外源蔗糖缓解向日葵和油菜盐胁迫的研究：机制与意义

《Physiology and Molecular Biology of Plants》：Exogenous sucrose alleviates salt stress in sunflower (Helianthus annuus L.) and canola (Brassica napus L.) by modulating osmotic adjustment and antioxidant defense system

研究人员探究外源蔗糖对盐胁迫下向日葵和油菜的影响，发现其可调节渗透和抗氧化系统缓解盐胁迫。

　　

一、研究背景

在全球范围内，土壤盐渍化正成为一个日益严峻的生态问题。想象一下，土地就像被撒了过多盐的 “咸蛋糕”，植物们在这样的 “蛋糕” 上艰难求生。盐渍化的土壤不仅会让植物难以从土壤中吸收水分，就像人在沙漠中缺水一样难受，还会因为钠和氯离子在植物体内的积累，对植物造成离子毒害，严重影响植物的生长发育，甚至导致植物死亡。这对于农业生产来说，无疑是一场 “灾难”，众多农作物的产量和质量都因此大打折扣。

向日葵和油菜作为重要的油料作物，在全球农业经济中占据着重要地位。然而，它们也深受盐胁迫的困扰。为了帮助这些植物在盐渍化土壤中更好地生长，科学家们一直在寻找有效的解决办法。外源渗透保护剂的应用成为了研究热点，其中蔗糖作为一种重要的渗透调节糖类，其在盐胁迫下对植物的作用却尚未被完全了解。在这样的背景下，来自土耳其比莱吉克塞赫埃迪巴利大学（Bilecik ?eyh Edebali University）的研究人员开展了一项关于外源蔗糖对盐胁迫下向日葵和油菜影响的研究，该研究成果发表在《Physiology and Molecular Biology of Plants》上。

二、研究方法

研究人员选用了土耳其广泛种植的向日葵（Helianthus annuus L.）品种 Suzuka 种子和油菜（Brassica napus L.）种子作为实验材料。将种子消毒后，播种在花盆中，设置多个处理组，包括对照组、3% 蔗糖处理组、不同浓度盐（75 mM NaCl 和 150 mM NaCl）处理组以及盐与蔗糖共同处理组。把这些植物放置在光照周期为 16/8 h、昼夜温度为 24/20 °C、光照强度为 4,200 lx、湿度为 60% 的生长室中培养。

实验过程中，研究人员采用了多种技术方法。在植物生长 45 天后，测定了植物的生长参数，如茎根长度、鲜重和干重、生物量等；利用特定的方法检测了叶绿素含量、脂质过氧化程度（以丙二醛 MDA 含量为指标）、脯氨酸含量、总蛋白含量；通过提取植物叶片蛋白，测定了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）等抗氧化酶的活性；还运用试剂盒提取植物叶片总 RNA 并反转录为 cDNA，通过定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）检测抗氧化相关基因的表达。

三、研究结果

1. 生长参数变化：盐胁迫显著抑制了向日葵和油菜的生长，使其茎根长度、鲜重、干重和生物量都明显下降。然而，外源蔗糖在一定程度上缓解了盐胁迫的负面影响。在向日葵中，75 mM NaCl 处理下，蔗糖对茎长度、鲜重和干重的改善作用显著；150 mM NaCl 处理下，蔗糖显著增加了根长度和根鲜重。在油菜中，蔗糖在 75 mM 和 150 mM NaCl 处理下，都能有效增加茎和根的鲜重，在不同盐浓度下对茎干重、根长度和根干重也有显著的提升作用。同时，蔗糖处理还提高了向日葵和油菜的盐胁迫耐受指数（STI），且向日葵的盐耐受指数相对更高。
2. 叶绿素含量变化：盐胁迫导致向日葵和油菜叶片中的叶绿素 a、b 以及总叶绿素含量显著降低。而外源蔗糖处理显著提高了盐胁迫下向日葵幼苗的叶绿素含量，甚至在 75 mM 和 150 mM NaCl 处理下，其叶绿素含量比对照组还高。在油菜中，150 mM NaCl 处理时，蔗糖显著增加了叶绿素含量，75 mM NaCl 处理时则无明显变化。
3. 脂质过氧化变化：随着盐胁迫加剧，向日葵和油菜叶片中的 MDA 含量显著增加，这表明脂质过氧化程度加重，植物受到的氧化损伤增大。但在 150 mM NaCl 浓度下，外源蔗糖处理显著降低了向日葵和油菜叶片中的 MDA 积累，说明蔗糖能有效减轻盐胁迫引起的氧化膜损伤。
4. 脯氨酸和总蛋白含量变化：盐胁迫下，向日葵和油菜叶片中的脯氨酸和总蛋白含量显著增加。然而，外源蔗糖处理显著降低了向日葵中的脯氨酸含量，对油菜脯氨酸含量的降低作用相对较弱。同时，蔗糖处理使向日葵和油菜在盐胁迫下的总蛋白积累显著下降，且在 150 mM NaCl 处理时效果更明显。
5. 抗氧化酶活性变化：盐胁迫下，向日葵和油菜的 SOD 活性显著上升，CAT 活性显著下降，APX 活性虽无统计学变化，但在向日葵中有下降趋势。外源蔗糖处理降低了盐胁迫下向日葵的 SOD 活性；在油菜中，75 mM NaCl 时蔗糖使 SOD 活性上升，150 mM NaCl 时使其下降。此外，蔗糖处理显著提高了向日葵和油菜的 CAT 和 APX 活性，使抗氧化酶系统能更有效地清除活性氧（ROS）。
6. 抗氧化基因表达变化：盐胁迫下，向日葵和油菜的 P5CS、SOD_Mn和 APX 基因表达总体上升，除油菜在 75 mM NaCl 处理下 CAT 基因表达有变化外，其他情况下 CAT 基因表达无显著变化。外源蔗糖处理对向日葵和油菜的抗氧化基因表达影响不同。在向日葵中，蔗糖降低了 P5CS 和 SOD_Mn基因表达，增加了 APX 基因表达；在油菜中，蔗糖增加了 P5CS 和 SOD_Mn基因表达，降低了 APX 基因表达。有趣的是，150 mM 盐胁迫下，蔗糖处理使向日葵和油菜的 CAT 活性和 CAT 基因表达都显著增加。

四、研究结论与意义

该研究表明，外源施加低浓度的蔗糖能够促进盐胁迫下向日葵和油菜幼苗的生长发育，增加叶绿素含量，提高茎生物量。蔗糖通过调节蛋白质和脯氨酸等渗透调节物质的水平，发挥渗透保护作用；同时，增强 CAT 和 APX 等抗氧化酶的活性，提高植物清除 H₂O₂的能力，并调节 SOD 活性，使植物的抗氧化防御系统更加平衡有效。

这一研究成果为提高植物对盐胁迫的耐受性提供了新的思路和方法，揭示了蔗糖在缓解盐胁迫方面的重要作用，表明蔗糖有望成为一种增强植物抗盐能力的潜在工具，对农业生产中应对土壤盐渍化问题具有重要的指导意义，为培育耐盐作物品种、保障农作物产量和质量提供了理论依据和实践参考。