外源亞精胺對鹽脅迫下甜瓜幼苗光合和超微結構的影響

薛淑媛， 朱世東， 李 雪， 劉云祥， 李雯雯

(安徽農(nóng)業(yè)大學園藝學院，安徽 合肥 230036)

溫室、大棚等園藝設施蔬菜栽培中，由于季節(jié)性或常年性覆蓋，土壤長期得不到雨水的淋洗，使得鹽分聚集，引起土壤次生鹽漬化，影響蔬菜的生長。設施土壤鹽分含量較高時，會對植株生長造成不良影響，如葉色加深，破壞滲透脅迫，抑制光合電子傳遞，加劇光抑制等［1-3］。光合作用為植物生長發(fā)育提供物質(zhì)和能量，是植物生長發(fā)育的基礎，鹽脅迫限制植株的生長發(fā)育與鹽脅迫降低植株的光合能力密切相關［4］。

多胺(Polyamine，PAs)是生物體代謝過程中產(chǎn)生的一類具有強烈生物活性的低分子量脂肪族含氮堿，廣泛存在于一切植物細胞中，與植物的生長發(fā)育、性別分化、果實成熟、衰老以及響應逆境脅迫密切相關［5-7］。多胺不僅可以作為直接的脅迫保護物質(zhì)，而且在脅迫信號轉(zhuǎn)導中作為信號分子參與植物脅迫抗性機制的構建［8］，因其獨特的分子結構而與逆境脅迫關系最為密切［9］。宋風斌等發(fā)現(xiàn)，外源多胺可以緩解自由基傷害，增強玉米的抗寒性［10］;姜惠麗等研究表明，外源腐胺(Put)、亞精胺(Spd)、精胺(Spm)可以不同程度地緩解鹽脅迫對黃瓜幼苗生長的抑制作用，緩解效果依次為Spd＞Spm＞Put［11］;鹽脅迫下，外源多胺可以提高水稻抗氧化酶活性，增強水稻抗性［12］;增加玉米在滲透脅迫下葉片內(nèi)蛋白含量［13］;減緩花生葉片衰老過程中的葉綠素及蛋白質(zhì)含量的下降，并對冷脅迫造成的光合能力下降有明顯的緩解作用［14］。因此施用外源多胺可減輕鹽脅迫對蔬菜生產(chǎn)的危害，對實現(xiàn)蔬菜的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要的理論價值和實踐意義。但多胺對甜瓜作物的研究鮮見報道。本研究以黃金蜜為試材，對鹽脅迫下甜瓜幼苗葉面噴施不同濃度的亞精胺，來確定不同濃度亞精胺對鹽脅迫下甜瓜幼苗生長光合特性和超微結構的影響，旨在篩選出噴施亞精胺的最適濃度，為提高設施蔬菜作物的耐鹽性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料生長

甜瓜(黃金蜜)種子用75%的酒精表面消毒15 s，45℃溫水浸泡2 h后，在28℃培養(yǎng)箱中催芽，待芽長0.5 cm時播于裝有專用育苗基質(zhì)的72孔穴盤中育苗，挑選發(fā)芽整齊的種子播于裝有基質(zhì)(草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1)的穴盤中。保持晝溫24～28℃，夜溫15～18℃。當幼苗長至3葉1心時，選取生長整齊一致的幼苗定植于營養(yǎng)缽中，放于安徽農(nóng)業(yè)大學PC板溫室中進行培養(yǎng)。每缽栽1株幼苗，隔7 d澆灌1次1/2Hoagland營養(yǎng)液。

1.2 試驗處理

鹽脅迫各處理是直接將NaCl溶液加入基質(zhì)中，開始處理時NaCl濃度為25 mmol/L，每天濃度增加25 mmol/L，至第4 d終濃度為100 mmol/L。外源亞精胺配制10 mmol/L母液于4℃冰箱保存，使用時稀釋到要求的濃度(0.1 mmol/L、0.5 mmol/L、1.0 mmol/L、2.0 mmol/L)，并于每天傍晚17∶00用小型噴霧器進行葉面、葉背均勻噴灑，以藥液附于葉面但不下滴為準。同時對照噴施等量蒸餾水，所有噴施液均含體積分數(shù)為0.01% 的表面活性劑Tween-20。每個處理均設3次重復，以空白+NaCl為對照。首次噴施10 d后測量葉片光合和超微指標。選距生長點第2片完全展開葉進行測量。

1.3 測定方法

1.3.1 葉綠素含量 參照張憲政的方法［15］測定。

1.3.2 葉片的相對電導率 采用李合生的方法［16］測定。

1.3.3 光合參數(shù) 應用 LI-6400便攜式光合儀測定葉片凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、胞間 CO2濃度(Ci)、氣孔導度(Gs)等。葉室(2 cm×3 cm)內(nèi)設定溫度26℃，光照度為 600 μmol/(m2·s)。每個處理選3株，每株讀數(shù)5次。

1.3.4 葉綠素熒光參數(shù) 用葉夾(2030-B)對葉片暗適應 30min后，打開測量光［＜0.5 μmol/(m2·s)］測定初始熒光(F0)，隨后打開飽和脈沖光［8 000 μmol/(m2·s)，持續(xù)0.8 s］測定最大熒光(Fm)，計算最大光化學效率［Fv/Fm=(Fm－Fo)/Fm］。光化光［450 μmol/(m2·s)］照射30 min后，打開飽和脈沖光，測量光適應條件下最大熒光(Fm')，之后關閉光化光，遠紅外光被用作初始熒光猝滅(F0')的測定，穩(wěn)態(tài)光化學猝滅系數(shù)qP和PSⅡ?qū)嶋H光化學效率φPSⅡ根據(jù)Genty等［17］描述的方法測定，非光化學猝滅系數(shù)NPQ參照Kramer等［18］描述的方法測定。

1.3.5 葉片超微結構 鹽處理后10 d，在葉片中部主脈兩側切取大小1～2 cm2方小塊，用4%戊二醛前固定，pH 7.2磷酸緩沖液沖洗，1%鋨酸后固定，梯度乙醇脫水，環(huán)氧樹脂包埋，后入45℃烤箱中，超薄切片機(LKB-NOVA型，瑞典產(chǎn))切片，片厚70 nm，醋酸鈾、檸檬酸鉛雙重染色，用日產(chǎn)JEM-1230型透射觀察攝片、照相。

1.3.6 統(tǒng)計方法 采用 SAS軟件 Duncan’s新復極差法進行多重比較及差異顯著性分析。

2 結果

2.1 外源亞精胺對鹽脅迫下甜瓜幼苗葉片相對電導率的影響

從圖1可以看出，鹽脅迫10 d后，噴施不同濃度外源亞精胺顯著緩解了鹽脅迫下甜瓜幼苗葉片的電解質(zhì)滲透率的升高，且當亞精胺濃度低于1.0 mmol/L時，隨著亞精胺濃度的逐步升高，緩解效果顯著增強。0.1 mmol/L、0.5 mmol/L、1.0 mmol/L和2.0 mmol/L亞精胺處理的葉片相對電導率分別是對照的60.92%、50.66%、41.64%和44.48%。說明亞精胺處理具有緩解甜瓜幼苗在NaCl脅迫下質(zhì)膜相對透性升高的作用，適宜濃度為1.0 mmol/L。

圖1 外源亞精胺對鹽脅迫下甜瓜幼苗葉片相對電導率的影響Fig.1 Effect of exogenous spermidine on relative conductivity in muskmelon seedlings leaves under NaCl stress

2.2 外源亞精胺對鹽脅迫下甜瓜幼苗葉片光合色素的影響

從表1可以看出，處理后10 d，鹽脅迫下葉面噴施不同濃度的亞精胺與鹽脅迫相比可顯著增加甜瓜葉片的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量。隨著亞精胺濃度的增加，葉綠素a、葉綠素b與類胡蘿卜素的變化趨勢相同，先上升后下降;而葉綠素a/b的變化趨勢相反，先下降后上升。當亞精胺濃度達1.0 mmol/L時，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量最高，分別是對照的1.12倍、1.37倍、1.18倍，與對照差異達到顯著水平;當亞精胺濃度達1.0 mmol/L時，葉綠素a/b最高，是對照的0.81倍，差異達到顯著水平。說明NaCl脅迫下，通過外源添加亞精胺可提高甜瓜葉片葉綠素a、b含量和類胡蘿卜素含量，從而保持了較高的光合作用能力，促進了甜瓜幼苗的生長。

表1 外源亞精胺對鹽脅迫下甜瓜幼苗葉片光合色素含量的影響Table 1 Effect of exogenous spermidine on chlorophyll content in muskmelon seedling leaves under NaCl stress

2.3 外源亞精胺對鹽脅迫下甜瓜幼苗葉片光合參數(shù)的影響

由圖2、3、4可以看出，鹽脅迫處理后10 d，外源添加亞精胺的甜瓜幼苗葉片光合參數(shù)與對照相比都達到顯著水平。隨著亞精胺濃度的增加，鹽脅迫下甜瓜光合速率Pn與蒸騰速率Tr的變化趨勢基本一致，先逐漸上升后下降。噴施亞精胺1.0 mmol/L時，Pn和Tr最高，與對照相比差異顯著，分別為對照的1.80倍、1.24倍。

圖2 外源亞精胺對鹽脅迫下甜瓜幼苗凈光合速率和蒸騰速率的影響Fig.2 Effect of spermidine spraying on net photosynthetic rate and transpiration rate of muskmelon seedling leaves under NaCl stress

Gs表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，變化較緩慢，噴施亞精胺1.0 mmol/L時，Gs最高，為對照的1.67倍。Ci與Gs表現(xiàn)相反，呈先降低后升高的趨勢，當亞精胺濃度為1.0 mmol/L時，Ci達到最低值，為對照的66.7%，與對照差異顯著。說明外施亞精胺明顯緩解了鹽脅迫對葉片光合系統(tǒng)的傷害，能保持鹽脅迫下甜瓜幼苗較高的光合能力。

2.4 外源亞精胺對鹽脅迫下甜瓜幼苗葉片葉綠素熒光參數(shù)的影響

由表2可以看出，除亞精胺濃度為0.1 mmol/L時，鹽脅迫下外源添加亞精胺處理的甜瓜幼苗葉片熒光參數(shù)Fv/Fm、Fv'/Fm'與對照相比差異不顯著。其他處理與對照都達到顯著水平。鹽脅迫下外源施加亞精胺后PSⅡ最大光化學效率Fv/Fm、PSⅡ有效光化學效率Fv'/Fm'、PSⅡ潛在活性Fv/Fo的變化趨勢是一致的，先上升后下降。在亞精胺濃度為1.0 mmol/L時，達到最高值。說明一定濃度的外源亞精胺可以提高鹽脅迫下甜瓜葉片的PSⅡ潛在活性。

表2 外源亞精胺對鹽脅迫下甜瓜幼苗葉片葉綠素熒光參數(shù)的影響Table 2 Effect of spermidine spraying on chlorophyll fluorescence parameters in muskmelon seedling leaves under NaCl stress

外源亞精胺濃度低于1.0 mmol/L時，甜瓜幼苗φPSⅡ、qP值逐漸上升、NPQ下降，說明亞精胺處理可以加快鹽脅迫下甜瓜葉片碳同化過程，促進QA到QB的電子傳遞。當亞精胺濃度高于1.0 mmol/L時，甜瓜幼苗葉片φPSⅡ、qP值緩慢下降、NPQ緩慢上升。在亞精胺濃度為1.0 mmol/L時，φPSⅡ、qP分別為對照的1.18倍、1.09倍、NPQ為對照處理的79.1%，與對照差異均達到顯著水平。說明外源亞精胺有效緩解了鹽脅迫對PSⅡ的破壞。

圖3 外源亞精胺對鹽脅迫下甜瓜幼苗葉片胞間CO2濃度的影響Fig.3 Effect of spermidine spraying on intercellular CO2concentration in muskmelon seedling leaves under NaCl stres

圖4 外源亞精胺對鹽脅迫下甜瓜幼苗葉片氣孔導度的影響Fig.4 Effect of spermidine spraying on stomatal conductance of muskmelon seedlings leaves under NaCl stress

2.5 超微結構

由圖5可以看出，NaCl濃度為100 mmol/L時，甜瓜幼苗葉片葉綠體質(zhì)膜破損嚴重，葉綠體膜結構破裂，葉綠體膨脹，由原來的梭形變成近似圓形，基粒片層的垛疊結構解體，部分基粒溶解，基粒數(shù)目減少，基粒片層之間的連接出現(xiàn)斷裂，膜周圍類囊體結構松散雜亂，有部分葉綠體已經(jīng)解體，說明葉綠體因NaCl脅迫受到嚴重損傷。噴施亞精胺1.0 mmol/L后，葉綠體數(shù)量明顯增多，同時葉綠體膜較完整，葉綠體的形狀呈紡錘形，在細胞內(nèi)沿質(zhì)膜排列，基粒片層整齊并通過間質(zhì)片層互相連接，葉綠體片層結構得到了較好的保持，葉綠體類囊體排列有序，膜系統(tǒng)基本完整正常。這些結果說明，葉面噴施亞精胺1.0 mmol/L減輕了鹽脅迫對甜瓜幼苗葉片葉綠體超微結構的傷害，葉綠體結構得到了較好的保持，維護 了膜系統(tǒng)結構的正常與完整，延緩了葉綠體的解體。

圖5 外源亞精胺對鹽脅迫下甜瓜幼苗葉片葉綠體超微結構的影響Fig.5 Effect of spermidine spraying on ultra structure of chloroplast in muskmelon seedling leaves under NaCl stress

3 討論

葉片是植物進化過程中對環(huán)境變化比較敏感、可塑性較強的器官，葉片中葉綠體是感受鹽脅迫最敏感的細胞器，葉綠體結構中的類囊體也叫光合膜，是植物進行光反應的主要場所，類囊體膜的完整性是決定植物光合作用能力的關鍵［19］。與對照相比，添加亞精胺顯著降低了甜瓜幼苗葉片的相對電導率，緩解了NaCl造成的滲透脅迫。亞精胺處理通過促進凈光合速率、氣孔導度、CO2胞間濃度、最大光化學效率、PSⅡ潛在活性、PSⅡ量子產(chǎn)額、光化學猝滅qP，降低NPQ，緩解鹽脅迫對植株PSⅡ的破壞，維持較高的PSⅡ光化學活性。另外，亞精胺有利于維護膜系統(tǒng)結構的穩(wěn)定，緩解鹽脅迫對葉綠體結構的破壞，從而保護光合系統(tǒng)，提高甜瓜光合特性。試驗結果還表明，亞精胺在使用過程中存在明顯的濃度效應，這與前人研究結果［20-22］一致，NaCl脅迫下施用1.0 mmol/L亞精胺緩解鹽脅迫對甜瓜的傷害效果最好。

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