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甜菜M14品系与二倍体栽培甜菜耐盐性的比较研究

李洪丽 杨娜 端木慧子

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甜菜M14品系与二倍体栽培甜菜耐盐性的比较研究

    作者简介: 李洪丽 E-mail:lhl_lcy@sina.com;
    通讯作者: 端木慧子, E-mail:duanmuhuizi@sina.cn
  • 基金项目: 黑龙江省省属高等学校基本科研业务费基础研究项目(KJCXZD201718);黑龙江省省属高等学校基本科研业务费基础研究项目(KJCXZD201717);国家自然科学基金项目(31801426);黑龙江省普通高等学校青年创新人才培养计划(UNPYSCT-2018008)。

Comparison of salt tolerance between sugar beet M14 and Beta vulgaris L.

    Corresponding author: DUANMU Hui-zi, E-mail:duanmuhuizi@sina.cn
  • 摘要: 【目的】甜菜属于耐盐碱作物,通过比较两个优质甜菜材料的耐盐性,为甜菜育种提供科学依据。【方法】本试验以甜菜M14品系 (18+1条染色体) 和来自同一亲本分离得到的二倍体栽培甜菜 (18条染色体) 为试验材料,在正常和200 mmol/L NaCl胁迫条件下进行水培试验。在处理0、1、3、5、7天后,采集幼苗样品,测定株高、根长,分析K+、Na+、丙二醛 (MDA) 和甜菜碱含量,测定主要抗氧化物酶基因 (SODCATAPXGR) 和甜菜碱合成基因 (CMOBADH) 的转录水平及以上6个基因编码酶活性。【结果】1) 正常条件下,两个甜菜材料的株高和根长均无明显差异;200 mmol/L NaCl胁迫条件下,M14品系的株高和根长均优于二倍体。2) 正常条件下,M14品系与二倍体的根吸收K+和Na+的能力相似,代谢过程中产生甜菜碱的量相当;200 mmol/L NaCl胁迫条件下,两个甜菜材料根中的K+、Na+含量差异不显著,而M14品系根中的甜菜碱含量高于二倍体。3) 正常条件下,两个甜菜材料根中的SODCATAPXGRCMOBADH基因转录水平差异均不显著;200 mmol/L NaCl胁迫条件下,M14品系根中的SODGR基因转录水平均在第1天时高于二倍体,CATAPXCMOBADH基因转录水平在第3~5天显著高于二倍体。4) 正常条件下,两个甜菜材料根中SOD、CAT、APX、GR、CMO和BADH活性差异不显著;200 mmol/L NaCl胁迫条件下,M14品系根中各酶活性均显著高于二倍体。【结论】在200 mmol/L NaCl胁迫条件下,甜菜M14品系根部的甜菜碱含量较高,抗氧化物酶基因转录水平及酶活性均显著高于二倍体,表现出更高的耐盐性。
  • 图 1  正常和200 mmol/L NaCl胁迫条件下甜菜M14品系与二倍体栽培甜菜幼苗

    Figure 1.  Phenotype of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under normal condition and 200 mmol/L NaCl stress

    图 2  正常和200 mmol/L NaCl胁迫条件下甜菜M14品系与二倍体的株高及根长

    Figure 2.  Plant height and root length of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under normal condition and 200 mmol/L NaCl stress

    图 3  正常条件下甜菜M14品系与二倍体根系中K+、Na+、MDA及甜菜碱含量

    Figure 3.  Content of K+,Na+,MDA and betaine in root of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under normal condition

    图 4  200 mmol/L NaCl胁迫条件下甜菜M14品系与二倍体根系中K+、Na+、MDA及甜菜碱含量

    Figure 4.  Contents of K+,Na+,MDA and betaine in roots of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under 200 mmol/L NaCl stress

    图 5  正常条件下甜菜M14品系与二倍体根系中SODCATAPXGRCMOBADH基因转录水平

    Figure 5.  Relative expression of SODCATAPXGRCMO and BADH genes in roots of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under normal condition

    图 6  200 mmol/L NaCl胁迫条件下甜菜M14品系与二倍体根系中SODCATAPXGRCMOBADH基因转录水平

    Figure 6.  Relative expression of SODCATAPXGRCMOBADH genes in roots of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under 200 mmol/L NaCl stress

    图 7  正常条件下甜菜M14品系与二倍体根系中SOD、CAT、APX、GR、CMO和BADH活性

    Figure 7.  Activities of SOD,CAT,APX,GR,CMO and BADH in roots of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under normal condition

    图 8  200 mmol/L NaCl胁迫条件下甜菜M14品系与二倍体根系中SOD、CAT、APX、GR、CMO和BADH活性

    Figure 8.  Activities of SOD,CAT,APX,GR,CMO and BADH in roots of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under 200 mmol/L NaCl stress

    表 1  荧光定量PCR引物信息

    Table 1.  The primers of real-time PCR

    引物Primer引物序列Sequence of primer
    18S-S5'-CCCCAATGGATCCTCGTTA-3'
    18S-AS5'-TGACGGAGAATTAGGGTTCG-3'
    CMO-S5'-AACTGGAAGGTTTTCTGTGATA-3'
    CMO-AS5'-TAGTCATCCAAGTGCCATACCT-3'
    BADH-S5'-AGCCTGTTACATTGGAACTTGGA-3'
    BADH-AS5'-TTGGTCCACTTTACAAGCCTATC-3'
    SOD-S5'-ATTGTCTGGCTGTATTTGATGG-3'
    SOD-AS5'-TTAGGTAGGCATAGAGATTAGAGG-3'
    APX-S5'-GTATGGAAGAGTGGAGGTGAC-3'
    APX-AS5'-TAGATGTTGAGCAGGTGAAGG-3'
    CAT-S5'-GCTGGCAACTATCCTGAATG-3'
    CAT-AS5'-TGGCAGTAGAGGCAAGATG-3'
    GR-S5'-CTTCTTCGCCGTAATTTCTCAG-3'
    GR-AS5'-CTCTAACACCGCCACTTCC-3'
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-13
  • 网络出版日期:  2020-01-21
  • 刊出日期:  2020-01-01

甜菜M14品系与二倍体栽培甜菜耐盐性的比较研究

    作者简介:李洪丽 E-mail:lhl_lcy@sina.com
    通讯作者: 端木慧子, duanmuhuizi@sina.cn
  • 黑龙江大学农业微生物技术教育部工程研究中心/黑龙江大学生命科学学院/黑龙江省普通高等学校分子生物学重点实验室,黑龙江哈尔滨 150080
  • 基金项目: 黑龙江省省属高等学校基本科研业务费基础研究项目(KJCXZD201718);黑龙江省省属高等学校基本科研业务费基础研究项目(KJCXZD201717);国家自然科学基金项目(31801426);黑龙江省普通高等学校青年创新人才培养计划(UNPYSCT-2018008)。
  • 摘要: 【目的】甜菜属于耐盐碱作物,通过比较两个优质甜菜材料的耐盐性,为甜菜育种提供科学依据。【方法】本试验以甜菜M14品系 (18+1条染色体) 和来自同一亲本分离得到的二倍体栽培甜菜 (18条染色体) 为试验材料,在正常和200 mmol/L NaCl胁迫条件下进行水培试验。在处理0、1、3、5、7天后,采集幼苗样品,测定株高、根长,分析K+、Na+、丙二醛 (MDA) 和甜菜碱含量,测定主要抗氧化物酶基因 (SODCATAPXGR) 和甜菜碱合成基因 (CMOBADH) 的转录水平及以上6个基因编码酶活性。【结果】1) 正常条件下,两个甜菜材料的株高和根长均无明显差异;200 mmol/L NaCl胁迫条件下,M14品系的株高和根长均优于二倍体。2) 正常条件下,M14品系与二倍体的根吸收K+和Na+的能力相似,代谢过程中产生甜菜碱的量相当;200 mmol/L NaCl胁迫条件下,两个甜菜材料根中的K+、Na+含量差异不显著,而M14品系根中的甜菜碱含量高于二倍体。3) 正常条件下,两个甜菜材料根中的SODCATAPXGRCMOBADH基因转录水平差异均不显著;200 mmol/L NaCl胁迫条件下,M14品系根中的SODGR基因转录水平均在第1天时高于二倍体,CATAPXCMOBADH基因转录水平在第3~5天显著高于二倍体。4) 正常条件下,两个甜菜材料根中SOD、CAT、APX、GR、CMO和BADH活性差异不显著;200 mmol/L NaCl胁迫条件下,M14品系根中各酶活性均显著高于二倍体。【结论】在200 mmol/L NaCl胁迫条件下,甜菜M14品系根部的甜菜碱含量较高,抗氧化物酶基因转录水平及酶活性均显著高于二倍体,表现出更高的耐盐性。

    English Abstract

    • 土壤盐渍化是影响作物生产的主要限制因素之一,随着全球变暖的趋势日益加重,我国土壤盐渍化问题也日趋明显[1-2],盐碱地面积一直在不断扩大。虽然土壤中的盐分是植物生长过程中必需的营养元素,正常的盐分含量可以维持植物的正常生理功能,但是,盐分的过量积累则会对植物产生多方面的损伤,例如,抑制植物的生长发育,减少生物量[3],产生离子毒害[4],引起渗透胁迫[5]和氧化胁迫[6]等,从而导致作物质量和产量大幅下降,严重影响农业生产的发展。因此,如何开发和利用现有的盐碱地资源,提高作物质量和产量,加强对耐盐农作物抗逆机制的研究,提高其对盐胁迫的耐受能力等就显得尤为重要。

      甜菜 (Beta vulgaris L.) 不仅是一种糖料作物,具有较高的含糖量,又可以作为一种新能源用于生产酒精等生物燃料,是我国乃至全世界重要的经济作物之一[7-8]。其具有耐盐碱性的抗逆能力,可以通过在生长过程中吸收土壤中的盐分来改良土壤,属于中度耐盐作物,是人们研究植物体耐盐机理,提高作物产量的首选材料[9-10]。甜菜M14品系是通过远缘杂交得到的二倍体栽培甜菜 (Beta vulgaris L.),染色体组上附加野生白花甜菜 (B. corolliflora Zoss.) 第9号染色体的单体附加系,具有抗盐、抗旱、耐寒和无融合生殖等野生品种的优良性状,是挖掘野生甜菜优质基因的重要资源[11-12]

      目前,国内外针对于甜菜的耐盐性以及耐盐机理已做了一些研究,如Wu等[13]利用iTRAQ技术,通过比较蛋白质组,筛选获得甜菜响应盐胁迫的关键蛋白质;Lv等[14]利用比较转录组学分析得到了不同浓度NaCl处理下甜菜M14品系根和叶中的差异表达基因;Wu等[15]揭示了甜菜M14品系中乙二醛酶I基因的耐盐作用。另外,也有少量关于不同甜菜品种耐盐性的比较,Rozema等[16]比较了栽培甜菜与海甜菜的耐盐性,并且探讨了传统的驯化和最新的育种是否能够增强其耐盐性。甜菜 M14 品系具有极强的耐盐性,最高可耐受500 mmol/L NaCl,并完成生活史[17]。本实验室前期从甜菜M14品系中获得了多个具有耐盐功能的基因及蛋白质。但是,目前仍然缺乏针对甜菜M14品系与二倍体栽培甜菜之间在耐盐性方面的系统性评价。

      为了获得更具耐盐能力的优质甜菜资源,为农业生产提供更具经济价值的作物,需要对甜菜M14品系与二倍体栽培甜菜的耐盐性进行科学和系统的评价。本试验以甜菜M14品系和从同一亲本分离得到的二倍体栽培甜菜为试验材料,分别从表型 (株高、根长),生理生化指标 [K+、Na+、丙二醛 (MDA)、甜菜碱含量],主要抗氧化物酶基因[超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(aseorbate peroxidase,APX)、谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR)] 和甜菜碱合成基因[胆碱单加氧酶(choline monooxygenase,CMO)、甜菜碱醛脱氢酶(betaine aldehyde aehydrogenase,BADH)]的转录水平及以上6个基因编码酶活性4个方面,比较两个甜菜材料的根在正常条件和200 mmol/L NaCl胁迫下的耐受性,以期为优良甜菜品种的培育提供一些基础数据支持,为深入研究甜菜耐盐机制提供理论依据与新思路。

      • 二倍体栽培甜菜 (Beta vulgaris L.);甜菜M14品系 (chromosome 9 monosomic addition line of Beta corolliflora Zoss. in B. vulgaris L.,VV+C9,2n = 18+1),公开专利号:CN1263695A,其染色体组中包括18条栽培甜菜染色体及1条野生白花甜菜的第9号染色体。试验材料由本实验室保存。

      • 将甜菜M14品系和二倍体栽培甜菜种子流水冲洗6 h;70%乙醇浸泡震荡1 min,自来水冲洗3~5遍;0.1% HgCl2浸泡震荡15 min,自来水冲洗3~5遍;福美霜溶液 (1 g福美霜∶500 mL水) 浸泡震荡12 h,自来水充分冲洗干净,接种备用。

      • 1) 将消毒后的甜菜种子播种至装有蛭石的发芽盒中,(24 ± 2)℃,2000~3000 lx,16 h光照培养7天后,将幼苗转移至Hoagland营养液中,24 h通气培养10天后进行染色体的显微镜观察,将甜菜M14品系 (18+1条染色体) 与二倍体栽培甜菜 (18条染色体) 分开并继续培养。2) 幼苗培养至第14天后进行终浓度为200 mmol/L NaCl胁迫,以正常条件培养为对照,分别处理0、1、3、5、7天后,选取甜菜M14品系和二倍体栽培甜菜的根部作为样品,每个处理进行3次生物学重复。

      • 甜菜根系K+、Na+含量采用火焰原子吸收分光光度法[18]测定,K+吸光值A766.5、Na+吸光值A589; MDA含量采用硫代巴比妥酸法[19]测定;甜菜碱含量参照Yamada等的方法[20]测定。

      • 根据抗氧化物酶基因 (SOD、CAT、APX、GR、CMO、BADH) 的cDNA序列设计引物,以甜菜18S rRNA基因作为内参基因,扩增引物见表1。利用实时荧光定量PCR技术,分别以正常条件和200 mmol/L NaCl胁迫0、1、3、5、7天的甜菜M14品系和二倍体栽培甜菜根部总RNA的反转录产物为模板,进行SOD、CAT、APX、GR、CMO、BADH基因的特异性表达分析。每个反应设置3次生物学重复和3次技术重复。

        表 1  荧光定量PCR引物信息

        Table 1.  The primers of real-time PCR

        引物Primer引物序列Sequence of primer
        18S-S5'-CCCCAATGGATCCTCGTTA-3'
        18S-AS5'-TGACGGAGAATTAGGGTTCG-3'
        CMO-S5'-AACTGGAAGGTTTTCTGTGATA-3'
        CMO-AS5'-TAGTCATCCAAGTGCCATACCT-3'
        BADH-S5'-AGCCTGTTACATTGGAACTTGGA-3'
        BADH-AS5'-TTGGTCCACTTTACAAGCCTATC-3'
        SOD-S5'-ATTGTCTGGCTGTATTTGATGG-3'
        SOD-AS5'-TTAGGTAGGCATAGAGATTAGAGG-3'
        APX-S5'-GTATGGAAGAGTGGAGGTGAC-3'
        APX-AS5'-TAGATGTTGAGCAGGTGAAGG-3'
        CAT-S5'-GCTGGCAACTATCCTGAATG-3'
        CAT-AS5'-TGGCAGTAGAGGCAAGATG-3'
        GR-S5'-CTTCTTCGCCGTAATTTCTCAG-3'
        GR-AS5'-CTCTAACACCGCCACTTCC-3'
      • 在处理后0、1、2、3、4、5、6、7天,采集正常条件和200 mmol/L NaCl胁迫条件下两个甜菜材料的根部样品,采用氮蓝四唑 (NBT) 法[21]测定SOD活性;利用紫外吸收法[22]测定CAT、APX和GR活性;利用植物胆碱单加氧酶ELISA试剂盒测定CMO活性;利用植物甜菜碱醛脱氢酶ELISA试剂盒测定BADH活性,3次生物学重复。

      • 将试验数据录入Microsoft Excel 2007,使用统计学分析软件SPSS 13.0进行生物学统计分析,采用LSD法进行差异显著性分析。

      • 图1图2显示,正常条件下,二倍体栽培甜菜的株高和根长均略优于甜菜M14品系,但两者株高和根长在P < 0.05水平差异不显著,说明两个甜菜材料在正常生长环境下表型 (株高、根长) 相似,无明显差异。在200 mmol/L NaCl胁迫条件下,甜菜M14品系株高在NaCl胁迫前4天低于二倍体栽培甜菜,但随后二倍体栽培甜菜生长缓慢,并且甜菜M14品系的根长在胁迫第3天时开始表现出优于二倍体栽培甜菜的趋势,但差异不显著(P < 0.05)。

        图  1  正常和200 mmol/L NaCl胁迫条件下甜菜M14品系与二倍体栽培甜菜幼苗

        Figure 1.  Phenotype of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under normal condition and 200 mmol/L NaCl stress

        图  2  正常和200 mmol/L NaCl胁迫条件下甜菜M14品系与二倍体的株高及根长

        Figure 2.  Plant height and root length of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under normal condition and 200 mmol/L NaCl stress

      • 正常条件下,甜菜M14品系根中K+和Na+含量在培养7天期间均高于二倍体栽培甜菜根中K+和Na+含量,差异不显著 (P > 0.05),另外,两个甜菜材料根中MDA和甜菜碱含量差异也不显著 (P > 0.05)。即正常生长环境下,甜菜M14品系与二倍体栽培甜菜的根吸收K+和Na+的能力相似,并且代谢过程中产生甜菜碱的量相当 (图3)。

        图  3  正常条件下甜菜M14品系与二倍体根系中K+、Na+、MDA及甜菜碱含量

        Figure 3.  Content of K+,Na+,MDA and betaine in root of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under normal condition

      • 图4可知,200 mmol/L NaCl胁迫时,两个甜菜材料根中的K+含量差异不显著 (P > 0.05),当培养至第3天时,甜菜M14品系根中Na+含量高于二倍体栽培甜菜,差异显著 (P < 0.05)。

        图  4  200 mmol/L NaCl胁迫条件下甜菜M14品系与二倍体根系中K+、Na+、MDA及甜菜碱含量

        Figure 4.  Contents of K+,Na+,MDA and betaine in roots of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under 200 mmol/L NaCl stress

        两个甜菜材料根中的MDA含量均在胁迫1天后出现急剧下降的趋势,且差异不显著 (P > 0.05)。可能是在NaCl胁迫初期,植物体膜脂发生过氧化,产生了大量的MDA,随着植物体自身不断地调节、清除,其含量则逐渐下降。

        200 mmol/L NaCl胁迫处理后,甜菜M14品系根中的甜菜碱含量表现出高于二倍体栽培甜菜的趋势。甜菜碱是植物体内起到渗透调节作用的重要物质,其含量与植物体对NaCl胁迫的适应能力呈正比。这说明在200 mmol/L NaCl胁迫条件下,甜菜M14品系根对该浓度NaCl胁迫的适应和调节能力更强。

      • 图5可知,正常条件下,两个甜菜材料根中的SOD、CAT、APX、GRCMOBADH基因转录水平差异均不显著 (P > 0.05),表明转录水平相似。其中,甜菜M14品系根中的CAT、GRCMO基因转录水平在培养至第3天时均高于二倍体栽培甜菜。

        图  5  正常条件下甜菜M14品系与二倍体根系中SODCATAPXGRCMOBADH基因转录水平

        Figure 5.  Relative expression of SODCATAPXGRCMO and BADH genes in roots of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under normal condition

      • 图6可知,200 mmol/L NaCl胁迫时,甜菜M14品系根中的SODGR基因转录水平均在处理1天时达到最大值,均高于二倍体栽培甜菜,差异显著 (P < 0.05)。甜菜M14品系根中的CATCMO基因转录水平在胁迫第5天时均极显著高于二倍体栽培甜菜 (P < 0.01),这说明甜菜M14品系根的CAT基因对胁迫环境更敏感。另外,在胁迫第3天时,甜菜M14品系根中的BADH基因转录水平显著高于二倍体栽培甜菜 (P < 0.05),由于BADH基因转录表达的BADH酶是合成甜菜碱的关键酶,而甜菜碱又是提高植物体对NaCl胁迫环境耐受性的关键物质,因此,甜菜M14品系根中BADH基因转录水平的上调可能有助于提高自身对胁迫环境的耐受性。

        图  6  200 mmol/L NaCl胁迫条件下甜菜M14品系与二倍体根系中SODCATAPXGRCMOBADH基因转录水平

        Figure 6.  Relative expression of SODCATAPXGRCMOBADH genes in roots of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under 200 mmol/L NaCl stress

        最后,甜菜M14品系根中的APX基因转录水平在胁迫第3天和第5天时均极显著低于二倍体栽培甜菜 (P < 0.01)。这可能是由于甜菜M14品系根的APX基因对胁迫环境较敏感,在胁迫前期迅速提高转录水平,但胁迫后期可能受胁迫损伤严重,导致根部的APX基因转录水平迅速下降。

      • 图7可知,正常条件下,甜菜M14品系根中SOD、CAT、APX、GR、CMO和BADH活性与二倍体栽培甜菜差异不显著 (P > 0.05),即正常生长环境下,两个甜菜品系根中SOD、CAT、APX、GR、CMO和BADH参与自身代谢的活性相似。

        图  7  正常条件下甜菜M14品系与二倍体根系中SOD、CAT、APX、GR、CMO和BADH活性

        Figure 7.  Activities of SOD,CAT,APX,GR,CMO and BADH in roots of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under normal condition

      • 图8所示,200 mmol/L NaCl胁迫下,随着处理时间的延长,甜菜M14品系根中SOD、CAT、APX、CMO和BADH活性均在第4天时显著高于二倍体栽培甜菜 (P < 0.05)。说明甜菜M14品系根中清除活性氧和过氧化氢的能力强于二倍体栽培甜菜,并且CMO、BADH活性持续时间较长,同时说明甜菜M14品系根的CMO、BADH活性对胁迫环境更敏感,更耐盐。

        图  8  200 mmol/L NaCl胁迫条件下甜菜M14品系与二倍体根系中SOD、CAT、APX、GR、CMO和BADH活性

        Figure 8.  Activities of SOD,CAT,APX,GR,CMO and BADH in roots of sugar beet M14 and diploid of Beta vulgaris L. under 200 mmol/L NaCl stress

      • NaCl胁迫是抑制植物体生长的一个重要因素。关于这种抑制作用产生的原因有如下解释: 1) NaCl通过离子毒害以及渗透胁迫使植物体营养缺失,进而导致生长受到抑制[23];2) 植物体在NaCl胁迫环境下通过主动降低自身能量的消耗来抵御逆境胁迫作用,导致植物体出现不同程度的降低甚至停止生长,进而表现出植株矮小的状态[24]。总之,无论由哪种胁迫机理造成的影响,NaCl胁迫环境会造成植株生长受到抑制是确定的。NaCl胁迫会导致植株叶片变色、卷曲,根、茎、叶均出现萎蔫症状。据研究表明,100 mmol/L NaCl环境对甜菜植株生长有促进作用,200 mmol/L NaCl胁迫时,甜菜的生长则开始受到显著的抑制作用,而400 mmol/L NaCl胁迫是甜菜生长的极限值,继续增加盐浓度会导致其死亡[17]

        本试验旨在比较甜菜M14品系和二倍体栽培甜菜在200 mmol/L NaCl胁迫环境下的耐盐性,研究表明,相同NaCl浓度胁迫下,随着胁迫时间的延长,甜菜M14品系根的生长状态明显好于二倍体栽培甜菜,说明甜菜M14品系根对200 mmol/L NaCl胁迫的耐受性相对更强,更适应NaCl胁迫环境。

      • NaCl胁迫不仅对植物体株高、根长产生表型的影响,同时高浓度的离子也会对植物细胞造成损伤,引起植物体的渗透胁迫,导致细胞失水。因此,植物体会增加细胞内可溶性物质的含量来进行渗透调节,其中包括无机离子如K+、Na+以及甜菜碱等。细胞内K+、Na+含量的变化反映了逆境胁迫对植物细胞膜稳定性的影响。同时,甜菜碱对细胞膜具有一定的保护作用,是植物体抵抗NaCl胁迫的重要物质。本试验结果显示,200 mmol/L NaCl胁迫环境下,甜菜M14品系和二倍体栽培甜菜根的K+、Na+含量差异均不显著,甜菜M14品系的甜菜碱含量表现出高于二倍体栽培甜菜的趋势。另外,NaCl胁迫还会使细胞发生膜脂过氧化反应,产生MDA等氧化产物,破坏细胞膜结构[25]。由于细胞膜具有维持植物体内环境稳定、控制物质进出细胞的重要作用,通常可以通过测定MDA含量来判断植物细胞膜的受损伤程度。本研究通过比较200 mmol/L NaCl胁迫下甜菜M14品系和二倍体栽培甜菜根MDA含量的变化来分析两个甜菜材料对NaCl胁迫的耐受性,结果表明,相比二倍体栽培甜菜,后期甜菜M14品系根部对200 mmol/L NaCl胁迫的耐受性更强。

      • 植物体在NaCl等外界环境胁迫下,体内的活性氧大量积累,导致蛋白质及核酸分子的破坏,进而破坏细胞膜结构,造成次生氧化胁迫[26]。植物体在进化过程中已经形成了一套完整的抗氧化酶系统,包括SOD、CAT、APX、GR等抗氧化酶类。

        本研究发现,NaCl胁迫环境下,两个甜菜材料的甜菜均先启动SOD活性,随后CAT、APX活性逐渐升高,此结论证明了在次生氧化胁迫环境下,植物体积累的较高浓度的$\rm{O}_{\small 2}^{\overline {\,\cdot\,}} $首先诱导SOD启动反应,将$\rm{O}_{\small 2}^{\overline {\,\cdot\,}} $还原成H2O2,然后分别由CAT、APX等酶将H2O2还原成H2O,此结论与姜慧等[27]的研究结果相同。同时,通过荧光定量PCR检测抗氧化关键酶的基因转录水平发现,基因表达量与相应酶活性没有直接关系。

      • 在200 mmol/L NaCl胁迫下,甜菜M14品系与二倍体栽培甜菜相比较,其根部生长状态更好;其SODCATGR、CMOBADH基因转录水平均在不同时期显著高于二倍体栽培甜菜,以及其SOD、CAT、APX、CMO和BADH活性在盐胁迫第4天时均显著高于二倍体栽培甜菜,由此可见,在盐胁迫下甜菜M14品系表现出更强的耐受性。

    参考文献 (27)

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