劉旭, 林碧英, 李彩霞, 吳宏琪, 祖穎達(dá), 鐘路明
(福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院,福建 福州 350002)
胞膜透性、離子流等變化,可引起較多活性氧在植物體內(nèi)積累,進(jìn)而影響植物滲透調(diào)節(jié)、光合能力,并打亂植物正常的生理代謝過(guò)程。代謝紊亂可導(dǎo)致植物生長(zhǎng)遲緩甚至死亡[1-2],施用外源物質(zhì)是緩解植物鹽脅迫的一種簡(jiǎn)單、有效的方式[3]。YANG[4]研究表明,外源Mg2+可以改善蕎麥的耐鹽性。肖強(qiáng)等[5]研究發(fā)現(xiàn),鹽脅迫下外源ABA可提高甘薯的滲透調(diào)節(jié)能力,并維持細(xì)胞內(nèi)外滲透壓的平衡。石如意等[6]研究發(fā)現(xiàn),噴施一定濃度的ABA可減輕玉米由低溫脅迫引起的氧化脅迫和滲透脅迫。王秀田等[7]研究發(fā)現(xiàn),外源ABA可有效防止小麥在低溫脅迫下光合色素含量的減少。研究發(fā)現(xiàn),植物抗氧化酶系統(tǒng)與植物自身代謝之間有密切的關(guān)系[8]。為了維持植物正常生長(zhǎng)發(fā)育,鹽脅迫下抗氧化酶系統(tǒng)發(fā)揮作用,將多余的活性氧從植物體內(nèi)清除,進(jìn)而維持活性氧的平衡。邱璐[9]研究發(fā)現(xiàn),在NaCl脅迫下藜麥體內(nèi)SOD、CAT活性顯著增強(qiáng)來(lái)適應(yīng)鹽脅迫的外界環(huán)境。阿曼古麗·買買提阿力[10]研究發(fā)現(xiàn),鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致棉花SOD、POD、CAT酶活性上升。茄子是中國(guó)主要栽培蔬菜之一,設(shè)施栽培面積僅次于黃瓜和番茄。趙躍鋒等[11]研究發(fā)現(xiàn),鹽濃度過(guò)高能抑制茄子幼苗的光合速率和葉綠素合成并使抗氧化酶系統(tǒng)遭受破壞。吳雪霞等[12]研究發(fā)現(xiàn),NaCl脅迫能抑制茄子幼苗生長(zhǎng)和光合作用。外源ABA對(duì)植物的抗性強(qiáng)弱有一定的調(diào)節(jié)作用,雖然植物自身存在一定的耐鹽性調(diào)節(jié)能力,但是調(diào)節(jié)能力有限,在鹽脅迫環(huán)境下,植物原來(lái)正常的代謝環(huán)境會(huì)出現(xiàn)紊亂的現(xiàn)象。因此,分析不同濃度外源ABA對(duì)鹽脅迫下茄子幼苗滲透調(diào)節(jié)能力、酶活性及膜脂過(guò)氧化的影響,進(jìn)而研究外源ABA緩解茄子幼苗鹽脅迫的機(jī)理具有重要的意義。本試驗(yàn)以茄子為試材,探討不同濃度外源ABA對(duì)茄子幼苗滲透調(diào)節(jié)能力、抗氧化酶活性、細(xì)胞膜及葉綠素含量的影響,篩選最適外源ABA濃度,并為外源ABA緩解茄子幼苗鹽脅迫的機(jī)理研究提供理論依據(jù)。
供試茄子(SolanummelongenaL.)材料為‘福農(nóng)綠茄’品種,是福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院選育品種;ABA由上海麥克林生化科技有限公司提供。
試驗(yàn)是在福建農(nóng)林大學(xué)溫室和設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。種子進(jìn)行常規(guī)溫湯浸種后催芽,待種子露白后,播到穴盤中育苗,育苗基質(zhì)采用m(草炭)∶m(蛭石)∶m(珍珠巖)=3∶1∶1,待幼苗長(zhǎng)至3葉1心移入8 cm×10 cm的塑料營(yíng)養(yǎng)缽栽培,待苗長(zhǎng)至4葉1心開始進(jìn)行鹽脅迫處理(為避免鹽溶液濃度過(guò)高對(duì)茄子幼苗造成刺激傷害,在鹽脅迫處理第1天每株灌根50 mL 的80 mmol·L-1NaCl溶液,隨后在第3、5、7天每株灌根50 mL 的120 mmol·L-1NaCl溶液)。根據(jù)前人研究結(jié)合預(yù)試驗(yàn)結(jié)果顯示,若大于120 mmol·L-1NaCl茄子幼苗會(huì)萎蔫失水嚴(yán)重,后續(xù)試驗(yàn)難以進(jìn)行,因此確定NaCl鹽脅迫的濃度為120 mmol·L-1,最后一次鹽處理后,再用外源ABA處理,其濃度依次為0.05(A1)、0.1(A2)、0.15 (A3)、0.2 (A4)、0.25(A5) mmol·L-1,以無(wú)鹽脅迫噴施清水為對(duì)照1(CK1),以鹽脅迫后噴施清水為對(duì)照2(CK2),早晚各噴1次,連續(xù)噴3 d,噴施程度以葉面均勻布滿霧狀水滴為宜,每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。由于鹽脅迫對(duì)茄子的生長(zhǎng)存在抑制作用,在5 d后生長(zhǎng)速度極其緩慢,因而測(cè)定指標(biāo)取樣至第5天,分別在外源ABA處理后第1、3、5天隨機(jī)選取3株各處理葉片剪碎混合后進(jìn)行茄子幼苗的相關(guān)生理生化指標(biāo)的測(cè)定。
葉綠素含量采用丙酮-乙醇混合液提取法[13];POD活性采用愈創(chuàng)木酚法[14];CAT活性采用紫外吸收法測(cè)定[14];SOD活性采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定[14]。電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法測(cè)定[14];脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測(cè)定[15];MDA含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[15];可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[15];可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定[15]。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析和差異顯著性分析(P<0.05),使用Excel 2010進(jìn)行圖表繪制,圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。
由圖1可知,鹽脅迫下CK2處理與CK1處理相比,MDA的含量有所增加。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),鹽脅迫下所有處理均呈逐漸上升的趨勢(shì),在處理第5天時(shí)達(dá)到最大。在鹽脅迫處理下,在噴施外源ABA中,所有處理的MDA含量都低于鹽脅迫噴施清水處理(CK2),其中A4處理的MDA含量最低,在處理第5天時(shí)與CK2處理相比減少了17.65%,且達(dá)到顯著性差異,以A1處理的MDA含量最高,在處理第5天時(shí)與CK2處理相比僅減少了3.12%,且無(wú)顯著性差異。在處理第5天時(shí),各處理的MDA含量從高到低依次為CK2>A1>A5>A2>A3>A4>CK1。說(shuō)明以0.2 mmol·L-1ABA緩解細(xì)胞膜傷害的效果最好,而以0.05 mmol·L-1ABA處理效果最差。
注:圖中不同處理下不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。Note: There is signficant difference in different letters under different treatments at 0.05 level. The same as below.圖1 外源ABA對(duì)鹽脅迫下茄子幼苗MDA含量的影響
由圖2可知,所有處理隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),茄子幼苗的電導(dǎo)率均呈逐漸上升的趨勢(shì),并在處理第5天時(shí)達(dá)到最大,其中CK1處理變化不大。在鹽脅迫下,CK2處理的電導(dǎo)率顯著高于CK1處。在噴施外源ABA的各處理中,以A4處理與CK2相比電導(dǎo)率最低,在處理第5天時(shí)A4處理與CK2相比電導(dǎo)率降低了28.91%,且差異達(dá)到顯著性水平,A1、A2、A3、A5處理與CK2處理相比電導(dǎo)率在處理第5天時(shí)分別降低了2.89%、11.48%、16.98%、4.00%。在處理第5天時(shí),各處理的電導(dǎo)率從高到低依次為CK2>A1>A5>A2>A3>A4>CK1。說(shuō)明在鹽脅迫處理下,以A4處理降低茄子幼苗的電導(dǎo)率效果最好。
圖2 外源ABA對(duì)鹽脅迫下茄子幼苗電導(dǎo)率的影響
由3圖可知,在鹽脅迫處理下,CK2處理與CK1處理相比,茄子幼苗的脯氨酸含量有顯著增加,鹽脅迫下,所有處理隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),脯氨酸的含量逐漸增加,在處理第5天時(shí)達(dá)到最高。在噴施外源ABA后,所有處理的脯氨酸含量均高于CK2處理,且差異都達(dá)到顯著性水平,其中以A4處理的脯氨酸含量最高,且在整個(gè)鹽脅迫處理時(shí)期均達(dá)到最高,而以A1處理的脯氨酸含量除在第1天高于A5處理外,其他鹽脅迫處理時(shí)期都最低。在處理第5天時(shí),各處理的脯氨酸含量從高到低依次為 A4>A5>A3>A2>A1>CK2>CK1。說(shuō)明外源ABA能顯著提高鹽脅迫下茄子幼苗的脯氨酸含量,其中以A4處理效果最好,而以A1處理效果最差。
圖3 外源ABA對(duì)鹽脅迫下茄子幼苗脯氨酸含量的影響
由4圖可知,在鹽脅迫處理下,CK2處理與CK1處理相比,茄子幼苗的可溶性蛋白含量有所增加。鹽脅迫下,所有處理中除A1處理外,其余處理的可溶性蛋白含量均呈逐漸上升的趨勢(shì),并在處理第5天時(shí)達(dá)到最大,但CK2處理無(wú)明顯變化,說(shuō)明鹽脅迫清水處理對(duì)茄子幼苗的可溶性蛋白的影響較小。在外源噴施ABA后,以A4處理與CK2處理相比可溶性蛋白含量最高,且在整個(gè)鹽脅迫處理時(shí)期差異均達(dá)到顯著性水平,而A1處理除第1天外,在其他處理時(shí)間,A1處理的可溶性蛋白含量均最低,且在整個(gè)鹽脅迫處理時(shí)期與CK2處理相比均無(wú)顯著性差異。在處理第5天時(shí),各處理的可溶性蛋白含量從高到低依次為 A4>A3>A2>A5>A1>CK2>CK1。說(shuō)明在鹽脅迫處理下,以A4處理對(duì)提高茄子幼苗可溶性蛋白含量的效果最好,而以A1處理效果最差。
圖4 外源ABA對(duì)鹽脅迫下茄子幼苗可溶性蛋白含量的影響
由圖5可知,在鹽脅迫處理下,CK2處理與CK1處理相比茄子幼苗的可溶性糖含量顯著增加。隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),鹽脅迫下所有處理均呈逐漸上升的趨勢(shì),并在處理第5天時(shí)達(dá)到最大。在處理第5天時(shí),各處理的可溶性糖含量從高到低依次為A4>A5>A3>A2>A1>CK2>CK1。在噴施外源ABA中,所有處理的可溶性糖的含量均高于CK2處理,除第1,第5天的A1處理外,其余處理與CK2處理相比差異均達(dá)到顯著性水平,其中以A4處理的可溶性糖含量最高,而A1處理的可溶性糖含量最低。說(shuō)明外源ABA能提高鹽脅迫下茄子幼苗的可溶性糖含量,其中以A4處理效果最好,以A1處理效果最差。
圖5 外源ABA對(duì)鹽脅迫下茄子幼苗可溶性糖含量的影響
由圖6-A、6-B、6-C可知,在鹽脅迫處理下,CK2處理的茄子幼苗的SOD、CAT、POD活性與CK1處理相比均有所增加。鹽脅迫下,所有處理的SOD與POD活性均呈逐漸上升的趨勢(shì),在處理第5天時(shí)達(dá)到最高,而CAT活性呈先上升后下降的趨勢(shì),在處理第3天時(shí)達(dá)到最高。在外源噴施ABA各處理中,以A4處理與CK2處理相比SOD活性最高,在處理第5天時(shí),A4處理的SOD活性與CK2處理相比增加了18.20%,且差異達(dá)到顯著性水平,以A1處理與CK2處理相比SOD活性最低,在處理第5天時(shí),A1處理的SOD活性與CK2處理相比僅增加了5.52%,且無(wú)顯著性差異。在處理第5天時(shí),各處理的SOD活性從高到低依次為A4>A3>A2>A5>A1>CK2>CK1。以A4處理與CK2處理相比POD活性最高,A3處理次之,且在整個(gè)鹽脅迫處理時(shí)期,A4與A3處理與CK2處理相比差異均達(dá)到顯著性水平,在處理第5天時(shí)分別比CK2處理增加了32.95%、25.66%,除第1天外,A5處理與CK2處理相比POD活性最低,在處理第5天時(shí),A5處理與CK2處理相比POD活性僅增加了8.96%。在處理第5天時(shí),各處理的POD活性從高到低依次為A4>A3>A2>A1>A5>CK2>CK1。以A4處理與CK2處理相比CAT活性最大,在處理第3天時(shí),A4處理與CK2處理相比CAT活性增加了38.61%,且差異達(dá)到顯著性水平。除第5天外,A4處理的CAT活性也均顯著高于其他處理。在整個(gè)鹽脅迫處理時(shí)期,A1處理與CK2處理相比CAT活性雖有所上升但無(wú)顯著性差異,在處理第3天時(shí),A1處理與CK2處理相比CAT活性僅增加了2.65%。在處理第5天時(shí),各處理的CAT活性從高到低依次為A4>A3>A5>A1>A2>CK2>CK1。說(shuō)明外源ABA能有效提高鹽脅迫下茄子幼苗的抗氧化酶的活性,其中又以A4處理效果最好。
由圖7可知,在鹽脅迫處理下,CK2處理的茄子幼苗的葉綠素含量低于CK1處理。鹽脅迫下各處理隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸下降的趨勢(shì)。在噴施外源ABA中,所有處理的葉綠素含量均高于CK2處理,其中以A4處理的葉綠素含量最高。隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),除第1天外,A4處理的葉綠素含量與其他鹽脅迫處理相比差異達(dá)到顯著性水平,而A1處理的葉綠素含量除第1天外,在所有處理中均最低,且在整個(gè)鹽脅迫處理時(shí)期與CK2處理相比均無(wú)顯著性差異。在處理第5天時(shí),各處理的葉綠素含量從高到低依次為CK1>A4>A3>A5>A2>A1>CK2。說(shuō)明以A4處理對(duì)提高茄子幼苗葉綠素含量的效果最好,而以A1處理效果最差。
圖6 外源ABA對(duì)鹽脅迫下茄子SOD(A)、CAT (B)、POD(C)活性的影響
圖7 外源ABA對(duì)鹽脅迫下茄子幼苗葉綠素含量的影響
膜脂過(guò)氧化可嚴(yán)重影響植物的光合及相關(guān)代謝過(guò)程,電導(dǎo)率值可直接反映植物細(xì)胞膜受傷害的程度,間接反映細(xì)胞膜透性的變化。ABA可緩解干旱脅迫及鹽脅迫對(duì)植物造成的傷害,對(duì)提高植物抗性具有十分重要的作用,如ZHE等[16]研究發(fā)現(xiàn),外源ABA可降低甘薯的MDA含量,并提高了甘薯葉片的光合能力。顧亮[17]研究發(fā)現(xiàn),隨著NaCl濃度的升高,藍(lán)莓葉片細(xì)胞膜受到破壞,導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增大。本試驗(yàn)結(jié)果表明,在鹽脅迫處理下茄子幼苗的MDA含量、電導(dǎo)率值均高于無(wú)鹽脅迫清水處理(CK1),而在外源噴施ABA處理下各處理的MDA含量、電導(dǎo)率值均低于為鹽脅迫清水處理(CK2),說(shuō)明鹽脅迫破壞了茄子幼苗細(xì)胞質(zhì)膜完整性,導(dǎo)致電解質(zhì)外滲,而外源噴施ABA后在一定程度上可以緩解細(xì)胞質(zhì)膜的破壞。在整個(gè)鹽脅迫下外源噴施ABA處理過(guò)程,以A1處理的MDA含量及電導(dǎo)率值與CK2處理相比始終無(wú)顯著性差異,除第1天,A4處理的MDA含量與CK2處理相比無(wú)顯著性差異外,其他處理時(shí)期均顯著低于CK2處理,而電導(dǎo)率值始終顯著低于CK2處理。表明噴施0.2 mmol·L-1ABA處理對(duì)緩解茄子幼苗鹽脅迫效果顯著,這與趙許朋等[18]在番茄上的研究結(jié)果一致,而以0.05 mmol·L-1ABA處理對(duì)緩解茄子幼苗的鹽脅迫效果不明顯。
植物自身具備一定的自我調(diào)節(jié)能力。當(dāng)外界正常生長(zhǎng)條件發(fā)生變化時(shí),植物自身相關(guān)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)發(fā)揮作用,維持植物正常的生長(zhǎng)代謝。這表明,其中滲透調(diào)節(jié)是植物在逆境脅迫環(huán)境下一種非常重要的自我調(diào)節(jié)與適應(yīng)方式。鹽脅迫改變細(xì)胞水勢(shì),進(jìn)而造成植物生理干旱自身無(wú)法正常吸水,可通過(guò)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的高低調(diào)節(jié)細(xì)胞水勢(shì),維持細(xì)胞水勢(shì)平衡[19]。湯日圣等[20]研究發(fā)現(xiàn),ABA可促進(jìn)在鹽脅迫下辣椒幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累,進(jìn)而提高辣椒幼苗對(duì)鹽分的耐受性。彭浩等[21]研究表明,脯氨酸是維持細(xì)胞滲透壓的重要物質(zhì),低濃度ABA可促進(jìn)玉米脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累,避免植物發(fā)生滲透脅迫。本試驗(yàn)結(jié)果表明,在鹽脅迫后清水處理(CK2)下,茄子幼苗的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均高于無(wú)鹽脅迫后清水處理(CK1),說(shuō)明鹽脅迫可促進(jìn)茄子幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量大量積累。而噴施外源ABA后,各處理的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量高于CK2處理,說(shuō)明外源ABA可進(jìn)一步促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累,加強(qiáng)了茄子幼苗的滲透調(diào)節(jié)能力,增強(qiáng)了茄子的吸水能力,進(jìn)而使茄子幼苗能適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境,其中以0.2 mmol·L-1ABA處理下的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累最多,這與顏宏等[22]的研究結(jié)果一致。
當(dāng)植物生長(zhǎng)環(huán)境鹽分超過(guò)正常水平時(shí),造成茄子幼苗體內(nèi)活性氧自由基的大量增加,其動(dòng)態(tài)平衡被打破,造成茄子幼苗膜脂過(guò)氧化傷害,引起茄子幼苗抗氧化酶系統(tǒng)及非酶系統(tǒng)共同作用消除多余自由基,進(jìn)而維持茄子幼苗自身正常的活性氧水平。李小玲等[23]對(duì)黃芪耐鹽性的研究發(fā)現(xiàn),外源ABA可提高黃芪幼苗POD、CAT活性,進(jìn)而提高了黃芪的耐鹽性。李武琴等[24]研究發(fā)現(xiàn),施用外源ABA、GA均可提高煙草抗氧化酶活性,提高煙草的抗逆能力。本試驗(yàn)結(jié)果表明,在鹽脅迫處理下,茄子幼苗的POD、SOD、CAT活性均有所提高,其中CAT活性在處理后第5天有所下降;而噴施外源ABA后從不同程度均提高了茄子幼苗的POD、SOD、CAT活性,其中以A4處理的抗氧化酶活性最接近CK1處理。說(shuō)明噴施外源ABA可減少鹽脅迫下細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的產(chǎn)生,有效的維持了細(xì)胞內(nèi)活性氧代謝的平衡。
植物葉片中葉綠素含量高低直接影響植物的光合能力,高鹽環(huán)境可破壞植物葉綠體結(jié)構(gòu),導(dǎo)致葉綠體合成相關(guān)酶比例的變動(dòng)。劉琦等[25]研究發(fā)現(xiàn),鹽脅迫不僅抑制番茄葉綠素的合成,而且加強(qiáng)了葉綠素分解相關(guān)酶的活性,導(dǎo)致葉綠素合成減少,分解增加。AMIRA等[26]研究發(fā)現(xiàn),在鹽脅迫下,蠶豆幼苗的光合色素比正常環(huán)境下的含量低。張環(huán)宇[27]研究發(fā)現(xiàn),外源噴施ABA、GA、SA可以有效緩解由鹽脅迫引起的葉綠素含量的降低。本試驗(yàn)結(jié)果表明,在鹽脅迫處理下,茄子幼苗的葉綠素含量下降明顯,與CK2處理相比,外源噴施ABA后可抑制茄子幼苗葉綠素含量的降低,其中以A4處理效果最明顯,而以A1處理的效果最差,說(shuō)明以0.2 mmol·L-1ABA處理可明顯緩解鹽脅迫對(duì)茄子幼苗葉綠素含量的影響,而以0.05 mmol·L-1ABA處理的緩解效果不理想。
在鹽脅迫處理下,外源ABA可促進(jìn)茄子幼苗的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、葉綠素含量的積累以及增強(qiáng)抗氧化酶活性,進(jìn)而改變?cè)邴}脅迫下茄子幼苗體內(nèi)代謝,維持細(xì)胞膜完整性,并緩解鹽脅迫對(duì)茄子幼苗生長(zhǎng)的不利影響。其中,以噴施0.2 mmol·L-1ABA緩解效果最佳,而以0.05 mmol·L-1ABA處理緩解效果最不明顯。在外源噴施ABA處理后第1 天,在外源ABA處理下的所有處理與CK2處理相比,茄子幼苗的MDA、葉綠素、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量以及電導(dǎo)率值、抗氧化酶活性增加幅度較小,說(shuō)明外源ABA要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(至少24 h以上)的代謝變化,才能顯著調(diào)控茄子幼苗體內(nèi)代謝,提高茄子對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)性能力。