外源H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗生理特性的影響

藺亞平，林海榮，崔輝梅，2

(1.石河子大學 農(nóng)學院，新疆 石河子 832003；2.特色果蔬栽培生理與種質(zhì)資源利用兵團重點實驗室，新疆 石河子 832003)

本研究以耐鹽性不同的加工番茄品系為試驗材料，在NaCl脅迫下噴施外源H2S和H2O2溶液，通過加工番茄幼苗生長、滲透調(diào)節(jié)、物質(zhì)積累和活性氧代謝的變化，探討這2種信號分子緩解鹽脅迫生理機制的調(diào)節(jié)作用，為提高加工番茄的耐鹽性提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

耐鹽性弱的 KT-32和耐鹽性強的KT-7這2個加工番茄品系，外源H2S溶液用NaHS進行配制。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 于2017年5-7月在石河子大學農(nóng)學院試驗站進行試驗。5月10號，選取籽粒飽滿、大小均勻、無病蟲害的加工番茄品系種子，用10%高錳酸鉀溶液消毒10 min，蒸餾水沖洗4次，然后將KT-32和KT-7這2個品系做好標記，分別放在墊有濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)催芽。當2個品系種子大約80%露白后，于5月12日播種在以蛭石為主要基質(zhì)的育苗盤中，待子葉展平時，用Hoagland營養(yǎng)液澆灌。當幼苗長至三葉一心時選取長勢整齊一致的幼苗移栽于以蛭石為主要基質(zhì)的營養(yǎng)缽中繼續(xù)培養(yǎng)，當番茄幼苗四葉一心時進行不同處理，其中，NaCl處理直接溶于Hoagland 營養(yǎng)液中進行根部澆灌，H2S和H2O2以葉片噴施方式，每天9：00左右噴施50 μmol/L H2S(NaHS)，下午18：30左右噴施 H2O2溶液。

試驗設(shè)置6個處理，每個處理3個重復(fù)，處理5 d后測定相關(guān)生理指標。

①Hoagland +蒸餾水(CK)；②Hoagland+250 mmol/L NaCl(NaCl)；③Hoagland+250 mmol/L NaCl+葉面噴施 50 μmol/L H2S(H2S)；④Hoagland+250 mmol/L NaCl+葉面噴施50 μmol/L NaHS+0.5 mmol/L H2O2溶液 (T1)；⑤Hoagland+250 mmol/L NaCl+葉面噴施50 μmol/L NaHS+1.5 mmol/L H2O2溶液(T2)；⑥Hoagland+250 mmol/L NaCl+葉面噴施50 μmol/L NaHS+3.0 mmol/L H2O2溶液(T3)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)均由3次重復(fù)來計算平均值和標準誤差，用于相關(guān)計算和處理，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Microsoft Excel 2010進行原始數(shù)據(jù)處理，選用SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(Statistical product and service solutions)進行方差分析，并運用Duncan′s法進行差異顯著性檢驗，以平均值±標準誤(Means±SD)表示，用SigmaPlot 12.5作相應(yīng)圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗生長的影響

從表1可以看出，與CK相比，2個加工番茄品系幼苗在NaCl脅迫下植株苗干質(zhì)量和根干質(zhì)量顯著降低，并且顯著抑制了2個加工番茄品系的生長；H2S處理后，2個品系幼苗的莖粗、苗鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、苗干質(zhì)量和根干質(zhì)量比NaCl脅迫下都有著不同程度的增加，其中在KT-7 中，株高、莖粗和根鮮質(zhì)量達到顯著差異 (P<0.05)；在T1、T2和T3處理中，2個品系幼苗形態(tài)指標與NaCl脅迫相比在T1和T2處理中有著顯著性的差異，莖粗和根鮮質(zhì)量在T3處理中也有著顯著性差異，且在KT-32 中，T1、T2和T3處理下株高與H2S處理相比差異達到顯著水平。從總體來看，在T2處理下幼苗生長的各項形態(tài)指標除KT-32的苗干質(zhì)量外，其余都與H2S處理相比有著不同程度的增加；說明NaCl脅迫顯著抑制了加工番茄幼苗的正常生長，而外源H2S和H2O2共同處理能有效緩解NaCl脅迫對加工番茄幼苗造成的傷害，并在T2處理下緩解效應(yīng)達到最佳。

表1 H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗形態(tài)指標的影響Tab.1 Effect of exogenous H2S and H2O2 on the growth characteristics of processing tomato seedlings under NaCl stress

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理間差異達到0.05的顯著性水平。表2同。

Note：Different small letters in the figure mean significant difference among treatment at 0.05 level.The same as Tab.2.

2.2 H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗光合色素的影響

由表 2可知，與CK相比，NaCl脅迫顯著降低了2個加工番茄品系的光合色素含量，在葉面噴施H2S溶液后，光合色素含量比NaCl脅迫有著顯著性增加(P<0.05)。用不同濃度H2O2溶液處理后，T2和T3處理中2個加工番茄品系的光合色素含量比H2S單獨處理提升效果更為明顯；除葉綠素b含量外，其余光合色素含量均在 T2 處理下光合色素含量差異達到顯著水平；其中在KT-32中葉綠素 a、b、a+b、類胡蘿卜素含量比H2S單獨處理分別提升了27.5%，82.4%，53.8%和16.6%；在KT-7中，葉綠素 a、b、a+b、類胡蘿卜素含量比H2S單獨處理分別提升了34.4%，33.0%，34.1%和16.2%；在KT-32品系中，葉綠素 a、a+b含量在T1和T2處理下與T3處理相比差異達到顯著水平，而T1處理和T2處理相比差異不顯著；在KT-7品系中，光合色素含量在T1處理下與T2和T3處理相比差異均達到顯著水平，而T2處理和T3處理相比差異不顯著；就T2和T3處理相比，光合色素的含量并不隨著H2O2濃度的增大而增加，說明一定濃度的外源H2S和H2O2共同處理能夠緩解加工番茄幼苗因NaCl脅迫而引起的光合色素下降。

2.3 H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗葉片相對含水量和根系活力的影響

由圖1-A可知，NaCl脅迫顯著降低了加工番茄幼苗葉片相對含水量，H2S處理后，相對含水量有所增加，但與NaCl脅迫相比差異不顯著；在KT-32品系中，T1、T2和T3處理葉片中相對含水量與單獨H2S處理相比顯著提高，差異達到顯著水平(P<0.05)，但不同濃度H2O2處理間差異不顯著；在KT-7品系中，葉面噴施外源H2S和不同濃度H2O2處理后葉片中相對含水量都有著不同程度的增加，H2O2各處理與NaCl脅迫相比差異都達到顯著水平，相對含水量基本接近CK，而T1、T2和T3處理與H2S處理相比差異不顯著。

表2 外源H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗光合色素的影響Tab.2 Effect of exogenous H2S and H2O2 on photosynthetic pigment of processing tomato seedlings under NaCl stress

由圖1-B可知，NaCl脅迫顯著抑制了加工番茄幼苗根系活力，當在葉面噴施H2S溶液處理后顯著增強了加工番茄幼苗的根系活力，與NaCl脅迫相比達到差異顯著；T1、T2和T3處理與H2S處理相比顯著增強了加工番茄幼苗的根系活力，且2個品系均在T2處理下差異達到顯著水平，T1、T2和T3各處理間存在一定的差異性；說明外源H2S和H2O2共用可以顯著緩解因NaCl脅迫引起的相對含水量和根系活力下降，且呈現(xiàn)一定的濃度效應(yīng)，2個品系幼苗均在T2處理下緩解效果達到最佳。

圖中不同小寫字母表示處理間差異達0.05顯著水平。圖2-4同。Different small letters in the figure mean significant difference among treatment at 0.05 level. The same as Fig.2-4.

2.4 外源H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗可溶性糖含量和脯氨酸含量的影響

如圖2-A所示，同CK相比，NaCl脅迫使2個品系加工番茄幼苗葉片的可溶性糖含量顯著增加(P<0.05)；葉面噴施H2S處理后明顯提升了加工番茄幼苗葉片的可溶性糖含量，與NaCl脅迫相比達到顯著差異；在KT-32品系中，T1和T2處理顯著提升了NaCl脅迫下番茄葉片的可溶性糖含量；在KT-7品系中，與H2S處理相比，T2處理顯著促進了NaCl脅迫引起的葉片中可溶性糖累積的效應(yīng)，同時外源H2O2各處理間達到顯著差異；T2處理下2個品系中加工番茄幼苗葉片可溶性糖量較H2S處理有所提升，提升幅度分別為24.0%和29.4%，差異達到顯著水平。

由圖2-B可知，同CK相比，NaCl脅迫下加工番茄幼苗葉片中脯氨酸含量顯著增加；H2S處理后，在KT-32和KT-7品系中脯氨酸含量較NaCl處理分別提高了18.1%和26.8%，達到顯著差異；在KT-32的T1、T2和KT-7的T2、T3處理后，2個品系中加工番茄幼苗葉片脯氨酸含量較H2S處理有所提升，且在T2處理下脯氨酸含量分別提高了25.8%和21.3%，差異達到顯著水平。

2.5 外源H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗電解質(zhì)滲出率、MDA和內(nèi)源H2O2含量以及產(chǎn)生速率的影響

由圖3-A可知NaCl脅迫使加工番茄幼苗電解質(zhì)滲出率顯著升高；與NaCl脅迫相比，單獨H2S處理可使2個品系加工番茄幼苗電解質(zhì)滲出率顯著降低；T1、T2和T3處理后，均使幼苗電解質(zhì)滲出率下降，其中T2處理與H2S處理相比，差異達到顯著水平，下降效果最為明顯，說明外源H2S和H2O2共用可以有效緩解NaCl脅迫對細胞膜透性造成的破壞。

由圖3-D可知，與CK相比，NaCl脅迫顯著提高了加工番茄幼苗葉片中內(nèi)源H2O2的含量，在KT-32和KT-7品系中，NaCl脅迫下內(nèi)源H2O2的含量分別比CK增加了4.5，2.6倍。T1、T2和T3處理與NaCl脅迫相比，顯著降低了加工番茄幼苗葉片內(nèi)源H2O2的含量，在T2處理下，與NaCl脅迫相比，兩品系中內(nèi)源H2O2含量分別下降了34.5%，29.7%，T1、T2和T3處理與H2S處理相比，2個品系幼苗葉片內(nèi)源H2O2的含量有所提升，但內(nèi)源H2O2的含量始終比NaCl脅迫下低；且在T2處理下2個品系加工番茄幼苗葉片內(nèi)源H2O2的含量與H2S處理比較相近，由此可以得知，外源H2S和H2O2處理降低了加工番茄幼苗葉片內(nèi)源H2O2的含量。

圖2 外源H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗可溶性糖含量和脯氨酸含量的影響Fig．2 Effect of exogenous H2S and H2O2 soluble sugar content and free proline accumulation of processing tomato seedlings under NaCl stress

圖3 外源H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗電解質(zhì)滲出率、MDA和內(nèi)源H2O2含量以及產(chǎn)生速率的影響Fig.3 Effect of exogenous H2S and H2O2 on electrolytic leakage，MDA and endogenous H2O2 content and produces the rate of processing tomato seedlings under NaCl stress

2.6 外源H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性的影響

由圖4可知，在KT-32和KT-7品系中，同CK相比，NaCl脅迫處理可使加工番茄幼苗葉片中SOD、POD和CAT 3種抗氧化酶的活性顯著下降(P<0.05)；加工番茄幼苗用H2S處理后，幼苗葉片中3種抗氧化酶的活性都有所增強，且與NaCl脅迫相比差異達到顯著水平；用外源50 μmol/L H2S和不同濃度H2O2處理后，在KT-32品系中，T2處理與H2S處理相比加工番茄幼苗葉片中SOD和POD這2種抗氧化酶的活性均達到顯著差異，CAT未達顯著差異，T3處理下3種抗氧化酶的活性均達到顯著差異水平；在KT-7品系中，T2處理下加工番茄幼苗葉片中SOD、POD和CAT的活性與單獨H2S處理相比分別提高了34.3%，20.0%，60.1%，均達到顯著差異。這表明外源H2S和H2O2共同處理可有效緩解加工番茄幼苗因NaCl脅迫引起的抗氧化酶的活性下降，減少了活性氧物質(zhì)的累積，從而降低加工番茄細胞內(nèi)活性氧自由基對質(zhì)膜的傷害，減輕了NaCl脅迫對加工番茄幼苗的傷害。

圖4 外源H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗抗氧化酶活性的影響Fig．4 Effect of exogenous H2S and H2O2 on electrolytic autioxidant enzyme activities of processing tomato seedlings under NaCl stress

3 討論

外源H2S和H2O2二者作為信號分子在植物受到環(huán)境脅迫時各自對植物生長發(fā)育的影響成為當今農(nóng)業(yè)科學的研究熱點，但H2S和H2O2這2種信號分子之間的相互作用與植物抗鹽性之間的關(guān)系目前還未見有相關(guān)報道。在新疆這種特殊的鹽堿地條件下，研究外源H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗生理特性影響，可以給當前新疆紅色番茄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一定的理論依據(jù)，從而促進加工番茄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.1 外源H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗生物量和光合色素的影響

從本試驗數(shù)據(jù)分析結(jié)果來看，NaCl脅迫顯著抑制了加工番茄幼苗的生長，外源施加H2S處理后不但顯著提高了NaCl脅迫下加工番茄幼苗、莖粗、根鮮質(zhì)量和光合色素含量，而且增強了其根系活力，這與鄭州元等[8]、景舉偉等[23]在加工番茄(Lycopersiconesculentum)幼苗上的結(jié)論一致，葉面噴施外源H2O2溶液后(T1、T2和T3處理)有效緩解了NaCl脅迫對加工番茄幼苗生長的抑制作用，這與外源H2O2能夠緩解受旱小麥(Triticumaestivum)[24]生長受抑的結(jié)果一致，且緩解效果比H2S處理明顯；說明外源H2S和 H2O2共用能有效緩解NaCl脅迫對加工番茄幼苗生長的抑制作用，從而提高加工番茄幼苗的耐鹽性。

3.2 外源H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

本試驗分析結(jié)果表明，NaCl脅迫下2個品系加工番茄幼苗中游離脯氨酸和可溶性糖的含量明顯增加，H2S處理后幼苗葉片中游離脯氨酸和可溶性糖的含量顯著增加，這與鄭州元等[8]在加工番茄(Lycopersiconesculentum)幼苗上的研究結(jié)果一致；T2處理后游離脯氨酸提升效果比H2S處理下更為明顯，且進一步提升了2個品系加工番茄幼苗葉片內(nèi)可溶性糖的含量，即當H2O2濃度為1.5 mmol/L時，提升效果最為明顯，差異達到顯著水平，這與外源過氧化氫提高燕麥(Avenasativa)耐鹽性劉建新等[14]的結(jié)果一致；說明外源H2S和H2O2相互作用可以通過對加工番茄幼苗葉片內(nèi)游離脯氨酸和可溶性糖的提升來增強幼苗的滲透調(diào)節(jié)能力，有效緩解NaCl脅迫對細胞膜透性造成的破壞，從而增強加工番茄的抗逆性。

3.3 外源H2S和H2O2對NaCl脅迫下加工番茄幼苗活性氧代謝的影響

由此可以表明，外源H2S 和H2O2這2種信號分子在生物體系反應(yīng)中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相似，且二者在NaCl脅迫下存在著一定程度的協(xié)同作用，可以誘導(dǎo)增強NaCl脅迫下加工番茄幼苗植株滲透調(diào)節(jié)能力、提高清除活性氧的酶促系統(tǒng)的防御能力和加工番茄幼苗葉片中游離脯氨酸、可溶性糖含量，降低電解質(zhì)滲出率和丙二醛含量，從而減弱加工番茄細胞內(nèi)活性氧自由基對質(zhì)膜的傷害，維持細胞膜的穩(wěn)定性和完整性，使加工番茄幼苗仍保持較強的光合色素含量、相對含水量和根系活力，從而提高加工番茄幼苗的耐鹽性；并且表明外源H2S 和H2O2這2種信號分子呈現(xiàn)一定的濃度效應(yīng)，T2處理(50 μmol/L H2S和1.5 mmol/L H2O2)效果最為顯著。

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