腐胺浸種對(duì)Ca(NO₃)₂脅迫下不同品種黃瓜幼苗生長(zhǎng)及生理抗性的影響

張鋮鋒 李碩 石玉 楊然 張毅

摘要：為明確腐胺（Put）浸種對(duì)Ca（NO3）2脅迫下黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響，本試驗(yàn)以‘津春2號(hào)和‘津研四號(hào)黃瓜為材料，設(shè)置CK、Put、Ca（NO3）2、Put+Ca（NO3）2 4個(gè)處理，測(cè)定不同處理下黃瓜幼苗生物量、葉綠素含量、電導(dǎo)率、水勢(shì)和丙二醛（MDA）含量的變化。結(jié)果表明，與CK相比，Ca（NO3）2處理的黃瓜幼苗株高、莖粗、干重和鮮重均明顯降低，部分達(dá)顯著水平，而水勢(shì)、相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素和丙二醛（MDA）含量等均有不同程度的增加;Put浸種處理可有效緩解鹽脅迫對(duì)黃瓜幼苗生物量積累的抑制作用，降低水勢(shì)、相對(duì)電導(dǎo)率和葉綠素含量，減輕膜脂過(guò)氧化程度，且對(duì)耐鹽性較差的‘津春2號(hào)緩解效果更明顯。由此表明，外源腐胺浸種能夠有效緩解Ca（NO3）2脅迫對(duì)黃瓜幼苗的傷害，提高其耐鹽性，且對(duì)不耐鹽黃瓜品種鹽脅迫的緩解效果更顯著。

關(guān)鍵詞：黃瓜;腐胺;Ca（NO3）2脅迫;生理抗性

中圖分類號(hào)：S642.201+S432.3+1?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A?文章編號(hào)：1001-4942（2019）12-0067-06

Abstract?The study was to investigate the relieving effect of exogenous putrescine soaking seeds on the growth of cucumber seedlings under Ca（NO3）2 stress. Cucumber cultivars ‘Jinchun 2 and ‘Jinyan 4 were used as test materials in the experiment. The changes of the biomass， chlorophyll content， relative electrolytic leakage， water potential and MDA content of the two cultivars were determined in treatments including CK， Put，Ca（NO3）2，Put+Ca（NO3）2. The results showed that， compared with CK， the plant height， stem diameter， dry and fresh weight of the two cultivars under Ca（NO3）2 treatment were significantly lower， but the water potential， conductivity， chlorophyll content and MDA content increased， among them， some reached significant levels. Soaking seeds with exogenous putrescine effectively alleviated the inhibition of salt stress on biomass accumulation of cucumber seedlings， and reduced water potential， electrical conductivity， chlorophyll content and the degree of membrane lipid peroxidation. Moreover， the relieving effect was more obvious on?‘Jinchun 2with poor salt-tolerance. Therefore， soaking seeds with exogenous putrescine could effectively alleviate the damage of Ca（NO3）2 stress to cucumber seedlings and improve salt tolerance， and the relieving effect was more significant in poor salt-resistant cucumber cultivar.

Keywords?Cucumber; Putrescine; Ca（NO3）2 stress; Physiological resistance

近年來(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的提高，設(shè)施農(nóng)業(yè)占比迅速增大，隨之而來(lái)的設(shè)施土壤次生鹽漬化問(wèn)題卻日益嚴(yán)重。土壤次生鹽漬化會(huì)對(duì)作物造成離子毒害及滲透脅迫[1]，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)發(fā)育受抑制，嚴(yán)重影響產(chǎn)量及品質(zhì)。有研究表明，設(shè)施土壤鹽分組成的陰離子有NO-3、Cl-、SO2-4、HCO-3等，以 NO-3為主;陽(yáng)離子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+等，以Ca2+為主[2]。而在作物生長(zhǎng)過(guò)程中，對(duì)Ca2+、NO-3離子的需求量相對(duì)較大，因此，土壤中Ca（NO3）2積累具有營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)和滲透脅迫的雙重效果。

多胺（polyamine，PA）是生物代謝過(guò)程中產(chǎn)生的一類脂肪族含氮堿，具有強(qiáng)烈的生物活性，并廣泛存在于一切植物細(xì)胞中，與植物的生長(zhǎng)發(fā)育、性別分化、衰老以及響應(yīng)逆境脅迫密切相關(guān)[3]。植物細(xì)胞內(nèi)常見(jiàn)的多胺有腐胺（Put）、亞精胺（Spd）和精胺（Spm）等[4]。腐胺是多胺合成途徑的中心物質(zhì)[5]，一方面具有植物激素的基本特性，能夠調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，控制形態(tài)建成，提高植物對(duì)逆境的抗性;另一方面作為“第二信使”參與植物逆境脅迫的信號(hào)傳導(dǎo)，從而緩解脅迫對(duì)植物的傷害[6]。

黃瓜（Cucumis sativus L.）是重要的設(shè)施栽培蔬菜，對(duì)土壤次生鹽漬化較為敏感。本試驗(yàn)以‘津春2號(hào)和‘津研四號(hào)兩個(gè)黃瓜品種為材料，設(shè)計(jì)CK、Put、Ca（NO3）2、Put+Ca（NO3）2 4個(gè)處理，測(cè)定不同處理下的黃瓜幼苗生物量、葉綠素含量、相對(duì)電導(dǎo)率、水勢(shì)和丙二醛（MDA）含量等指標(biāo)的變化，以期探明外源腐胺對(duì)Ca（NO3）2脅迫下黃瓜幼苗生長(zhǎng)的作用，并為減輕設(shè)施土壤次生鹽漬化對(duì)栽培作物的傷害提供參考。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種為‘津春2號(hào)和‘津研四號(hào);腐胺、Ca（NO3）2，分別購(gòu)自上海源葉生物科技有限公司、天津市大茂化學(xué)試劑廠。

1.2?試驗(yàn)處理

選取籽粒良好的黃瓜種子進(jìn)行溫湯浸種，置于25℃遮光環(huán)境中，用腐胺浸種8 h催芽，以蒸餾水浸種為對(duì)照。催芽后，分別播于裝有復(fù)合基質(zhì)的穴盤中，待幼苗長(zhǎng)至三葉一心，定植于50%劑量的日本山崎黃瓜配方營(yíng)養(yǎng)液。緩苗5天后，更換1倍劑量營(yíng)養(yǎng)液并添加37.5 mmol/L Ca（NO3）2處理，第2天將Ca（NO3）2濃度補(bǔ)充至75 mmol/L。鹽脅迫處理12天后進(jìn)行幼苗株高、莖粗和干鮮重的測(cè)定，同時(shí)取生長(zhǎng)點(diǎn)以下第1、2片完全展開(kāi)功能葉及根系，-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>

每品種設(shè)置4個(gè)處理，即CK：蒸餾水浸種+營(yíng)養(yǎng)液處理;Put：0.5 mmol/L Put浸種+營(yíng)養(yǎng)液處理;Ca（NO3）2：蒸餾水浸種+營(yíng)養(yǎng)液+75 mmol/L Ca（NO3）2處理;Put+Ca（NO3）2：0.5 mmol/L Put浸種+營(yíng)養(yǎng)液+75 mmol/L Ca（NO3）2處理。

1.3?測(cè)定指標(biāo)及方法

黃瓜幼苗株高、莖粗、干重和鮮重分別使用直尺、游標(biāo)卡尺和千分之一天平測(cè)定。黃瓜水勢(shì)測(cè)定采用壓力室法;葉綠素含量測(cè)定采用96%酒精浸提;葉片和根系電導(dǎo)率使用D3100型電導(dǎo)率儀測(cè)定;丙二醛（MDA）含量用硫代巴比妥酸（TBA）法測(cè)定。

1.4?數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并制圖，SAS 8.1軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?腐胺浸種對(duì)Ca（NO3）2脅迫下黃瓜幼苗株高、莖粗的影響

由圖1可以看出，與CK相比，Ca（NO3）2處理和Put+Ca（NO3）2處理均顯著抑制‘津春2號(hào)和‘津研四號(hào)黃瓜幼苗株高，分別降低56.75%和36.94%、56.83%和34.05%，但Put+Ca（NO3）2處理的幼苗株高明顯高于Ca（NO3）2處理，提高幅度分別為45.79%和52.78%。Put處理的‘津春2號(hào)黃瓜幼苗莖粗高于CK，但Ca（NO3）2處理和Put+Ca（NO3）2處理的黃瓜幼苗莖粗生長(zhǎng)均受到抑制，其中‘津春2號(hào)黃瓜受抑制程度較為明顯，分別降低5.57%和3.22%，而Put+Ca（NO3）2處理的黃瓜幼苗莖粗較Ca（NO3）2處理有所增加。因此，外源腐胺浸種可在一定程度上緩解鹽脅迫下株高和莖粗的降低。

2.2?腐胺浸種對(duì)Ca（NO3）2脅迫下黃瓜幼苗干重和鮮重的影響

由圖2可以看出，與CK相比，Ca（NO3）2處理均顯著降低‘津春2號(hào)和‘津研四號(hào)黃瓜幼苗鮮重，降幅分別為41.30%和42.58%;而Put+Ca（NO3）2處理的‘津春2號(hào)和‘津研四號(hào)黃瓜幼苗鮮重雖較CK有所降低，但分別比Ca（NO3）2處理的增加108.50%和48.42%;Put處理的黃瓜幼苗鮮重均顯著高于CK。Ca（NO3）2處理的‘津春2號(hào)黃瓜幼苗干重較CK變化不明顯，但顯著抑制‘津研四號(hào)黃瓜幼苗干物質(zhì)積累，使其降低34.26%;Put+Ca（NO3）2處理的‘津研四號(hào)和‘津春2號(hào)幼苗干重較Ca（NO3）2處理的分別增加39.40%、67.72%;Put處理的黃瓜幼苗干重均顯著高于CK。表明腐胺浸種可促進(jìn)正常生長(zhǎng)條件下黃瓜幼苗干、鮮重的增加，有效緩解鹽脅迫對(duì)‘津研四號(hào)黃瓜幼苗干物質(zhì)積累的抑制作用，同時(shí)對(duì)‘津春2號(hào)黃瓜幼苗干、鮮重積累起到促進(jìn)作用。

2.3?腐胺浸種對(duì)Ca（NO3）2脅迫下黃瓜幼苗葉綠素含量的影響

由表1可以看出，與CK相比，Ca（NO3）2處理的‘津春2號(hào)黃瓜幼苗葉片中葉綠素a含量變化未達(dá)顯著性水平，但葉綠素b和類胡蘿卜素含量和葉綠素總量顯著增加，增幅分別為96.83%、31.63%和24.29%;Put+Ca（NO3）2處理的‘津春2號(hào)黃瓜幼苗葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素總量分別比Ca（NO3）2處理降低了29.10%、31.45%、39.53%和31.60%。Put處理能夠有效提高葉綠素a/b的比值，但在Ca（NO3）2脅迫下效果不明顯。

Ca（NO3）2處理提高了‘津研四號(hào)黃瓜幼苗葉片中葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素總量的積累，與對(duì)照相比分別增加135.48%、131.00%、104.81%和129.49%，而Put+Ca（NO3）2處理有效降低該類物質(zhì)在黃瓜葉片中的積累，與Ca（NO3）2處理相比，降低幅度分別為52.48%、46.75%、58.69%和52.48%。

2.4?腐胺浸種對(duì)Ca（NO3）2脅迫下黃瓜幼苗水勢(shì)的影響

與CK相比，Ca（NO3）2處理的‘津春2號(hào)和‘津研四號(hào)黃瓜幼苗水勢(shì)均顯著降低，降幅分別為45.05%和163.56%;Put處理較CK顯著增加‘津春2號(hào)黃瓜幼苗水勢(shì)，‘津研四號(hào)的幼苗水勢(shì)則與CK無(wú)顯著差異;Put+Ca（NO3）2處理可有效緩解‘津春2號(hào)和‘津研四號(hào)黃瓜幼苗因Ca（NO3）2脅迫誘導(dǎo)的水勢(shì)降低，與Ca（NO3）2處理相比，分別顯著增加51.36%和39.16%（圖3）。表明，腐胺浸種可有效緩解鹽脅迫下黃瓜幼苗水勢(shì)的變化。

2.5?腐胺浸種對(duì)Ca（NO3）2脅迫下黃瓜幼苗電解質(zhì)滲透率的影響

由圖4可以看出，與CK相比，Ca（NO3）2處理的‘津春2號(hào)黃瓜幼苗葉片和根的相對(duì)電導(dǎo)率均顯著升高，分別增加123.12%和284.73%;而Put+Ca（NO3）2處理的葉片和根的相對(duì)電導(dǎo)率分別較Ca（NO3）2處理顯著降低36.05%和21.77%。Ca（NO3）2處理下‘津研四號(hào)黃瓜幼苗的葉片和根的相對(duì)電導(dǎo)率比CK分別增加65.49%和133.17%;而Put+Ca（NO3）2處理的幼苗葉片和根相對(duì)電導(dǎo)率與Ca（NO3）2處理相比均顯著降低，降幅達(dá)33.99%和22.42%。表明腐胺浸種可有效緩解Ca（NO3）2脅迫下黃瓜幼苗相對(duì)電導(dǎo)率升高的趨勢(shì)。

2.6?腐胺浸種對(duì)Ca（NO3）2脅迫下黃瓜幼苗丙二醛（MDA）含量的影響

由圖5看出，Ca（NO3）2處理的‘津春2號(hào)黃瓜幼苗葉片和根中的丙二醛含量均顯著升高，較對(duì)照分別增長(zhǎng)167.05%和44.71%;與Ca（NO3）2處理相比，Put+Ca（NO3）2處理的‘津春2號(hào)黃瓜幼苗葉片和根中的丙二醛含量分別降低35.75%和82.69%，差異達(dá)顯著水平。與CK相比，Ca（NO3）2處理的‘津研四號(hào)黃瓜幼苗葉片和根中的丙二醛含量升高，分別增加184.64%和59.34%;Put+Ca（NO3）2處理的‘津研四號(hào)黃瓜幼苗葉片和根中的丙二醛含量較Ca（NO3）2處理分別顯著降低57.80%和45.28%。表明腐胺浸種可有效緩解鹽脅迫下黃瓜幼苗體內(nèi)丙二醛含量的升高。

3?討論

土壤次生鹽漬化是設(shè)施農(nóng)業(yè)面臨的主要問(wèn)題之一，鹽脅迫嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育和能量代謝[7]。有研究發(fā)現(xiàn)，多胺與植物的生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成和脅迫反應(yīng)等密切相關(guān)[8]。逆境中，多胺含量和比例的變化可促進(jìn)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[9]，提高植物抗氧化酶活性[10]，清除活性氧[11]，顯著提高植物抗逆性。同時(shí)，外源多胺處理可以有效緩解鹽脅迫造成的植物損傷[12]，這與本試驗(yàn)結(jié)果相一致。

本試驗(yàn)中，外源腐胺浸種處理有效緩解了鹽脅迫下‘津研四號(hào)黃瓜幼苗株高、干重和鮮重的降低，同時(shí)促進(jìn)‘津春2號(hào)黃瓜幼苗干、鮮重的積累。研究發(fā)現(xiàn)，施加低濃度硝酸鈣可促進(jìn)植物生物量的積累[13]，而75 mmol/L 高濃度Ca（NO3）2處理中，外源腐胺浸種對(duì)黃瓜幼苗生物量積累的促進(jìn)作用可能是腐胺浸種促進(jìn)黃瓜幼苗對(duì)硝酸鈣吸收利用的緣故。

葉綠素是重要的光合色素，其含量和比例在一定程度上能反映植物同化能力[14]。研究表明，鹽脅迫下葉綠素降解酶活性提高，葉片葉綠素含量顯著降低[15]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，鹽脅迫處理下黃瓜幼苗葉片葉綠素含量上升，腐胺浸種卻使其含量降低。推測(cè)原因可能是腐胺浸種一方面可促進(jìn)幼苗葉片快速生長(zhǎng)，降低葉綠素在葉片中的相對(duì)積累;另一方面，多胺易與葉綠素分子和蛋白質(zhì)分子產(chǎn)生電性相吸，保護(hù)葉綠素分子和結(jié)合態(tài)蛋白的結(jié)構(gòu)，促使類囊體膜穩(wěn)定性提高[6]，導(dǎo)致葉綠素難以提取。

鹽脅迫下黃瓜幼苗水勢(shì)顯著降低，而腐胺浸種有效緩解了該趨勢(shì)。一方面，腐胺作為小分子滲透性溶質(zhì)，能夠進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，減少植物組織水勢(shì)的下降;另一方面，多胺能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞膜離子通道和細(xì)胞質(zhì)Ca2+濃度來(lái)緩解鹽脅迫傷害[16]。相對(duì)電導(dǎo)率變化與水勢(shì)相對(duì)應(yīng)，外源腐胺有效降低了鹽脅迫造成的相對(duì)電導(dǎo)率升高，這與王強(qiáng)等[17]的試驗(yàn)結(jié)果一致。

鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧代謝紊亂，引起MDA含量上升。研究發(fā)現(xiàn)多胺含量變化能影響植物對(duì)逆境的抗性[18]。本試驗(yàn)通過(guò)外源腐胺浸種來(lái)影響植物體內(nèi)多胺的代謝，有效緩解逆境造成的膜脂過(guò)氧化傷害，這與孟德云等[19]的試驗(yàn)結(jié)果一致，表明腐胺浸種有效提高了鹽脅迫下黃瓜幼苗的耐鹽性。

4?結(jié)論

綜上所述，75 mmol/L Ca（NO3）2脅迫抑制黃瓜幼苗的正常生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)耐鹽性較弱的‘津春2號(hào)黃瓜幼苗的傷害更顯著。0.5 mmol/L外源腐胺浸種處理可顯著提高Ca（NO3）2脅迫條件下的黃瓜幼苗生物量的積累，抑制植物水勢(shì)的降低，維持光合色素含量的穩(wěn)定，減輕葉片和根系的膜脂過(guò)氧化程度，緩解Ca（NO3）2脅迫對(duì)黃瓜幼苗的傷害，而在緩解效果上，對(duì)‘津春2號(hào)黃瓜幼苗的緩解作用更明顯。

參?考?文?獻(xiàn)：

[1]?陳花， 王建武， 王建軍， 等. 外源NO對(duì)鹽脅迫下沙打旺種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響[J]. 草業(yè)科學(xué)， 2017， 34（7）： 1459-1468.

[2] 楊春霞， 張艷， 李彩虹， 等. 寧夏設(shè)施土壤鹽分離子組成及含量變化特點(diǎn)[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2014， 23（1）： 201-206.

[3] 張乃元. 鹽脅迫下外源亞精胺對(duì)菊花幼苗的保護(hù)機(jī)制[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2016.

[4] 李雅潔， 陸曉民. 腐胺對(duì)硝酸鈣脅迫下黃瓜幼苗生長(zhǎng)、抗氧化系統(tǒng)及光合作用的影響[J]. 北方園藝， 2017（3）： 5-10.

[5] 余燕. 多胺對(duì)小麥耐鋁性的調(diào)控作用及其機(jī)理[D]. 杭州：浙江大學(xué)， 2016.

[6] 張潤(rùn)花， 郭世榮， 段增強(qiáng). 外源腐胺對(duì)鹽脅迫黃瓜幼苗生長(zhǎng)、光合及膜脂過(guò)氧化的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2011， 27（4）： 836-841.

[7] Negro S，Schmckel S M，Tester M. Evaluating physiological responses of plants to salinity stress[J]. Annals of Botany， 2017， 119（1）： 1-11.

[8] Sequera-Mutiozabal M， Antoniou C， Tiburcio A F， et al. Polyamines： emerging hubs promoting drought and salt stress tolerance in plants[J]. Current Molecular Biology Reports， 2017， 3（1）： 28-36.

[9] 杜靜. 外源亞精胺提高黃瓜幼苗Ca（NO3）2脅迫耐性的蛋白質(zhì)組和生理機(jī)制研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2016.

[10]劉南清， 林紹艷， 沈益新. 外源腐胺與亞精胺提高假儉草低溫脅迫耐受性的研究[J]. 草地學(xué)報(bào)， 2019， 27（3）： 603-611.

[11]李樹(shù)成. 結(jié)縷草耐鹽種質(zhì)篩選與外源亞精胺提高耐鹽性的研究[D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2018.

[12]袁穎輝. 腐胺緩解黃瓜植株鹽脅迫傷害的生理和蛋白質(zhì)基礎(chǔ)[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2017.

[13]賈慧慧， 王素娜， 古東月， 等. 硝酸鈣脅迫下番茄耐鹽砧木品種的篩選[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2019， 28（8）： 1302-1308.

[14]程玉靜， 郭世榮， 束勝， 等. 外源硝酸鈣對(duì)鹽脅迫黃瓜幼苗生長(zhǎng)和光合作用的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2012， 24（4）： 38-41，45.

[15]蘇蘭茜， 白亭玉， 魚歡， 等. 鹽脅迫對(duì)2種菠蘿蜜屬植物幼苗生長(zhǎng)及光合熒光特性的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2019， 52（12）： 2140-2150.

[16]向玥如， 史端甫， 馮懷章， 等. 多胺參與植物逆境響應(yīng)過(guò)程的作用機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2014（2）： 19-22.

[17]王強(qiáng)， 尹相博. 不同種類外源多胺緩解大豆鹽脅迫傷害的研究[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2014， 43（4）： 48-50，55.

[18]孫琳琳. 鹽脅迫下葡萄苗體內(nèi)多胺類物質(zhì)及相關(guān)內(nèi)源激素代謝變化規(guī)律研究[D]. 石河子：石河子大學(xué)， 2018.

[19]孟德云， 侯林琳， 楊莎， 等. 外源多胺對(duì)盆栽花生鹽脅迫的緩解作用[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào)， 2015， 39（12）： 1209-1215.