氯化钠胁迫下向日葵的生理响应

高金秋，赵佳怡，蔡梦娇，赵虹柳，李 鑫，赵 永，丛建民

（1.白城师范学院生命科学学院，吉林 白城 137000；2.台州科技职业学院农业与生物工程学院，浙江 台州 318020）

0 引言

向日葵（Helianthus annuusL.），是菊科向日葵属草本植物，是世界范围内的主要油料作物、经济作物，又是人们广泛食用的一种坚果.据FAO 官网信息，2021 年世界向日葵种植面积2 953 万hm2，产量5 819 万t；中国向日葵种植面积94 万hm2，产量285 万t［1］.中国种植面积占世界的3.2%，产量占世界的4.9%，中国向日葵产量处于世界领先水平.但随着全球气候逐年变暖，土壤盐渍化进一步加剧，全世界大约有8 亿hm2的耕地受到影响［2］.因此，选育耐盐向日葵品种是摆在我国向日葵科研工作者面前迫在眉睫的研究课题.耐盐向日葵品种的鉴定是耐盐品种选育工作中最重要的环节.常规大田鉴定，结果可靠，但筛选周期长、工作量大、成本高.通过植物组织培养技术进行室内耐盐品种的初步鉴定为耐盐品种鉴定提供了一条快速可行路径.众多学者［3-5］研究结果表明，耐盐品种的可溶性蛋白、抗氧化酶系、氧自由基等生理指标都明显差异于盐敏感品种.为此，本文检测了盐敏感向日葵对氯化钠胁迫的生理响应的基础指标值，为后续耐盐向日葵品种的初步鉴定提供依据.

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验选用课题组前期筛选的向日葵盐敏感品种“1414”［6］.

1.2 实验方法

1.2.1 向日葵材料的获得

将消毒后的向日葵种子接种于添加NaCl 25、50、75 mmol/L的MS培养基中进行盐胁迫处理，以不添加NaCl的MS培养基为对照（CK），置于25 ℃、16 h/d散射光下培养，14 d后待用.

1.2.2 向日葵生理响应指标检测

生长素（GH）、赤霉素（GA）、细胞分裂素（CTK）、玉米素核苷（ZR）和脱落酸（ABA）含量测定参照文献［7］的方法；可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶（SOD）活力、过氧化物酶（POD）活性和过氧化氢酶（CAT）活性的测定参照文献［8］的方法；丙二醛（MDA）含量和氧自由基产生速率的测定参照文献［9］的方法.

1.2.3 试验数据处理与分析

使用Excel 2019 软件进行数据整理与制图，SPSS 26.0 软件进行Duncan 多重比较，用大写字母表示在P＜0.05水平上差异性显著.

2 结果分析

2.1 向日葵内源激素对NaCl胁迫的响应

2.1.1 GH对NaCl胁迫的响应

按照1.2.2 的方法对培养14 d 的向日葵进行GH 含量的测定，所得数据计算后，绘制图1.由图1 可知，随着NaCl 胁迫浓度的升高，GH 含量呈先降低后升高的变化趋势；胁迫后以25 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵GH 含量最高，以50 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵GH 含量最低；25 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵GH含量高于对照，50、75 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵GH 含量低于对照；不同浓度NaCl胁迫后向日葵GH 含量差异经统计分析达显著水平.

图1 向日葵GH对NaCl胁迫的响应

2.1.2 GA对NaCl胁迫的响应

按照1.2.2 的方法对培养14 d 的向日葵进行GA 含量的测定，所得数据计算后，绘制图2.由图2 可知，随着NaCl胁迫浓度的升高，GA含量呈先降低后升高的变化趋势；胁迫后以25 mmol/L NaCl胁迫的向日葵GA 含量最高，以50 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵GA 含量最低；胁迫向日葵的GA 含量都低于CK，且差异达显著水平；25 mmol/L NaCl 胁迫后向日葵的GA 含量与50 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵GA 含量差异显著，与75 mmol/L NaCl 胁迫的差异不显著；50 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵GA 含量与75 mmol/L NaCl胁迫的差异不显著.

图2 向日葵GA对NaCl胁迫的响应

2.1.3 CTK对NaCl胁迫的响应

按照1.2.2 的方法对培养14 d 的向日葵进行CTK 含量的测定，所得数据计算后，绘制图3.由图3 可知，随着NaCl 胁迫浓度的升高，CTK 含量波动较小，基本呈先降低后升高的变化趋势；胁迫后以25 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵CTK 含量最高，且高于CK，差异达到显著水平；胁迫后以50 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵CTK 含量最低，低于CK，但与CK、75 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵CTK 含量差异不显著；75 mmol/L NaCl胁迫的向日葵CTK含量与25 mmol/L NaCl胁迫的向日葵CTK含量差异不显著，与CK差异也不显著.

图3 向日葵CTK对NaCl胁迫的响应

2.1.4 ZR对NaCl胁迫的响应

按照1.2.2的方法对培养14 d的向日葵进行ZR含量的测定，所得数据计算后，绘制图4.由图4可知，随着NaCl 胁迫浓度的升高，ZR 含量呈先降低后升高的变化趋势；胁迫后以25 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵ZR 含量最高，以50 mmol/L 胁迫的向日葵ZR 含量最低；胁迫后，25 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵ZR 含量高于CK，且差异达显著水平；50 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵ZR 含量低于CK，且差异显著；75mmol/L NaCl 胁迫的向日葵ZR 含量与CK 基本相等，差异不显著；胁迫后，各NaCl 胁迫浓度下的向日葵ZR 含量相互间差异显著.

图4 向日葵ZR对NaCl胁迫的响应

2.1.5 ABA对NaCl胁迫的响应

按照1.2.2 的方法对培养14 d 的向日葵进行ABA 含量的测定，所得数据计算后，绘制图5.由图5 可知，随着NaCl 胁迫浓度的升高，ABA 含量呈先降低后升高的变化趋势；胁迫后以25 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵ABA 含量最高，高于CK，50、75 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵ABA 含量都低于CK；CK，25、50、75 mmol/L NaCl胁迫的向日葵ABA含量相互之间差异均显著.

图5 向日葵ABA对NaCl胁迫的响应

2.2 向日葵部分生化指标对NaCl胁迫的响应

2.2.1 向日葵可溶性蛋白对NaCl胁迫的响应

按照1.2.2 的方法对培养14 d 的向日葵进行可溶性蛋白含量的测定，所得数据计算后，绘制图6.由图6可知，随着NaCl胁迫浓度的升高，可溶性蛋白含量呈先降低后升高的变化趋势，所有NaCl胁迫的向日葵可溶性蛋白含量都高于对照，且差异显著；胁迫后以75 mmol/L NaCl胁迫的向日葵可溶性蛋白含量最高，50 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵可溶性蛋白含量最低，且相互间差异显著；25 mmol/LNaCl 胁迫的向日葵可溶性蛋白含量与50 mmol/L NaCl胁迫的差异不显著，与75 mmol/L NaCl胁迫的差异显著.

图6 向日葵可溶性蛋白对NaCl胁迫的响应

2.2.2 向日葵氧自由基对NaCl胁迫的响应

按照1.2.2 的方法对培养14 d 的向日葵进行氧自由基产生速率的测定，所得数据计算后，绘制图7.由图7可知，随着NaCl胁迫浓度的升高，氧自由基产生速率呈逐渐下降趋势，但所有NaCl胁迫的氧自由基产生速率都高于对照，且差异显著；胁迫后以25 mmol/LNaCl 胁迫的向日葵氧自由基产生速率最高，75 mmol/LNaCl 胁迫的向日葵氧自由基产生速率最低；CK，25、50、75 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵氧自由基产生速率相互之间差异均显著.

图7 向日葵氧自由基对NaCl胁迫的响应

2.2.3 向日葵MDA对NaCl胁迫的响应

按照1.2.2 的方法对培养14 d 的向日葵进行MDA 含量的测定，所得数据计算后，绘制图8.由图8 可知，随着NaCl胁迫浓度的升高，MDA 含量呈先下降后升高的变化趋势.胁迫后以75 mmol/L NaCl胁迫的向日葵MDA 含量最高，且高于CK，以50 mmol/LNaCl 胁迫的向日葵MDA 含量最低，且低于CK；CK，25、50、75 mmol/LNaCl胁迫的向日葵MDA含量相互之间差异均显著.

图8 向日葵MDA对NaCl胁迫的响应

2.3 向日葵部分抗氧化酶对NaCl胁迫的响应

2.3.1 向日葵SOD对NaCl胁迫的响应

按照1.2.2 的方法对培养14 d 的向日葵进行SOD 活力的测定，所得数据计算后，绘制图9.由图9 可知，随着NaCl胁迫浓度的升高，SOD活力呈先升高后下降的变化趋势，所有胁迫向日葵的SOD活力都高于对照；胁迫后以50 mmol/LNaCl 胁迫的向日葵SOD 活力最高，75 mmol/LNaCl 胁迫的向日葵SOD 活力最低；CK，25、50、75 mmol/LNaCl胁迫的向日葵SOD活力相互之间差异均显著.

图9 向日葵SOD对NaCl胁迫的响应

2.3.2 向日葵POD对NaCl胁迫的响应

按照1.2.2 的方法对培养14 d 的向日葵进行POD 活性的测定，所得数据计算后，绘制图10.由图10可知，随着NaCl胁迫浓度的升高，POD活性呈先升高后下降的变化趋势，所有胁迫向日葵POD活性都低于对照；胁迫后以50 mmol/LNaCl 胁迫的向日葵POD 活性最高，25 mmol/LNaCl 胁迫的向日葵POD 活性最低；CK，25、50、75 mmol/LNaCl胁迫的向日葵POD活性相互之间差异均显著.

图10 向日葵POD对NaCl胁迫的响应

2.3.3 向日葵CAT对NaCl胁迫的响应

按照1.2.2 的方法对培养14 d 的向日葵进行CAT 活性的测定，所得数据计算后，绘制图11.由图11可知，随着NaCl 胁迫浓度的升高，CAT 活性呈先升高后下降的变化趋势，但只有25 mmol/LNaCl 胁迫的向日葵CAT 活性低于CK；胁迫后以50 mmol/LNaCl 胁迫的向日葵CAT 活性最高，25 mmol/LNaCl 胁迫的向日葵CAT活性最低.CK，25、50、75 mmol/LNaCl胁迫的向日葵CAT活性相互之间差异均显著.

图11 向日葵CAT对NaCl胁迫的响应

3 讨论与结论

3.1 讨论

全球气候日益变暖导致土壤盐渍化加剧，土壤盐渍化往往与高浓度NaCl有关［10］，因此，本文选用添加不同浓度的NaCl对向日葵进行盐胁迫处理.

植物激素在植物应对盐胁迫中发挥着重要作用［11］.本研究结果表明随着胁迫浓度升高，GA 波动最小，ABA 波动最大，各植物激素总体趋势是先降后升，这与李海洋等［12］的研究结果略有差异，极有可能是处理浓度差异所致.

盐胁迫下，植物细胞通过表达盐胁迫蛋白［13］来适应高盐环境.本研究结果表明盐胁迫下，向日葵可溶性蛋白含量都高于对照，进一步佐证了该理论.这与文献［3］的研究结果盐胁迫导致可溶性蛋白含量升高相一致；随着盐胁迫浓度升高，向日葵的可溶性蛋白先降后升，这与胡晓炜等［14］的研究结果相同.

盐胁迫会增加植物体内氧自由基的产生速率，导致氧化损伤的发生.因此，测量氧自由基的产生速率可作为判断植物对盐胁迫的敏感程度的指标之一［15］.本研究结果表明，随着胁迫浓度的升高，氧自由基产生速率略有下降.这可能与植物发生盐害后，调整抗氧化酶活性抵御不良生境有关.尽管氧自由基产生速率略有下降，但变化不大，这与高涵等人关于碱蓬的研究结果一致，与高涵等人关于冰草、盐角草的研究结果有所差异［16］，极有可能是品种差异、盐敏感差异所致.

MDA 是一种指示植物氧化应激和细胞膜损伤程度的生化指标，常用于评估植物对环境胁迫的响应.盐胁迫可以导致植物内部的氧化反应，从而引起MDA 的积累，因此MDA 常作为盐胁迫的生化指标之一［17］.本研究结果表明，随着胁迫浓度升高，向日葵的MDA先降后升，这与杨宇晨［18］、刘钰等［19］的MDA研究结果都不相同，但与文献［14］的研究结果一致.

盐胁迫下，不同植物的抗氧化防御反应有所差别.本研究结果表明，随着胁迫浓度升高，向日葵的SOD，POD，CAT 活性都是先升后降，这与文献［14］、文献［18］的研究结果相一致，但与文献［19］的SOD，CAT 研究结果、文献［14］的POD 研究结果不一致，这可能是由于物种、品种差异所致，也可能是盐浓度差别所致.

3.2 结论

本实验结果表明，植物遭受盐害后，机体内氧自由基产生速率升高，植物通过调整内源激素、可溶性蛋白、MDA 含量与抗氧化酶系活性的变化来应对不良生境，维护机体正常代谢.随着盐胁迫浓度的升高，植物内源激素GH，GA，CTK，ZR，ABA，可溶性蛋白和MDA 含量都呈先降后升的变化趋势，其中GA波动较小，ABA 波动较大.25 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵各内源激素含量皆最高，75 mmol/LNaCl 胁迫的向日葵可溶性蛋白与MDA含量最高.随着盐胁迫浓度的升高，SOD，POD和CAT活性都呈先升后降的变化趋势，75 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵SOD 含量最低，25 mmol/L NaCl 胁迫的向日葵POD 和CAT 含量最低.随着盐胁迫浓度的升高，氧自由基产生速率呈下降趋势.因此，建议进行耐盐品种初步鉴定时，指标可选用ABA，可溶性蛋白，MDA，SOD，POD和CAT.