氯化钾对长花盛花期盐胁迫效应和生物碱含量的影响.doc

西北植物学报 ,2010 ,30 (7) :1415 - 1419act a b ot . b o r e a l . 2occi de nt . si n . 文章编号 :100024025 (2010) 0721415205氯化钾对长春花盛花期盐胁迫效应和生物碱含量的影响玲 ,隆小华 ,刘兆普 3宋姗姗 ,刘( 南京农业大学 资源与环境学院/ 江苏省海洋生物学重点实验室 ,南京 210095)摘 要 :在温室土培条件下 ,研究了不同浓度 kcl 处理对长春花盛花期盐胁迫效应以及对文多灵 、长春质碱 、长春碱和长春新碱等生物碱含量的影响. 结果现实 : (1) 3 nacl 胁迫下 ,施入一定量 kcl ,将 na + / k+ 调为 20 1 ( k2 )时可显著缓解盐胁迫对长春花的危害 ,与不施 kcl ( k1 ) 相比 ,长春花的鲜质量 、株高 、根长和相对含水量均显著提 高 ,而长春花叶片丙二醛含量显著下降 , 超氧化物歧化酶 ( sod) 、过氧化氢酶 ( ca t) 、过氧化物酶 ( pod) 活性在na + / k+ 为 20 1 ( k2 ) 时显著高于其它处理 ,但当 na + / k+ 为 10 1 ( k3 ) 与 5 1 ( k4 ) 时 ,盐胁迫的危害又显著加 剧. (2) na + / k+ 为 20 1 处理的长春花盛花期文多灵 、长春质碱 、长春碱和长春新碱含量显著高于其它处理 ,分别为 20 . 88 、30 . 18 、2 . 53 和 5 . 12 mg! g - 1 . 研究表明 ,na + / k+ 为 20 1 比例施用钾肥可最大限度地降低 nacl 胁迫对 盛花期长春花生长造成的伤害 ,并显著促进其生物碱的代谢 ,显著提高长春花盛花期 4 种主要生物碱的含量. 关键词 :长春花 ;盛花期 ; kcl ; nacl 胁迫效应 ; na + / k+ ;生物碱含量中图分类号 : q945 . 98文献标识码 : aeff ects of kcl on t he gro wt h an d al kal oid content ofca t h a r a n t h us r os e us flo wering under salt stressson g sha n2sha n ,l iu l i ng ,l on g xiao2h ua ,l iu zhao2p u 3(j iangsu pro vi ncial key l a bo rato r y of ma ri ne biolo gy ,college of re so urce s and envi ro nment al science ,na nji ng agricult ural u ni2ver sit y ,nanji ng 210095 ,chi na)abstract : the eff ect s of kcl o n t he gro w t h a nd t he co nt e nt s of vi ndoli ne ,cat ha ra nt hi ne a nd vi nbla sti ne ,vi n2cri sti ne of cat h a r a nt h us rose us f lo we ri ng we re i nve sti gat e d under na cl st re ss u si ng soil cultivatio n i n gree nho u se . the re sult s i ndicat ed t hat w he n t he na + / k+ wa s 20 1 ( k2 ) , kcl app licatio n co ul d ea se t henegative i mp act of salt st re ss o n c. rose us f lo weri ng. co mp a re d wit h k1 , t he f re sh ma ss , t he hei ght of p la nt s ,t he le ngt h of roo t s a nd t he wat er co nt e nt of c. rose us f lo we ri ng were significa nt l y i ncrea sed a nd t hemda co nt e nt decrea sed w he n t he na + / k+ wa s 20 1 ( k2 ) . the activitie s of sod ,ca t a nd pod e nzyme swe re si gnifica nt l y hi ghe r t ha n t hat of o t he r s w he n t he na + / k+ i s 20 1 . b ut t he ne gative i mp act of salt st re ss wa s si gnifica nt ly i ncrea sed w he n t he na + / k+ i s 10 1 ( k3 ) a nd 5 1 ( k4 ) . the vi ndoli ne ,vi ncri sti ne ,cat ha ra nt hi ne a nd vi nbla sti ne co nt e nt s we re hi ghe st w he n t he na + / k+ i s 20 1 , wit h 20 . 88 ,30 . 18 ,2 . 53a nd 5 . 12 mg! g - 1 ,re sp ectivel y. in co ncl u sio n ,t he alleviatio n of ne gative i mp act of salt st re ss a nd i ncrea se of t he co nt e nt s of t he fo ur mai n al kaloi ds co ul d mer ge d w he n t he na + / k+ wa s 20 1 u nder salt st re ss fo r c.rose us f lo we ri ng.收稿日期 :2009212208 ;修改稿收到日期 :2010205230基金项目 :国家“863 计划重点资助项目 ( 2007a a091702) ;公益性行业 ( 农业) 科研专项经费项目 ( 200903001205)作者简介 :宋姗姗 ( 1984 - ) ,女 ( 汉族) ,硕士研究生 ,主要从事植物生物碱代谢调控研究. e2mail : ssso ng5 163 . co m3 通讯作者 :刘兆普 ,教授 ,博士生导师 ,从事近海资源与生态研究. e2mail : sea nja u . edu . cnkey words :cat h a r a nt h us rose us ;f lo weri ng ; kcl ; na cl st re ss ; na + / k+ ;al kaloi d co nt e nt长春花 ( cat h a r a nt h us rose us ) 为夹竹桃科长春花属多年生草本或亚灌木花卉 ,原产非洲东部及美 洲热带地区 ,喜温暖 、阳光充足的环境 ,现在中国广 为栽培. 它含有 100 多种生物碱 ,其中长春碱和长春 新碱可用于多种癌症的治疗 ,是目前应用最广泛的天然植物抗肿瘤药物 1 ,2 .植物体内次生代谢产物的积累受到许多内外因 素的影响 ,有研究报道适当浓度的盐分处理可以增 加长春花目标碱的含量 3 . k+ 稳态在植物耐盐性中具有重要意义 ,保持胞质中高于一特定值的 k+ 浓 度 ,对于植物生长及耐盐性都是非常必要的 4 . 植物 受到盐胁迫后离子平衡被打破 , 首先发生的是 k+亏缺 ,na + 含量升高 , k+ / na + 比失衡 5 ,而在 na cl胁迫下 ,适当增加 k+ 的浓度 ,降低 na + / k+ 比值 ,更易于植株从外界吸收钾 ,以维持体内离子平衡 ,从 而改善体内代谢环境 6 ,缓解盐胁迫的危害. 但钾肥施用过量反而会加重盐胁迫的危害 729 .长春花一般在盛花期刈割地上部分用以提取生 物碱 ,根据 3 土壤 na cl 含量植物危害较普遍这一 现象 10 ,本试验以长春花为材料 ,通过施用氯化钾来调节 na + / k+ 的比值 ,研究 3 nacl 胁迫下 , na + / k+ 比值对盛花期长春花生物量 、保护性酶活与目标碱含量的影响 ,以确定合适的施钾量 ,以保障盐胁迫下长春花盛花期的正常生长并提高其生物碱含量.处理 , k2 、k3 、k4 处理为加 kcl 调节 na + / k+ 比分别为 20 1 、10 1 和 5 1 . c k 不做盐胁迫和 kcl 处理. 以上所有处理均重复 3 次. 平常在土壤含水量 为最大持水量的 50 %时 ,浇入去离子水 , 使土壤含 水量达到最大持水量的 60 % ,同时将清洗托盘水一起加入盆钵内 ,以保证盐分不流失. 经处理 30 d 后 采样测定各项指标.1 . 2 测定方法1 . 2 . 1 植株鲜干重 、株高和根长的测定 将长春花 整株连根从紫砂盆中取出 ,先用自来水冲洗表面灰尘和根部泥土 ,再用去离子水冲洗 ,用吸水纸吸干植株表面水分 ,量取株高和根长. 称取单株鲜质量后 ,于 60 烘干至恒重后进行称量 ,得其干质量.1 . 2 . 2 植株叶片丙二醛含量测定 参照1植物生理 学实验指导2 6 进行测定.1 . 2 . 3 植株叶片超氧化物歧化酶 、过氧化氢酶和过氧化 物 酶 比 活 性 测 定导2 6 进行测定.参 照 1 植物 生理 学 实 验 指1 . 2 . 4 植株叶片文多灵 、长春质碱 、长春新碱和长春碱含量的测定 参照文献 3 稍作修改. 精确称取 适量文多灵 、长春质碱 、长春新碱 、长春碱的对照品 , 配制为系列浓度标液. 取长春花叶片干样粉末 0 . 51 g ,室温下分别用 15 ml 和 10 ml 甲醇超声提取 50 mi n 和 40 mi n ,过滤 ,合并提取液 ,50 减压蒸 发 ,将残渣于甲醇中溶解 , 经 0 . 45 m 的微孔滤膜 过滤 ,滤液定容至 5 ml 容量瓶中 ,将所有样品保存于 4 冰箱中备用. 以色谱甲醇和乙腈为 4 1 的混 合液 作 为 流 动 相 a , 以 水 和 二 乙 胺 为 990 10 的 混 合 液 作 为 流 动 相b , 用 wat er s 高 效 液 相 色 谱测定.1 . 3 数据分析用 excel 软件进行数据处理和绘图 ,并用 spss 软件进行方差分析 ,用 du nca n t 检验进行显著性分 析 ( p 0 . 05) .1 材料和方法1 . 1 材料的培养和处理供试长春花种子由南京农业大学 (海南) 海涂农 业研究所提供. 在温室条件下栽培试验 ,温室温度保 持在 20 左右 ,光照为自然光照条件. 一月份播种 , 先进行幼苗培养 ,后选取长势一致的长春花幼苗移栽入下 部具 孔 、透气 性良 好 的紫 砂盆 ( 30 c m 40 cm) 中 ,每盆装有 8 kg 沙壤土 , 施入 0 . 24 kg 有机肥 ,有 机 肥 中 有 机 质 含 量 30 % , 总 养 分 为 ( n +p2 o5 + k2 o ) 8 %. 每盆下设一塑料托盘. 所用土 壤的基本性质为有机质 19 . 3 g! kg - 1 ,有效磷 67 mg! kg - 1 ,速效钾 20 mg! kg - 1 ,碱解氮 127 mg! kg - 1 ,盐分 357 mg! kg - 1 ,p h 值 6 . 23 . 同条件下养到盛花 期 ,在六月份选取长势一致的长春花做 na cl 处理 , 使土壤含盐量为 3 g! k g - 1 (土壤含盐量 ( g! kg - 1 ) = (加入盐量 + 原始土盐量) / 土壤质量 1 000) ,在此盐浓度基础上设 4 个浓度 kcl 处理 , k1 为不加 kcl22 . 1结果与分析氯化钾对盐胁迫下盛花期长春花生长的影响由表 1 看出 ,在 na cl 胁迫下 , k1 处理长春花的鲜质量比对照显著下降 ,而干质量下降不显著. 当加入 kcl 调节 na + / k+ 比为 20 1 ,即处理 k2 ,盛花 期长 春 花 的 鲜 质 量 显 著 高 于 k1 处 理 , 而 其 干 质量同 对 照 与 k1 处 理 均 没 有 显 著 差 异 . 但 处 理 k3 、7 期宋姗姗 ,等 :氯化钾对长春花盛花期盐胁迫效应和生物碱含量的影响1417表 1 nacl 胁迫下不同 kcl 浓度对盛花期长春花生长的影响eff ect s o n t he gro wt h of c. rose us f lo wering o n diff erent kcl co ncent ratio ns under nacl st ressta ble 1总鲜重fre sh ma ss/ g总干重dr y ma ss/ g株高pla nt height/ cm根长roo t lengt h/ cm相对含水量rwc/ %处理treat mentc k k1k2k3k445 . 9a8 . 7a56 . 4a12 . 3a81 . 1a34 . 8c7 . 8a50 . 0c8 . 4c77 . 6a b40 . 1 b8 . 3a51 . 3 b9 . 9 b79 . 3a b26 . 8d11 . 5e5 . 8 b2 . 7c31 . 3d23 . 7e5 . 9d4 . 3e78 . 5a b76 . 5b注 :同列不相同字母表示在 p 0 . 05 水平上差异显著.no t e : dat a follo wed by t he sa me let t er s a re no t si gnifica ntl y diff erent at p 0 . 05 level i n a li ne .k4 的鲜质量 、干质量与对照 、k1 、k2 处理相比 ,均呈 现显著下降的趋势 ,该条件下盛花期长春花的生长 受到严重抑制.na cl 胁迫 下 , 随 着 kcl 加 入 量 逐 渐 增 多 , 即 na + / k+ 逐渐下降 ,长春花株高和根长的变化与长 春花干 、鲜重趋势一致. 但根长比株高明显 :处理 k1的株高比对照下降 20 % ,但根长则下降 32 %. 处理k2 、k3和k4的 株 高 比 对 照 分 别 下 降 9 % 、44 % 、58 % ,根长分别下降 20 % 、52 % 、65 %.长春花含水量在盐胁迫下有所下降 ,处理 k1 比 对照下降 4 % ,在加入一定量 kcl 后含水量有所提高 ,处理 k2 比对照仅下降 2 %. 高浓度 kcl 处理反而 使含水量显著下降 ,处理 k4 比对照下降了 6 %.2 . 2氯化钾对盐胁迫下盛花期长春花叶片丙二醛含量的影响盐处理下活性氧的积累破坏了细胞膜的结构和 功能 ,而 mda 就是膜脂过氧化的产物 ,其含量可以 在一定程度上反映膜损伤程度的大小 11 . 由图 1 可以看 出k1处 理 长 春 花 mda 的 含 量 显 著 升 高 ,k2 处 理 的 mda 含 量 比 k1 显 著 下 降 , 随 着 kcl 用图 2 不同氯化钾处理下盛花期盐胁迫长春花叶片 pod ( a) 、sod (b) 、ca t ( c) 活性的变化fig. 2 cha nge s of t he activitie s of antio xidant enzyms of c. rose us f lo wering leaf o n diff erent kclco ncent ratio ns under nacl st re ss图 1 不同氯化钾处理下盛花期盐胁迫长春花叶片 mda 含量的变化fig. 1 cha nge s of mda co nt ent of c. rose us f lo wering leaf o n diff erent kcl co ncent ratio ns under nacl st re ss量的增加 ,mda 的含量又显著上升.2 . 3氯化钾对盐胁迫下盛花期长春花叶片超氧化 物歧化酶 、过氧化氢酶 、过氧化物酶活性的影响钾在植物体内以离子形态存在 ,不参与形成结构物质 ,具有高度可移动性 ,是植物体内六十多种酶 的活化剂 12 . 从图 2 可以看出 ,由于盐胁迫的影响 ,k1 处理除 pod 与 对 照 没 有 显 著 差 异 外 , sod 和ca t 的 活 性 均 比 对 照 显 著 提 高 , 分 别 提 高 23 % 、18 %. 加入 kcl 调节 na + / k+ 至 20 1 ( k2 ) 时 ,3 种 酶活 性 进 一 步 显 著 提 高 , 分 别 比 对 照 提 高 55 % 、27 % 、50 %. 当加入 kcl 调节 na + / k+ 达 10 1 与 51 (处理 k3 、k4 ) 时 , 3 种酶活性则显著下降 , pod和 sod 的活性甚至显著低于 k1 处理 ,由此看出钾营养仅在一定的浓度范围内促进盐胁迫下的酶促保护系统.2 . 4氯化钾对盐胁迫下盛花期长春花体内叶片文 多灵 、长春质碱 、长春碱和长春新碱含量的影响由图 3 可以看出盐胁迫对长春花的次生代谢产 生很大影响 ,长春花叶片的 4 种生物碱含量均有显 著升高. 分别是对照的 1 . 15 、1 . 85 、1 . 47 和 2 . 02 倍.加入 kcl 调节 na + / k+ 为 20 1 ( k2 ) 时 , 文多灵 、长春质碱 、长春碱和长春新碱含量显著高于其它处理 , 分 别 是 对 照 的 1 . 5 、2 . 1 、2 . 4 和 2 . 7 倍. 随 着na + / k+ 变窄 ,生物碱含量显著低于 na + / k+ 为 201 处理 ( k2 ) . 处理 k4 长春花中除文多灵 、长春碱 外 ,其它生物碱含量均显著低于 k1 处理.图 3 不同氯化钾处理下盛花期盐胁迫长春花叶片文多灵 ( a) 、长春质碱 (b) 、长春碱 ( c) 和长春新碱 (d) 含量的变化fig. 3 cha nge s of t he vindoline ( a) ,cat hara nt hi ne (b) ,vinbla sti ne ( c) and vi ncri stine (d) co nt ent s ofc. rose us flo wering leave s o n diff erent kcl co ncent ratio ns under nacl st re ss为 20 1 时能显著缓解这种抑制作用 ,表现为长春花鲜重显著增加 ,株高和根长也显著增长 ,含水量也 有所提高. 其原因是 na cl 胁迫下合理施用钾肥可降低溶液 na + / k+ , 有 利 于 高 na + 浓 度 下 植 物 对k+ 吸收 , 以维持体内离子平衡 , 促进植物生长 14 .同时钾离子是植物细胞中主要的渗透调节物质 ,适 量的钾可以通过渗透势的改变在植物体内形成连续3讨论盐分胁迫主要是通过离子本身的毒害及盐离子所致的渗透效应和营养效应对植物造成伤害 13 . 本 试验结果表明 ,在 3 na cl 胁迫下 ,盛花期长春花的生长明显受到抑制 ,整体表现为植株低矮 ,茎干和 根系伸长受到抑制. 施入一定量 kcl ,在 na + / k+ 比7 期宋姗姗 ,等 :氯化钾对长春花盛花期盐胁迫效应和生物碱含量的影响1419的水势梯度 ,促进水分的吸收和水分在植物体内运转 ,从而适当缓解了盐胁迫对植株吸收水分的影响. 然而当施入的钾营养增多后 ,反而明显抑制了长春 花的生长 ,比单纯盐胁迫时抑制的更严重 ,这可能与高浓度 k+ 对跨膜质子运输的影响作用相关 7 . 植 物体中 ,氧化酶 、脱氢酶 、转移酶和磷酸激酶等至少60 多种酶需要钾离子来活化 ,因而钾几乎可以影响 植物体内所有的代谢过程 15 . 3 盐胁迫下 ,盛花期 长春花叶片的 sod 、pod 、ca t 三者的活性都有所升高 ,一定程度上缓解盐胁迫危害 , 加入适量钾营 养 ,三者活性进一步升高 ,强化了这种缓解作用. 过 高的钾离子含量导致丙二醛等有害物质产生量增 加 10 ,盐害明显加剧. 逆境和植物次生代谢关系紧密 ,在植物耐旱 、抗寒和耐盐性研究中都发现次生代谢产物都在其中发挥重要作用 16 . 对长春花幼苗的 机械损伤可以造成蛇根碱含量增加 ,短期的损伤可 以加速水甘草碱向文多灵的转化 17 . na cl 胁迫也能增加长春花体内阿玛碱 、长春质碱及文多灵的含量 18 . 3 盐胁迫下长春花叶片文多灵 、长春质碱 、长春碱及长春新碱的含量均有显著升高 ,而盐胁迫下适量施入 kcl 处理进一步提高了盛花期长春花 4种生物碱的含量. 综合考虑盛花期长春花生物量及4 种生物碱含量 , 最适宜的处理为 : 施入 kcl 调节 na + / k+ 为 20 1 . 而在大田长春花种植中如何保 持 n 、p 、k 的合 理 施 用 则 需 要 做 进 一 步 的 系 统 研 究.参考文献 : 1 zhao j ( 赵 剑) , zh u w h ( 朱蔚华) , wa n g w k( 王文科) . pro gre ss of st udies o n regulatio n of enzyme s a nd gene s i nvol ved i n bio syn2t hetic p at hway a nd p ro ductio n of i ndole al kaoids i n cat ha rant h us rose us j . pl ant p h y si ol o g y com m u nicat i on ( 植物生理学通讯) ,1999 ,35( 1) :60 - 68 (i n chi ne se) .zu y g( 祖元刚) ,l u o m ( 罗 猛) , mu f s ( 牟方松) , et al . re sea rch advance s o n al kaloi ds f ro m cat h a rant h us rose us a nd t hei r p ha r ma2colo gical acti vitie sj . n at. p ro d res . dev . 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