外源BR對(duì)不同鹽脅迫下番茄幼苗生長(zhǎng)及生理抗性的影響

李碩　張毅　姚棋　張淵博　侯雷平　石玉

摘要：以外源油菜素內(nèi)酯（BR）對(duì)150 mmol/L NaCl和100 mmol/L Ca（NO3）2脅迫（滲透勢(shì)相等）下的番茄幼苗進(jìn)行葉面噴施處理，測(cè)定植株地上部和地下部干重、根冠比、葉綠素含量、Pn、MDA含量等指標(biāo)，探究外源BR對(duì)不同鹽脅迫下番茄幼苗生長(zhǎng)及生理抗性的影響。結(jié)果表明，鹽脅迫顯著抑制番茄幼苗地上部干物質(zhì)積累，Pn均顯著降低，脅迫后期膜脂過氧化水平均呈不同程度升高，且Ca（NO3）2脅迫下植株的根冠比顯著增加，NaCl脅迫下葉綠素含量顯著降低;同時(shí)，Ca（NO3）2脅迫下，番茄幼苗地下部干重和葉綠素含量均顯著高于對(duì)照。外源BR顯著提高了鹽脅迫植株的地上部和地下部干重、葉綠素含量和Pn，但其對(duì)不同鹽脅迫下膜脂過氧化傷害的緩解效應(yīng)因部位而異。由此可知，外源BR對(duì)等滲條件下不同鹽脅迫造成的番茄幼苗生長(zhǎng)受抑均有緩解作用，但對(duì)光合碳同化、葉綠素積累的調(diào)控效應(yīng)存在一定差異。

關(guān)鍵詞：番茄幼苗;外源BR;等滲鹽脅迫;生理抗性;生長(zhǎng)發(fā)育

中圖分類號(hào)：S641.201文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2019）10-0050-05

Effects of Exogenous BR on Growth and Physiological Resistance of

Tomato Seedlings under Different Salt Stresses

Li Shuo， Zhang Yi， Yao Qi， Zhang Yuanbo， Hou Leiping， Shi Yu

（College of Horticulture Science， Shanxi Agricultural University/ Collaborative Innovation Center of Quality

and Profit Improvement for Protected Vegetables of Shanxi Province， Taigu 030801， China）

Abstract Exogenous brassinolide （BR） was sprayed on the leaves of tomato seedlings which were respectively exposed to the stresses of 150 mmol/L NaCl and 100 mmol/L Ca（NO3）2? with equal osmotic potential. And the dry weight of shoot and root of tomato seedlings， the root-shoot ratio， chlorophyll content， Pn and MDA content were measured to study the effects of exogenous BR on physiological resistance of tomato seedlings under different salt stresses. The results showed that the aboveground dry weight accumulation of tomato seedlings were significantly inhibited， Pn decreased significantly， and the membrane lipid peroxidation increased to different degrees at the late stress stage. The dry weight root-shoot ratio under Ca（NO3）2 stress? increased significantly. The chlorophyll content decreased significantly under NaCl stress. The dry weight of root and chlorophyll content of tomato seedlings were significantly higher than those of the control under Ca（NO3）2 stress. Exogenous BR significantly increased the dry weight of above-ground and under-ground parts， chlorophyll content and Pn of salt-stressed plants， but its alleviation effect on membrane lipid peroxidation injury under different salt stresses varied from site to site. These results indicated that exogenous BR could alleviate the growth inhibition of tomato seedlings caused by different salt stresses with equal osmotic potential， and there were some certain differences in the regulation effect on photosynthetic carbon assimilation and chlorophyll accumulation.

Keywords Tomato seedlings;Exogenous BR;Equal osmotic salt stress;Physiological resistance; Growth and development

土壤次生鹽漬化已成為當(dāng)前設(shè)施栽培中極難克服的影響作物生產(chǎn)的限制因素之一。土壤鹽分過高對(duì)植物造成離子毒害和滲透脅迫效應(yīng)[1]，作用于一系列生理過程影響植物生長(zhǎng)發(fā)育。由于不合理的施肥措施和灌溉模式，設(shè)施栽培中土表鹽分集聚過多，積累的主要陽離子為Ca2+、主要陰離子為NO3-[2]。但植物生長(zhǎng)過程中對(duì)Ca2+、NO3-的需求量相對(duì)較大，Ca（NO3）2積累在設(shè)施栽培中往往扮演著礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)供給和脅迫傷害誘因[3]的雙重角色。關(guān)于蔬菜作物的鹽脅迫效應(yīng)已有研究且多集中在NaCl上，不能準(zhǔn)確反映設(shè)施土壤次生鹽漬化對(duì)蔬菜作物的傷害機(jī)理。

油菜素內(nèi)酯（BR）被稱為“第六大植物激素”[4]，在植物體內(nèi)含量極低，但生物活性極高，具有促進(jìn)種子萌發(fā)、細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)、生殖生長(zhǎng)等有益作用，尤其在逆境脅迫下可提高植株的抗性。研究發(fā)現(xiàn)，噴施不同濃度的外源BR可提高作物光合酶活性[5]、羧化效率及Rubisco含量[6]，介導(dǎo)離子的吸收與分配[7，8]，促進(jìn)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)[9]，影響植株抗氧化特性[10]和滲透調(diào)節(jié)能力[8]。但關(guān)于設(shè)施土壤次生鹽漬化對(duì)植株生長(zhǎng)的影響，及外源BR對(duì)Ca2+、Na+、NO3-、Cl-不同鹽分積累的差異調(diào)控效應(yīng)還不是很清楚。

本試驗(yàn)以番茄品種“Money Maker”為試材，采用營(yíng)養(yǎng)液栽培，分別添加150 mmol/L NaCl和100 mmol/L Ca（NO3）2模擬等滲透勢(shì)的鹽脅迫環(huán)境，測(cè)定不同鹽脅迫下番茄植株的干重、根冠比、葉綠素含量、凈光合速率（Pn）及丙二醛（MDA）含量，研究外源BR對(duì)等滲鹽脅迫下番茄幼苗生長(zhǎng)的緩解效應(yīng)，以期為外源BR增強(qiáng)不同鹽脅迫下番茄的耐受性、減輕設(shè)施土壤鹽漬化對(duì)番茄生長(zhǎng)發(fā)育傷害的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與處理

試驗(yàn)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝站進(jìn)行，供試番茄品種為“Money Maker”。油菜素內(nèi)酯（BR）購自上海源葉生物公司。選取籽粒良好的番茄種子，浸種催芽后播于裝有復(fù)合基質(zhì)的穴盤中，待幼苗長(zhǎng)至三片真葉時(shí)，定植于1/2倍劑量日本山崎番茄配方營(yíng)養(yǎng)液。緩苗5天后，葉面噴0.1 μmol/L BR或蒸餾水，隔天噴施一次，第二次噴施當(dāng)天進(jìn)行鹽脅迫處理。

本試驗(yàn)以山崎番茄配方營(yíng)養(yǎng)液栽培，共設(shè)置6個(gè)處理：（1）CK，正常栽培+葉面噴蒸餾水;（2）CK+BR，正常栽培+葉面噴0.1 μmol/L BR;（3）Na，營(yíng)養(yǎng)液添加150 mmol/L NaCl+葉面噴蒸餾水;（4）Na+BR，營(yíng)養(yǎng)液添加150 mmol/L NaCl+葉面噴0.1 μmol/L BR;（5）Ca，營(yíng)養(yǎng)液添加100 mmol/L Ca（NO3）2+葉面噴蒸餾水;（6）Ca+BR，營(yíng)養(yǎng)液添加100 mmol/L Ca（NO3）2+葉面噴0.1 μmol/L BR。經(jīng)VAPRO 5600露點(diǎn)滲透壓儀測(cè)定，150 mmol/L NaCl與100 mmol/L Ca（NO3）2溶液滲透勢(shì)相等，均為-0.97 MPa。分別在鹽脅迫處理第1、3、5天取樣，液氮速凍番茄植株功能葉及根系，超低溫冰箱保存，用以測(cè)定葉綠素、膜脂過氧化相關(guān)指標(biāo)，并測(cè)定處理第5天時(shí)植株干重及凈光合速率。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

取樣時(shí)將植株地上、地下部分開，烘干，稱干重;用80%丙酮浸提測(cè)定番茄葉片葉綠素含量[11];用便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)（Li-6400，USA）測(cè)定凈光合速率（Pn）;采用硫代巴比妥酸（TBA）法測(cè)定丙二醛（MDA）含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，并用Microsoft Excel繪制表格或作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源BR對(duì)不同鹽脅迫下番茄幼苗干重的影響

由圖1可知，與對(duì)照相比，鹽脅迫處理抑制了番茄植株地上部干物質(zhì)積累，Na處理地上部干重降幅為45.33%，Ca處理地上部干重降幅為18.59%，均達(dá)顯著水平。Na處理也顯著抑制了地下部干物質(zhì)積累，但Ca處理顯著增加了地下部干物質(zhì)積累。外源BR處理，在對(duì)照處理中影響不顯著，但均可顯著促進(jìn)鹽脅迫下地上部、地下部干物質(zhì)積累。在NaCl脅迫和Ca（NO3）2脅迫下，與單獨(dú)鹽脅迫相比，添加外源BR可使地上部干重分別顯著升高41.03%、23.26%，地下部干重分別顯著升高75.12%、11.00%。

2.2 外源BR對(duì)不同鹽脅迫下番茄幼苗根冠比的影響

由圖2可知，與對(duì)照相比，鹽脅迫下番茄植株根冠比均升高。在Na、Na+BR、Ca、Ca+BR處理中，根冠比增幅分別達(dá)15.47%、41.71%、79.44%、63.71%。Ca處理根冠比顯著高于Na處理。

2.3 外源BR對(duì)不同鹽脅迫下番茄葉片葉綠素含量的影響

由表1可知，與對(duì)照相比，在NaCl脅迫第5天時(shí)，Na處理葉綠素a和b含量降幅分別為34.30%、26.06%，Na+BR處理葉綠素a和b含量降幅分別為23.08%、16.95%。NaCl處理的類胡蘿卜素含量均低于對(duì)照，且隨處理時(shí)間延長(zhǎng)，降幅逐漸增大。與對(duì)照相比，在Ca（NO3）2脅迫下，番茄幼苗葉綠素a、b含量積累增多，脅迫第5天時(shí)，與對(duì)照相比，Ca處理葉綠素a和b含量增幅分別為16.01%、12.71%，Ca+BR處理葉綠素a和b含量增幅分別為16.91%、14.83%，均差異顯著。脅迫第3、5天時(shí)，NaCl脅迫顯著降低了番茄幼苗的葉綠素a/b，而Ca（NO3）2脅迫下葉綠素a/b值與對(duì)照無顯著差異，表明Ca（NO3）2脅迫下番茄幼苗仍具有較高的光合能力。

2.4 外源BR對(duì)不同鹽脅迫下番茄幼苗葉片凈光合速率的影響

由圖3發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，鹽脅迫下番茄植株的凈光合速率均顯著降低，Na處理凈光合速率降低了35.00%，Ca處理凈光合速率降低了36.51%;施加外源BR后，CK+BR處理與對(duì)照處理相比，凈光合速率顯著升高21.41%;與單獨(dú)鹽脅迫相比，Na+BR、Ca+BR處理凈光合速率分別升高24.07%、33.57%，差異達(dá)顯著性水平。

2.5 外源BR對(duì)不同鹽脅迫下番茄幼苗丙二醛含量的影響

由圖4可知，在番茄葉片中，與Ca處理相比，Ca+BR處理在第3、5天時(shí)MDA含量均顯著降低，降幅分別達(dá)21.54%、18.35%;而NaCl脅迫下，外源BR處理后，隨處理時(shí)間延長(zhǎng)，MDA含量逐漸增加，脅迫第5天時(shí)差異顯著。在根系中，與對(duì)照、NaCl、Ca（NO3）2處理相比，外源BR處理3天時(shí)，MDA含量分別降低36.81%、36.00%、24.15%;處理第5天時(shí)，MDA含量分別降低11.49%、11.91%、12.27%，均差異顯著。

3 討論

設(shè)施栽培模式單一、環(huán)境密閉、大量施肥等造成土壤鹽分累積，形成土壤次生鹽漬化，致使植株表現(xiàn)出生物量降低，葉綠體結(jié)構(gòu)受損，抑制植株光合作用能力[12]，影響植株正常的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程。大量研究得出，NaCl、NaHCO3等鹽堿脅迫抑制番茄光合作用能力[13]、破壞大豆的葉綠體結(jié)構(gòu)[14]，均呈現(xiàn)出鹽脅迫抑制植株生物量積累，本研究結(jié)果與其一致。與對(duì)照相比，不同鹽脅迫均降低番茄幼苗地上部干物質(zhì)積累[15]，且NaCl脅迫的抑制程度強(qiáng)于Ca（NO3）2。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，非鹽脅迫下施用外源BR，番茄幼苗植株干重與對(duì)照相比均無顯著變化;但在NaCl脅迫和Ca（NO3）2脅迫下，外源BR施用均顯著促進(jìn)番茄幼苗干重增加，促進(jìn)番茄幼苗生物量積累，這與聶文婧等[10]在黃瓜中的研究結(jié)果一致。同時(shí)，由根冠比得知，鹽脅迫處理抑制了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)由根系向地上部的運(yùn)輸，促進(jìn)番茄根系生物量積累。植物體內(nèi)的水分代謝參與眾多生物合成過程，Ca（NO3）2脅迫致使植株生理失水嚴(yán)重[16]，抑制根系向地上部的水分運(yùn)輸，Ca+BR處理則改善了植株的水分運(yùn)輸狀況[17]，地上部的生物量合成增加，表明外源BR有利于改善鹽脅迫下番茄幼苗的水分代謝調(diào)控。

葉綠素含量可反映植株光合作用能力的強(qiáng)弱[18]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨處理時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)照及Ca處理葉綠素總量變化呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，而NaCl脅迫下，葉綠素含量呈明顯降低趨勢(shì)，且與其他處理相比，差異顯著。表明NaCl脅迫顯著破壞了葉綠體結(jié)構(gòu)，葉綠素a、b含量降低。Ca（NO3）2脅迫對(duì)葉綠素?zé)o明顯的破壞作用，反而由于鹽濃度升高引起的生理干旱帶來濃縮效應(yīng)[19]，使葉綠素含量相對(duì)升高。在脅迫處理第5天時(shí)，外源BR處理可提高對(duì)照及不同鹽脅迫處理番茄幼苗葉片葉綠素含量，與凈光合速率變化規(guī)律一致，表明外源BR處理可促進(jìn)番茄植株的葉綠素合成，并減緩鹽脅迫對(duì)葉綠素的破壞作用，有利于維持植株的光合作用能力，促進(jìn)植株干物質(zhì)積累。但在本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，雖然Ca（NO3）2脅迫下葉綠素含量、葉綠素a/b升高，但Pn與對(duì)照相比顯著降低且與NaCl脅迫植株無顯著差異，由此推測(cè)，Ca（NO3）2脅迫可能通過對(duì)光合作用相關(guān)酶活性及水分代謝過程的調(diào)節(jié)，抑制番茄植株的凈光合速率。

逆境脅迫打破植株的活性氧代謝平衡，進(jìn)而發(fā)生氧化脅迫。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)噴施外源BR對(duì)番茄根系丙二醛含量積累的調(diào)控作用顯著，與單獨(dú)鹽脅迫相比，顯著降低MDA積累，這與寇江濤等[20]在苜蓿中的研究結(jié)果一致。而葉片中，在CK及CK+BR處理中，MDA含量變化較小;在等滲鹽脅迫下，NaCl脅迫對(duì)番茄植株的傷害程度明顯強(qiáng)于Ca（NO3）2脅迫，外源BR對(duì)Ca（NO3）2脅迫的調(diào)控作用強(qiáng)于NaCl脅迫，顯著降低了MDA積累。表明在一定的傷害范圍內(nèi)，外源BR可有效緩解鹽脅迫帶來的膜脂過氧化傷害程度。

4 結(jié)論

等滲條件下不同鹽脅迫處理均抑制番茄幼苗生長(zhǎng)，且NaCl脅迫的抑制程度顯著強(qiáng)于Ca（NO3）2脅迫。外源BR處理對(duì)番茄生長(zhǎng)調(diào)控作用明顯，可顯著促進(jìn)植株干物質(zhì)積累，促進(jìn)對(duì)照及NaCl脅迫下根冠比升高;隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，明顯降低不同鹽脅迫下番茄根系MDA含量及Ca（NO3）2脅迫下番茄葉片中MDA含量的積累，緩解番茄膜脂過氧化傷害程度。外源BR可促進(jìn)鹽脅迫下番茄葉片葉綠素含量積累，增強(qiáng)植株的光合作用能力，進(jìn)而促進(jìn)其干物質(zhì)積累?？芍?，外源BR對(duì)等滲條件下不同鹽脅迫處理番茄幼苗生長(zhǎng)的抑制效應(yīng)均有緩解作用，但對(duì)不同鹽脅迫下番茄幼苗光合碳同化、葉綠素積累的調(diào)控機(jī)理存在差異。

參 考 文 獻(xiàn)：

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收稿日期：2019-06-19

基金項(xiàng)目：旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（CSBAA2017004）;國(guó)家自然科學(xué)基金青年科研基金項(xiàng)目（31501807，31501750，31501806）

作者簡(jiǎn)介：李碩（1993—），男，碩士，主要從事設(shè)施蔬菜栽培生理研究。E-mail： lishuo9025@163.com

通訊作者：石玉（1983—），女，博士，副教授，主要從事設(shè)施蔬菜栽培生理研究。E-mail： ayu-shi@163.com