异甜菊醇对盐胁迫下小麦幼苗生长的影响

王 燕 李廷友 王 豆 李佳薇 彭雯璐 芮海云

（泰州学院，225300，江苏泰州）

土壤盐碱化减少了人类可耕作土地的面积，造成土地资源的浪费，农业生产方面受到严重损失，据不完全统计，全世界约有10亿hm2盐碱地[1]。目前，提高农作物的耐盐碱性是开发利用盐碱地的研究热点[2-4]。有文献[5-7]报道，通过施加外源精胺、赤霉素（GA3）和NO等可以提高农作物的耐盐性。随着转基因技术的发展，科学家们通过转基因技术培养耐盐品种，但转基因农作物的安全性尚待明确[8]。

小麦是重要的粮食作物之一，国内外学者对小麦在盐碱胁迫下的生长作了大量研究工作。研究[9]表明，在盐胁迫下，小麦细胞内Na+大量积累，破坏了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）等对自由基的清除作用，造成小麦体内自由基积累，破坏细胞膜结构，使植物新陈代谢受到抑制。

异甜菊醇是一种四环二萜类化合物，多个文献[10]报道其具有广泛的抗肿瘤、抑菌、降血压、降血糖和抗氧化等生理活性。GA3作为一种植物激素，广泛用于促进植物的生长发育，高添乐等[11]报道了不同浓度的GA3叶面喷施对甜玉米幼苗CAT及SOD活性有不同程度的提高，王楠等[12]报道了GA3浸泡种子可使盐胁迫下黄芪种子发芽率明显提升，朱秀红等[13]报道了GA3浸种处理提高了盐胁迫下泡桐种子发芽率，促进了根和芽的生长，增强了盐胁迫下泡桐幼苗中氧化酶系活性。异甜菊醇作为赤霉素类似物，可由甜菊苷水解得到，国内早期文献曾报道，甜菊苷及其衍生物对水稻种子发芽的促进作用相当或好于GA3，其中对水稻种子的胚根和胚芽的生长发育促进作用要好于GA3[14]，但对盐胁迫下植物生长的促进作用缺乏研究。本文以小麦品种扬麦2号种子为试验材料，用不同浓度的异甜菊醇对小麦种子进行预处理，研究不同浓度异甜菊醇对盐胁迫条件下小麦幼苗生长指标、SOD、POD及CAT活性的影响，探讨异甜菊醇在盐胁迫下对小麦幼苗生长的促进作用及可能存在的机制，为小麦种子的抗盐研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

小麦品种为扬麦2号，购买于江苏省自泰州市农贸市场。异甜菊醇纯度99.5%，购自南京金陵药业，其余试剂均为国产分析纯。

1.2 试验方法

挑选外形饱满、大小均一、成熟度一致的种子，用1%NaClO溶液消毒，清水冲洗干净，用滤纸吸干种子表面水分待用。于室温下分别用10-7、10-8、10-9和10-10mol/L的异甜菊醇水溶液浸泡种子24h。将吸胀后的小麦种子腹沟向下整齐摆放在已灭菌的、铺有双层滤纸的中号培养皿中，每个培养皿中放50粒种子。设11个处理组，分别考察100和150mmol/L NaCl盐胁迫条件下不同浓度异甜菊醇对小麦幼苗生长的影响，具体处理如表1所示。在室温条件下正常培养7d，每天补充蒸馏水至首日剂量。

表1 因素水平Table 1 Factor levels

1.3 样品采集与分析

培养7d后进行各项指标测定。采用常规直尺测量苗长和根长，用电子天平称苗鲜重和根鲜重。采用氮蓝四唑（NBT）法[15]测定SOD活性，以抑制NBT光化还原的50%为1个酶活单位（U），酶活性以U/g表示；采用愈创木酚法[15]测定POD活性，以1min内OD470变化0.01为1个酶活单位（U），酶活性以U/(g·min)表示；采用紫外吸收法[11]测定CAT活性，以1min内OD240减少0.1为1个酶活单位（U），酶活性以U/(g·min)表示；采用硫代巴比妥酸法[15]测定丙二醛（MDA）含量。

1.4 数据处理

采用SPSS 7.0软件进行数据统计分析，采用最小显著极差法（LSD）进行差异显著性分析（P＜0.05），并用Excel 2010软件进行图表的绘制。

2 结果与分析

2.1 异甜菊醇对盐胁迫条件小麦幼苗生长的影响

由表2可知，模型组和CK组的苗长和根长存在显著差异，在100mmol/L NaCl胁迫下，小麦早期生长受到明显抑制，CK组的苗鲜重和根鲜重也高于模型组，但无显著差异。与模型组相比，A1、A2、A3和A4组的苗长分别提高了13.3%、16.0%、12.1%和9.1%；根长分别提高123.9%、106.3%、144.0%和75.5%；根鲜重分别提高了41.4%、89.7%、20.7%和72.4%；苗鲜重与模型组相比，虽然均有提高，但无显著差异。说明异甜菊醇能够显著缓解盐胁迫对小麦幼苗的生长胁迫，尤其是提高了小麦幼苗的根系生长发育，其中以A2组促进作用最明显。

表2 100mmol/L NaCl盐胁迫下异甜菊醇对小麦幼苗生长的影响Table 2 Effects of isosteviol on growth of wheat seedlings under 100mmol/L NaCl salt stress

由表3可知，模型组和CK组的苗长、根长、苗鲜重及根鲜重均存在显著差异，在150mmol/L NaCl浓度胁迫下，小麦早期生长受到明显抑制，且模型组小麦各项指标均低于100mmol/L NaCl浓度胁迫下的模型组，说明盐浓度越高，小麦生长受到的抑制作用越强。与模型组相比，B1、B2和B3组的根长分别提高了34.5%、31.7%和46.4%，B4组对根长的提高不明显；根鲜重分别提高了19.2%、19.2%、80.8%和15.4%；苗长和苗鲜重方面，除B3组的苗鲜重显著提高外，其他均无显著差异。说明在高浓度盐胁迫条件下，异甜菊醇对小麦幼苗的生长胁迫仍有缓解作用，和低浓度盐胁迫相同，主要促进小麦幼苗的根系发育，其中以B3组促进作用最明显。

表3 150mmol/L NaCl盐胁迫下异甜菊醇对小麦幼苗生长的影响Table 3 Effects of isosteviol on growth of wheat seedlings under 150mmol/L NaCl salt stress

2.2 异甜菊醇对盐胁迫条件小麦叶片抗氧化酶系统的影响

由图1可知，在100mmol/L NaCl盐胁迫下，模型组小麦叶片中的MDA含量相比CK组显著增加，SOD、POD及CAT活性显著下降，说明盐胁迫降低了小麦叶片中抗氧化酶的活性，从而使MDA含量增加。与模型组相比，A1、A2、A3和A4组MDA含量分别下降了10.6%、15.0%、11.6%和13.4%；SOD活性分别提高了9.7%、53.3%、39.0%和45.9%；POD活性分别提高了8.7%、19.6%、22.7%和17.8%；A3和A4组CAT活性分别提高了44.0%和34.0%，A1和A2组CAT活性也高于模型组，但无显著差异。A2、A3和A4组的3种抗氧化酶活性均高于CK组，说明异甜菊醇提高了盐胁迫条件下小麦幼苗的抗氧化酶活性，尤其是SOD活性显著提高，其中A2组SOD活性提高最明显，这与A2组小麦各项生长指标均显著提高的结果一致。

图1 100mmol/L NaCl盐胁迫下异甜菊醇对小麦叶片中MDA含量，SOD、POD及CAT活性的影响Fig.1 Effects of isosteviol on MDA content and SOD,POD,CAT activities of wheat leaves under 100mmol/L NaCl salt stress

由图2可知，在150mmol/L NaCl高浓度盐胁迫下，模型组小麦叶片中MDA含量与CK组相比极显著增加，3种抗氧化酶活性显著降低。与模型组相比，B1、B2、B3和B4组MDA含量均下降；SOD活性分别提高了20.1%、35.9%、203.9%和28.2%；POD活性分别提高了13.2%、23.6%、23.6%和27.9%；B1和B3组CAT活性分别提高了31.0%和23.8%，B2和B4组CAT活性也有所提高，但无显著差异。说明在高浓度盐胁迫条件下，异甜菊醇仍可以显著提高小麦幼苗中抗氧化酶活性，尤其是SOD活性，其中B3组SOD活性提高最显著，这与B3组小麦根系生长最发达的结果一致。同时，对比图1和图2中的模型组，高浓度盐胁迫下的MDA高于低浓度盐胁迫，各种酶活性低于低浓度盐胁迫。说明盐胁迫浓度越高，小麦叶片中抗氧化酶活性被破坏越强，有害物质MDA含量越高。

图2 150mmol/L NaCl盐胁迫下异甜菊醇对小麦叶片中MDA含量，SOD、POD及CAT活性的影响Fig.2 Effects of isosteviol on MDA content and SOD,POD,CAT activities of wheat leaves under 150mmol/L NaCl salt stress

3 讨论

3.1 异甜菊醇对小麦生长指标的影响

盐胁迫条件下，植物生长受到抑制，因此，生长量可以作为植物耐盐性的直接指标[16]。朱秀红等[13]研究表明，适宜浓度的GA3浸种可调节内源激素含量的变化及其比值平衡，可以缓解盐胁迫对泡桐种子造成的伤害，且不同品种缓解所需最佳GA3浓度不同。本研究结果表明，作为赤霉素类似物，不同浓度的异甜菊醇也可显著缓解盐胁迫对小麦幼苗的生长抑制作用，尤其是根系生长的促进作用，但其促进作用与浓度不成比例关系，与前人[13]研究结果一致。本文研究结果表明，10-8和10-9mol/L的异甜菊醇分别对100和150mmol/LNaCl胁迫下小麦幼苗的生长促进作用最明显。说明不同浓度的盐胁迫条件下，异甜菊醇对小麦抗盐性的提高有不同的最佳浓度，该结论提示当盐胁迫程度不同时，植物生长促进剂的适宜浓度也不同。适当降低异甜菊醇的浓度，可以增加其对植物的生长促进作用，这与低浓度植物激素可以促进植物生长、高浓度激素抑制植物生长研究[17]结论一致。

3.2 异甜菊醇对小麦叶片抗氧化酶活性的影响

盐胁迫下，植物体内活性氧的产生使平衡状态遭到破坏，膜脂过氧化程度增加，严重时导致细胞死亡。抗氧化酶SOD、POD和CAT是植物体内清除自由基的重要酶类，盐胁迫条件下，植物通过提高抗氧酶活性，减轻逆境胁迫的伤害，维持正常生理功能[18]。SOD是细胞膜保护的第1道防线，其抗氧化机理是将毒性较强的O2-歧化为毒性较弱的H2O2，POD作为重要的H2O2清除酶，将H2O2还原为H2O，CAT也能将H2O2歧化为H2O和O2，但其清除效率较低[19]。朱金芳等[20]研究表明，在盐胁迫浓度达150mmol/L时，中国柽柳中抗氧化酶SOD、POD、CAT活性显著降低，MDA含量显著升高。本研究结果显示，在2种盐浓度胁迫条件下（100和150mmol/L），模型组小麦幼苗中抗氧化酶体系活性均显著降低，MDA含量显著升高，这与前人[20]研究结果是一致的。同时，本文研究结果还揭示了盐胁迫浓度越高，植物幼苗中的抗氧化酶活性被破坏越明显，有害物质MDA含量越高。朱秀红等[13]研究表明，适宜GA3浸种可以显著提高泡桐幼苗中抗氧化酶活性，提高泡桐的耐盐性。本研究结果表明，赤霉素类似物异甜菊醇也能提高小麦叶片中SOD、POD及CAT活性，降低MDA含量，尤其是显著提高了SOD活性。在盐胁迫浓度不同时，提高酶活性的最适宜异甜菊醇浓度也有变化，其结果与最适宜提高小麦生长指标的浓度是一致的。

4 结论

异甜菊醇作为GA3类似物，主要是通过提高小麦幼苗中抗氧酶活性，尤其是SOD活性来提高小麦幼苗的抗盐性能，且盐胁迫浓度不同时，最佳促进作用的异甜菊醇浓度也不同。最适宜异甜菊醇浸种浓度（10-8和10-9mol/L）低于GA3常用最佳浓度（10-4和10-5mol/L），提示异甜菊醇作为提高植物抗逆性生长促进剂用量更低，具有更好的应用前景。