CN111436439A - 一种外源褪黑素提高甜菜幼苗耐盐性的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种外源褪黑素提高甜菜幼苗耐盐性的应用以甜菜KWS0143为试验材料，研究褪黑素与盐胁迫下甜菜的叶片细胞膜损伤、抗氧化酶***、渗透调节物质的关系，探讨褪黑素在植物抵御盐胁迫的作用机理。为探索褪黑素在甜菜抗盐机制作用奠定了基础，为在盐地的实际生产提供了可能性。

Description

一种外源褪黑素提高甜菜幼苗耐盐性的应用
技术领域
本发明属于生物科技技术领域，具体涉及一种外源褪黑素提高甜菜幼苗耐盐性的应用。
背景技术
土壤盐渍化与次生盐渍化是当前影响农业生产的主要因素，目前，全球大约有8亿公顷的土地已被盐化，其中包括的20％耕地和近50％的灌概地(FAO,2009；http://www.fao.org/ag/agl/agll/spush)。我国土地盐渍化面积约为9913万hm2，已经严重威胁到生态环境和农业的可持续发展。盐胁迫对植物有多方面的影响：降低叶绿素含量、产生生理水分亏缺、离子毒性；高浓度的盐会破坏植物体内的活性氧代谢平衡，活性氧的积累增加导致膜脂过氧化，产生大量的丙二醛和超氧自由基等，最终使植物代谢紊乱、减缓生长，甚至死亡。如何提高作物耐盐性、增加在盐胁迫下农作物的产量一直是人们关注的焦点。多少年来，人们通过转基因等一系列方法培育耐盐作物品种，但目前进展仍然存限。然而，由于与转基因作物相关的复杂性和争议，这些基因在实际农业实践中几乎没有应用。因此，寻找新的植物生长调节剂，提高作物耐盐性和作物产量的有效途径。褪黑素(N-乙酰基-5-甲氧基色胺)是一种众所周知的动物激素，具有广泛的生物学功能，如昼夜节律、免疫调节、肿瘤抑制和减少氧化应激。到目前为止，褪黑素也被发现是一种普遍存在于多种植物发育过程和各种应激反应中的调节剂(如渗透调节剂、抗氧化剂和生长促进剂)。
甜菜(Beta vulgaris L.)是世界上主要的制糖原料，也是我国主要经济作物之一，在国民经济和人民生活中占有极其重要的地位。本研究旨在研究褪黑素对盐胁迫下甜菜生长、抗氧化酶及渗透调节物质的影响。这些信息为促进甜菜在盐胁迫下的生长提供了一种新的途径，也为盐渍土甜菜生产中育苗的可能提供新思路。
发明内容
褪黑素在提高甜菜耐盐性的应用。
褪黑素的应用，为如下(a1)-(a5)中的至少一种：
(a1)促进盐胁迫下甜菜的生长；
(a2)缓解盐胁迫下甜菜氧化损伤；
(a3)提高盐胁迫下甜菜中抗氧化酶活性；
(a4)提高盐胁迫下甜菜中脯氨酸含量；
(a5)提高盐胁迫下甜菜中甜菜碱含量；
一种产品，其活性成分为褪黑素；所述产品的用途为如下(b1)-(b6)中的至少一种：
(b1)促进盐胁迫下甜菜的生长；
(b2)缓解盐胁迫下甜菜氧化损伤；
(b3)提高盐胁迫下甜菜中抗氧化酶活性；
(b4)提高盐胁迫下甜菜中脯氨酸含量；
(b5)提高盐胁迫下甜菜中甜菜碱含量；
褪黑素在生产中的应用；所述产品的用途为如下(b1)-(b6)中的至少一种：
(c1)促进盐胁迫下甜菜的生长；
(c2)缓解盐胁迫下甜菜氧化损伤；
(c3)提高盐胁迫下甜菜中抗氧化酶活性；
(c4)提高盐胁迫下甜菜中脯氨酸含量；
(c5)提高盐胁迫下甜菜中甜菜碱含量；
一种甜菜育苗培育方法，包括如下步骤：采用浓度为0-9mM的褪黑素对所述甜菜进行灌溉预处理。
如权利要求5所述的方法，其特征在于：采用浓度为6mM的褪黑素对所述甜菜进行灌预处理。
一种提高甜菜对盐胁迫抗性的方法，包括如下步骤：采用浓度0-9mM的褪黑素对所述甜菜进行灌溉预处理。
如权利要求7所述的方法，其特征在于：采用浓度为6mM的褪黑素对所述甜菜进行灌溉预处理。
褪黑素在甜菜育苗抗盐锻炼中的应用。
权利要求5-8任一所述的方法在甜菜育苗抗盐锻炼中的应用。
以上任一所述甜菜可为甜菜KWS0143。
本发明以甜菜KWS0143为试验材料，研究褪黑素与盐胁迫下甜菜的叶片细胞膜损伤、抗氧化酶***、渗透调节物质的关系，探讨褪黑素在植物抵御盐胁迫的作用机理。为探索褪黑素在甜菜抗盐机制作用奠定了基础，为其在盐渍土的生产提供了可能性。
附图说明
图1为外源褪黑素对盐胁迫甜菜幼苗生长的影响比较图；
图2为外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片丙二醛(MDA)含量的影响比较图；
图3为外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片超氧阴离子(O2 -)含量的影响比较图；
图4为外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响比较图；
图5为外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片过氧化物酶(POD)活性的影响比较图；
图6为外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片过氧化氢酶(CAT)活性的影响比较图；
图7为外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片脯氨酸含量的影响比较图；
图8为外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片甜菜碱含量的影响比较图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。
本发明公开了褪黑素在增加植物组织中抗氧化酶活性和渗透调节物质含量的应用。
该植物组织所在的为盐胁迫的环境。进一步地，该植物为藜科双子叶植物。该褪黑素中有效成分的浓度为3～9mM。该藜科双子叶植物为甜菜KWS0143(KWS公司，德国)。
本发明还公开了一种植物组织中抗氧化酶活性和渗透调节物质的促进剂，其有效成分为褪黑素(分析纯，Sigma公司)。
培养条件：将种子播种在装有蛭石的盆中，置于植物生长室进行(23/18℃，昼/夜)，每天光照14h，光强为450μmol m-2s-1，相对湿度控制在60±5％。出苗后用Hoagland营养液浇灌培养，10d后将均匀的幼苗转移到1/2Hoagland营养液中。每3天更换培养液并保证溶液的pH值为7.0。
在幼苗第1对真叶完全展开时，使用含有4种不同浓度褪黑素(0、3、6和9μM)的Hoagland营养液预处理3d后进行盐处理，使用混合中性盐处理(NaCl和Na2SO4的摩尔比为2:1)，每隔24h加入1/3总量的混合盐，分3次加入，使最终Na浓度为300mM，并设置对照(CK，不添加NaCl或Na2SO4)。
共有8个实验组，即
(a)空白对照，不加褪黑素与盐，表示为M0；
(b)褪黑素3μM，表示为M3；
(c)褪黑素6μM，表示为M6；
(d)褪黑素9μM，表示为M9；
(e)盐胁迫，表示为M0+S；
(f)褪黑素3μM预处理后盐胁迫，表示为M3+S；
(g)褪黑素6μM预处理后盐胁迫，表示为M6+S；
(h)褪黑素9μM预处理后盐胁迫，表示为M9+S。
取样方法：
在盐处理结束后1d和7d对植株叶片进行取样。将每处理幼苗随机分为3部分，第1部分用于直接测定形态相关指标，第2部分于液氮迅速冷冻后置于-80℃超低温冰箱备用，第3部分在105℃杀青后80℃烘干备用；
测定方法
丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)显色法测定；超氧阴离子(O2 -)采用盐酸羟胺法测定；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑还原法测定；过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法测定；过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外分光光度法测定；脯氨酸使用磺基水杨酸法测定；甜菜碱含量采用雷氏盐法测定。试验采用随机区组设计，三次重复。不同小写字母代表盐胁迫或对照下不同浓度褪黑素处理之间存在显著差异(P<0.05)；不同大写字母代表同一浓度处理下盐胁迫与对照之间存在显著差异(P<0.05)。实验结果如下：
1.外源褪黑素对盐胁迫甜菜幼苗生长的影响：
图1显示在非盐胁迫条件下，施用褪黑激素对甜菜幼苗鲜重和干重没有显著影响。盐胁迫在第7天显著降低了鲜重和干重，分别降低了63.02％和58.73％。相反，在用褪黑激素处理的植物中，盐处理7天后，各处理幼苗鲜重仅分别减少55.15％、42.43％和49.50％；褪黑激素处理的幼苗的鲜重分别比未处理幼苗的鲜重高26.11％、57.60％和30.12％。各处理幼苗干重仅分别减少48.98％、35.45％和43.68％；褪黑激素处理的幼苗的干重分别比未处理幼苗的干重高26.82％、57.06％和29.90％。
2.外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片丙二醛(MDA)含量的影响：
图2显示在非盐胁迫条件下，施用褪黑激素对幼苗叶片MDA含量没有显著影响。盐胁迫在第1和7天显著增加了MDA含量，分别增加了174.13％和203.61％。相反，在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理1天后，幼苗叶片MDA含量仅分别增加93.34％、68.98％和68.80％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的MDA含量分别比未处理幼苗低34.61％、46.30％和43.01％。在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理7天后，幼苗叶片MDA含量相比非盐处理仅分别增加119.55％、76.69％和40.82％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的MDA含量分别比未处理幼苗低26.76％、40.68％和49.65％。
3.外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片超氧阴离子(O2 -)含量的影响：
图3显示在非盐胁迫条件下，施用褪黑激素对幼苗叶片O2 -含量没有显著影响。盐胁迫在第1和7天分别显著增加了55.54％和72.90％。相反，在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理1天后，幼苗叶片O2 -含量仅分别增加40.67％、16.52％和20.01％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的O2 -含量分别比未处理幼苗低18.87％、31.24％和24.25％。在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理7天后，幼苗叶片O2 -含量相比非盐处理仅分别增加30.65％、17.02％和19.75％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的O2 -含量分别比未处理幼苗低17.08％、23.19％和17.89％。
4.外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响：
图4显示在非盐胁迫条件下，施用褪黑激素对幼苗叶片SOD活性没有显著影响。盐胁迫在第1和7天分别降低了38.74％和18.23％。相反，在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理1天后，幼苗叶片SOD活性仅分别减少20.78％、增加2.01％和减少16.56％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的SOD活性分别比未处理幼苗增加33.53％、68.46％和26.31％。在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理7天后，幼苗叶片SOD活性相比非盐处理仅分别减少6.24％、增加1.04％和减少14.09％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的SOD活性分别比未处理幼苗增加21.09％、29.76％和14.21％。
5.外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片过氧化物酶(POD)活性的影响：
图5显示在非盐胁迫条件下，施用褪黑激素对幼苗叶片POD活性没有显著影响。盐胁迫在第1和7天分别增加了94.17％和101.67％。相反，在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理1天后，幼苗叶片POD活性仅分别增加360.32％、390.88％和146.47％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的POD活性分别比未处理幼苗增加106.12％、174.55％和21.61％。在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理7天后，幼苗叶片POD活性相比非盐处理仅分别增加195.61％、389.50％和119.11％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的POD活性分别比未处理幼苗增加39.83％、122.41％和2.28％。
6.外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片过氧化氢酶(CAT)活性的影响：
图6显示在非盐胁迫条件下，施用褪黑激素对幼苗叶片CAT活性没有显著影响。盐胁迫在第1和7天分别减少13.98％和增加33.29％。相反，在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理1天后，幼苗叶片CAT活性仅分别增加14.07％、51.75％和33.75％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的CAT活性分别比未处理幼苗增加31.60％、75.07％和55.87％。在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理7天后，幼苗叶片CAT活性相比非盐处理仅分别增加69.32％、99.43％和66.84％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的CAT活性分别比未处理幼苗增加28.02％、49.90％和25.41％。
7.外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片脯氨酸含量的影响：
图7显示在非盐胁迫条件下，施用褪黑激素对幼苗叶片脯氨酸含量没有显著影响。盐胁迫在第1和7天分别增加了82.37％、和23.39％和。相反，在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理1天后，幼苗叶片脯氨酸含量仅分别增加237.00％、479.70％和132.87％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的脯氨酸含量分别比未处理幼苗增加91.22％、216.95％和28.21％。在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理7天后，幼苗叶片脯氨酸含量相比非盐处理仅分别增加44.93％、99.22％和83.67％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的脯氨酸含量分别比未处理幼苗增加13.39％、67.91％和52.30％。
8.外源褪黑素对盐胁迫幼苗叶片甜菜碱含量的影响：
图5显示在非盐胁迫条件下，施用褪黑激素对幼苗叶片甜菜碱含量没有显著影响。盐胁迫在第1和7天分别增加了3.54％和76.16％。相反，在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理1天后，幼苗叶片甜菜碱含量仅分别增加6.33％、13.82％和4.37％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的甜菜碱含量分别比未处理幼苗增加3.17％、12.67％和4.43％。在用褪黑激素预处理的植物中，盐处理7天后，幼苗叶片甜菜碱含量相比非盐处理仅分别增加106.79％、167.50％和157.12％；同时，褪黑激素预处理的幼苗的甜菜碱含量分别比未处理幼苗增加4.86％、34.78％和29.89％。

Claims (10)

1.一种外源褪黑素提高甜菜幼苗耐盐性的应用。
2.根据权利要求1所述的褪黑素的应用，为如下(a1)-(a5)中的至少一种：
(a1)促进盐胁迫下甜菜的生长；
(a2)缓解盐胁迫下甜菜氧化损伤；
(a3)提高盐胁迫下甜菜中抗氧化酶活性；
(a4)提高盐胁迫下甜菜中脯氨酸含量；
(a5)提高盐胁迫下甜菜中甜菜碱含量。
3.一种产品，其活性成分为褪黑素；所述产品的用途为如下(b1)-(b6)中的至少一种：
(b1)促进盐胁迫下甜菜的生长；
(b2)缓解盐胁迫下甜菜氧化损伤；
(b3)提高盐胁迫下甜菜中抗氧化酶活性；
(b4)提高盐胁迫下甜菜中脯氨酸含量；
(b5)提高盐胁迫下甜菜中甜菜碱含量。
4.褪黑素在生产中的应用；所述产品的用途为如下(b1)-(b6)中的至少一种：
(c1)促进盐胁迫下甜菜的生长；
(c2)缓解盐胁迫下甜菜氧化损伤；
(c3)提高盐胁迫下甜菜中抗氧化酶活性；
(c4)提高盐胁迫下甜菜中脯氨酸含量；
(c5)提高盐胁迫下甜菜中甜菜碱含量。
5.一种甜菜育苗培育方法，包括如下步骤：采用浓度为0-9mM的褪黑素对所述甜菜进行灌溉预处理。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：采用浓度为6mM的褪黑素对所述甜菜进行灌预处理。
7.一种提高甜菜对盐胁迫抗性的方法，包括如下步骤：采用浓度0-9mM的褪黑素对所述甜菜进行灌溉预处理。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：采用浓度为6mM的褪黑素对所述甜菜进行灌溉预处理。
9.褪黑素在甜菜育苗抗盐锻炼中的应用。
10.权利要求5-8任一所述的方法在甜菜育苗抗盐锻炼中的应用。
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