[J].ChineseAgriculturalScienceBulletin,2002,18(4):80283.)

[10]李明,王根轩.干旱胁迫对甘草幼苗保护酶活性及脂质过氧化

[13]NoctorG,FoyerCH.Ascorbateandglutathione:keepingactiveox2

ygenundercontrol[J].AnnualReviewofPlantPhysiologyandPlantMolecularBiology,1998,49:2492279.

[14]ZeevaartJAD.Abscisicacidmetabolismanditsregulation

[M].//HallM,LibbengaK.Biochemistryandmolecularbiologyofplanthormones.Amsterdam:ElsevierScienceBV,1999,1892207.

[15]ZhuJK.Saltanddroughtstresssignaltransductioninplants[J].

AnnualReviewofPlantBiology,2002,53:2472273.

[16]LenziA,FambriniM,BarottiS,etal.Seedgerminationandseed2

linggrowthinawiltymutantofsunflower(HelianthusannuusL.):effectofabscisicacidandosmoticpotential.[J].Environ2mentalandExperimentalBotany1995,35:4272434.

[17]YamaguchiT,StreetHE.Stimulationofthegrowthofexcisedcul2

turedrootsofsoyabeanbyabscisicacid[J].AnnalsofBotany,1977,41:112921133.

[18]GazzarriniS,McCourtP.GeneticinteractionsbetweenABA,ethyl2

eneandsugarsignalingpathways[J].CurrentOpinioninPlantBi2ology,2001,4:3872391.

作用的影响[J].生态学报,2002,22(4):5032507.(LiM,Wang

GX.Effectofdroughtstressonactivitiesofcelldefenseenzymesandlipidperoxidationinglycyrrhizauralensisseedlings[J].ActaEcologicaSinica,2002,22(4):5032507.)

[11]AsadaK,TakahashiM.Productionandscavengingofactiveoxygen

inPhotosynthesis[M]//KyleDJ,OsmondCB,AmtzenCJ.Pho2toinhibition.ElsevierSciencePublishers,Amsterdam,1987:2272287.

[12]SongXS,HuWH,MaoWH,etal.Responseofascorbateperoxi2

daseisoenzymesandascorbateregenerationsystemtoabioticstres2

(上接第823页)

[5]曹敏建,佟占昌,韩明祺.磷高效利用的大豆遗传资源的筛选

lowPstress[J].SoybeanScience,2003,22(3):2082212.)[10]王毅.植物耐低磷胁迫遗传学研究策略[J].热带农业科学,

2004,24(2):34241.(WangY.Strategygeneticsresearchonplanttoleranttolowphosphorus[J].ChineseJournalTropicalAgricul2ture,2004,24(2):34241.)

[11]董钻.盆栽条件下大豆冠根比研究初报[J].吉林农业科学,

1982,4:22226.(DongZ.Studyonroot/shootratioduringpotex2periment[J].JilinAgriculturalScience,1982,4:22226.)[12]杨秀红,吴宗琪,张国栋.对肥水条件反应不同的大豆品种根

与评价[J].作物杂志,2001(4):22224.(CaoMJ,TongZC,

HanQM.Evaluationandfilteronphosphatehighactiveexploitofsoybeaninheritanceresources[J].CropMagazine,2001(4):22224.)

[6]曹爱琴,严小龙.不同供磷条件下大豆根构型的适应性变化

[J].华南农业大学学报,2000,22(1):21.(CaoAQ,YanXL.AdaptationofsoybeanrootarchitectureunderdifferentPcondition[J].JournalofSouthChinaAgriculturalUniversity,2000,22(1):21.)

[7]丁洪,李生秀,郭庆元.酸性磷酸酶活性与大豆耐低磷能力相

系性状的比较研究[J].中国油料作物学报,2001,23(3):232

25.(YangXH,WuZP,ZhangGD.Acomparativestudyonchar2acteristicsofrootsystembetweendroughtresistantandwater2fertil2izerfavoritesoybeanvarieties[J].ChineseJournalofOilCropSci2ences,2001,23(3):23225.)

[13]HudakCM.Rootdistributionandsoilmoisturedepletionpatternof

adrought2resistantsoybeanplantintroduction[J].AgronomyJour2nal,1996,88:4782485.

[14]金剑,刘晓冰,王光华,等.大豆生殖生长期根系形态性状与产

关研究[J].植物营养与肥料学报,1997,3(2):1232128.(Ding

H,LiSX,GuoQY.Studyoncorrelationbetweenacidphosphateseactivityandlowphosphorustoleranceofsoybean[J].PlantNutri2tionandFertilizerScience,1997,3(2):1232128.)

[8]GerloffGC,GabelmanWH.Geneticbasisofinorganicplantnutri2

tion[M].EncyclopediaofPlantPhysiology(LauchliA,BieleskiRL.eds).Springer2verlay,Ber2lin,1983:4532480.

[9]王应祥,寥红,严小龙.大豆适应低磷胁迫的机理初探[J].大

量关系研究[J].大豆科学,2004,23(4):2532257.(JinJ,LiuX

B,WangGH,etal.Studyonrelationshipbetweenrootmorphologyduringreproductiveandyieldinsoybean[J].SoybeanScience,2004,23(4):2532257.)

豆科学,2003,22(3):2082212.(WangYX,LiaoH,YanXL.

Preliminarystudiesonthemechanismsofsoybeaninadaptionto