水楊酸對(duì)NaCl脅迫樟子松抗氧化酶活性及MDA含量的影響

馮海華

（山西省林木育種研究中心，山西 太原 030031）

由于人們不恰當(dāng)?shù)氖┓室约巴寥拦芾矸绞剑瑢?dǎo)致了很多地區(qū)土壤發(fā)生鹽堿化，土壤肥力降低，使得樹木幼苗生長(zhǎng)緩慢甚至死亡[1]。目前我國鹽堿地面積一直呈現(xiàn)出增加的變化，在很多地區(qū)成為了作物生產(chǎn)和林木育苗的限制因素[2]。樟子松是一種在山區(qū)造林和城市園林綠化中應(yīng)用比較廣泛的針葉樹木之一，部分研究表明樟子松成年樹具有一定的耐鹽能力，但是幼苗耐鹽能力較差，土壤的鹽堿化嚴(yán)重影響了樟子松育苗和山地造林工作[3-4]。因此，研究提高樟子松苗木抗鹽機(jī)制對(duì)指導(dǎo)育苗實(shí)踐具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。水楊酸是植物體內(nèi)重要的抗逆信號(hào)分子，通過影響離子的跨膜運(yùn)輸影響植物的水分代謝活動(dòng)，對(duì)改善植物耐鹽性具有重要作用[5]。Horváth研究認(rèn)為，水楊酸主要作為非生物脅迫的信號(hào)分子，通過改變植物生理代謝途徑提高抗逆性[6]；Ashraf認(rèn)為水楊酸通過改變植物體內(nèi)生理活性物質(zhì)含量，提高植物耐鹽性[7]；Hayat研究認(rèn)為，通過外源水楊酸同樣可以提高植物耐鹽性[8]；Jayakannan認(rèn)為，水楊酸提高植物耐鹽性的機(jī)理是通過影響植物離子吸收和調(diào)節(jié)超氧陰離子代謝系統(tǒng)活性提高耐鹽性[9]；朱廣龍[10]研究認(rèn)為，外源水楊酸提高了高梁幼苗內(nèi)的保護(hù)酶活性，有效緩解了鹽脅迫對(duì)高梁幼苗的傷害。從前人的相關(guān)研究結(jié)果來看，水楊酸已經(jīng)應(yīng)用于多種作物耐鹽研究中，但是目前尚未見到外源水楊酸在樟子松抗鹽育苗中應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道。本文以此為契機(jī)，通過分析外源水楊酸對(duì)NaCl脅迫下樟子松抗氧化酶活性及MDA含量的影響規(guī)律，探討水楊酸提高樟子松抗鹽生理機(jī)制，為其育苗中進(jìn)行抗鹽化學(xué)調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)時(shí)間為2019年3～10月，試驗(yàn)地點(diǎn)為山西省林木育種研究中心實(shí)驗(yàn)苗圃內(nèi)，試驗(yàn)所選樟子松為2a生實(shí)生苗。2017年3月于山西省林木育種研究中心試驗(yàn)田內(nèi)在育苗缽中采用播種方式育苗，2017年6月，將生長(zhǎng)發(fā)育正常的幼苗移栽至高32cm，口徑30cm的塑料盆中。塑料盆中的營養(yǎng)土用腐殖土∶園土∶蛭石∶河沙按照 3∶2∶1∶1 的比例混合均勻配置而成。待緩苗結(jié)束后，將苗木放置于自然狀態(tài)下生長(zhǎng)，人工養(yǎng)護(hù)，防止出現(xiàn)旱澇災(zāi)害。2018年3月，將塑料盆按照長(zhǎng)×寬為30cm×30cm距離擺放整齊，每盆澆灌300mL的Hoagland營養(yǎng)液，然后自然狀態(tài)下生長(zhǎng)1a。2019年2月末，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的苗木搬運(yùn)至苗圃空地上，按照株行距為30cm×40cm距離擺放整齊，然后進(jìn)行鹽脅迫和水楊酸處理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理，其中T1為對(duì)照：3月10日每株澆灌300mL的Hoagland 營養(yǎng)液，5～9月每月10～11日下午18：00每株噴施30mL蒸餾水；T2為NaCl脅迫處理：用Hoagland 營養(yǎng)液配置0.5%的NaCl溶液，3月10日每株澆灌300mL，5～9月每月10～11日下午18：00每株噴施30mL蒸餾水；T3為NaCl+SA處理：用Hoagland 營養(yǎng)液配置0.5%的NaCl溶液，3月10日每株澆灌300mL，5～9月每月10～11日下午18：00每株噴施30mL 1.0mmol/L的水楊酸；T4為 SA處理：3月 10日每株澆灌300mL的Hoagland 營養(yǎng)液，5～9月每月10～11日下午18：00每株噴施30mL 1.0mmol/L的水楊酸。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)土壤澆灌完苗木后，將其搬運(yùn)至全日光遮雨棚中，夏季防止降雨影響。整個(gè)試驗(yàn)期間，為防止發(fā)生旱澇脅迫進(jìn)行人工澆水，所有處理每次澆水量相同。每處理共20盆，3次重復(fù)，不同處理在遮雨棚中隨機(jī)排列。

1.3 試驗(yàn)取樣及測(cè)定項(xiàng)目

分別于5～9月每個(gè)月15日到防雨棚中取樣，每處理隨機(jī)選擇3株樟子松苗木，將全部葉片摘取后放置于自封袋中，然后放在帶有冰塊的保溫箱中，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，沖洗干凈后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。其中SOD活性測(cè)定采用NBT光化還原法[11]，POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[11]，CAT活性測(cè)定采用紫外吸收法[11]，MDA含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[11]。每項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定3次，取平均值作為最后結(jié)果。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理以及圖表制作使用Excel2010版軟件，方差分析使用DPS7.05版軟件。

圖1 水楊酸對(duì)NaCl脅迫下樟子松SOD活性的影響

2 結(jié)果與分析

2.1 水楊酸對(duì)NaCl脅迫下樟子松SOD活性的影響

由圖1可知：5～8月，T2 SOD活性分別高于對(duì)照 9.88、11.95、7.00、6.80U/g，差異顯著，說明 NaCl脅迫顯著提高了樟子松葉片內(nèi)SOD活性；9月T2僅高于對(duì)照3.92U/g，無顯著差異，表明NaCl脅迫在9月對(duì)SOD活性影響不顯著。5～9月，T3始終處于最高值，T3與T2相比分別提高了5.59%、7.19%、10.49%、6.22%、6.48%，差異顯著，說明水楊酸可以有效提高生長(zhǎng)季節(jié)NaCl脅迫下樟子松葉片內(nèi)的SOD 活性；5～9 月 T3 分別高于 T1 15.88、19.03、16.07、12.74、10.30U/g，差異顯著，說明水楊酸處理與T1相比同樣顯著提高了樟子松SOD活性。5～9月，T4分別高于 T1 處理 3.88、2.23、2.04、1.69、0.73U/g，無顯著差異，說明水楊酸對(duì)SOD活性影響較小。

2.2 水楊酸對(duì)NaCl脅迫下樟子松POD活性的影響

由圖2可知：樟子松POD活性隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢(shì)，不同處理對(duì)POD活性的影響存在差異。整個(gè)試驗(yàn)期間，T3處理POD活性始終處于最高值，與對(duì)照相比分別提高了 112.84%、94.24%、36.67%、40.23%、33.03%，差異顯著；5～9 月，T2 分別高于對(duì)照 5.14、6.72、5.73、4.83、4.00U/g，差異顯著，說明 NaCl脅迫導(dǎo)致樟子松POD活性增加；T3分別比T2提高了53.86%、38.58%、16.25%、19.32%、13.75%，差異顯著，說明水楊酸與單純NaCl脅迫處理相比顯著提高了樟子松葉片內(nèi)的POD活性。5～9月，T4分別高于T1處理1.89、1.64、0.99、0.92U/g，無顯著差異，說明單純噴施水楊酸對(duì)POD活性影響較小。整個(gè)試驗(yàn)期間，T4均顯著低于T3處理，說明在相同水楊酸處理下，NaCl脅迫顯著提高了樟子松POD活性。

圖2 水楊酸對(duì)NaCl脅迫下樟子松POD活性的影響

2.3 水楊酸對(duì)NaCl脅迫下樟子松CAT活性的影響

由圖3可知：樟子松CAT活性在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢(shì)，不同處理之間存在顯著差異。5～9月，T2分別比對(duì)照提高了48.36%、39.28%、28.12%、22.55%、22.03%，差異顯著，說明 Na－Cl脅迫會(huì)導(dǎo)致樟子松CAT活性顯著升高；T3處理整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)均處于最高值，與對(duì)照相比分別提高了120.70%、95.22%、55.41%、41.34%、46.28%，差異顯著，T3分別高于 T2處理 48.76%、40.17%、21.30%、15.33%、19.87%，差異顯著，說明水楊酸有利于NaCl脅迫下樟子松CAT活性顯著升高；T4與對(duì)照無顯著差異，說明水楊酸對(duì)樟子松CAT活性影響效果不明顯。T4顯著低于T3處理，說明在相同水楊酸處理?xiàng)l件下，NaCl脅迫仍然會(huì)顯著提高樟子松CAT活性。

圖3 水楊酸對(duì)NaCl脅迫下樟子松CAT活性的影響

2.4 水楊酸對(duì)NaCl脅迫下樟子松MDA含量的影響

由圖4可知：5～9月，T2處理始終處于最高值，與對(duì)照相比分別提高了13.32%、15.67%、17.36%、35.69%、22.79%，差異顯著，說明NaCl脅迫顯著提高了樟子松葉片內(nèi)MDA含量，也說明該濃度的Na－Cl使樟子松受到了一定的傷害。T3分別低于T2處理 4.95%、11.56%、9.32%、12.66%、9.30%，6～8月 T3與T2處理之間差異顯著，說明水楊酸在這3個(gè)月份可以顯著緩解NaCl脅迫導(dǎo)致的膜脂過氧化作用，同時(shí)5、9月兩個(gè)處理之間無顯著差異，說明水楊酸在這兩個(gè)月份同樣緩解了NaCl脅迫對(duì)樟子松的傷害，但是效果未達(dá)到顯著水平。5～9月T3分別高于對(duì)照 5.21、1.21、2.92、5.83、4.87μmol/g，除 8 月份之外，兩個(gè)處理之間無顯著差異，說明T3樟子松MDA含量在5、6、7、9月與對(duì)照相比處于同一水平。T4與對(duì)照之間無顯著差異，說明單純噴施水楊酸并未對(duì)樟子松MDA含量產(chǎn)生顯著影響。

圖4 水楊酸對(duì)NaCl脅迫下樟子松MDA含量的影響

3 討論

NaCl脅迫下，植物體會(huì)產(chǎn)生較多的活性氧，包括超氧陰離子和過氧化氫，如果植物體不能及時(shí)清除便會(huì)導(dǎo)致膜系統(tǒng)受到傷害，進(jìn)而影響植物正常代謝活動(dòng)的進(jìn)行[12]。為清除多余超氧陰離子的危害，植物體內(nèi)保護(hù)酶活性會(huì)升高，從而提高和抗壞血酸-谷胱甘肽系統(tǒng)代謝能力，降低活性氧含量，維持植物體正常代謝活動(dòng)的進(jìn)行[13]。水楊酸與植物活性氧代謝有直接的關(guān)系，Horváth認(rèn)為水楊酸主要通過兩種方式清除植物體多余的活性氧，一是直接清除，二是通過提高保護(hù)酶活性如SOD、POD、CAT用于清除活性氧，從而會(huì)緩解植物鹽脅迫下的傷害[6]。外源水楊酸的受體是植物體內(nèi)的CAT，并且外源水楊酸又是CAT單電子的供體底物，所以適宜濃度的外源水楊酸可以顯著提高植物體內(nèi)CAT活性[14]。CAT活性的升高誘導(dǎo)了植物體內(nèi)SOD、POD活性升高，加速了活性氧代謝效率，從而有利于植物體MDA含量降低[15]。從本試驗(yàn)研究結(jié)果來看，NaCl脅迫與對(duì)照相比顯著提高了樟子松SOD、POD、CAT活性，這與范鑫[16]的研究結(jié)果相似，說明NaCl脅迫使樟子松細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生了較多的有害物質(zhì)，導(dǎo)致了活性氧清除系統(tǒng)顯著升高，以緩解NaCl脅迫造成的傷害。NaCl+水楊酸與單純NaCl脅迫處理相比提高了保護(hù)酶活性，這與WANG[17]的研究結(jié)果相似，說明外源水楊酸通過提高保護(hù)酶活性，促進(jìn)了AsA-GSH代謝系統(tǒng)清除樟子松葉片內(nèi)多余活性氧，從而緩解NaCl脅迫的傷害[18]。從單純噴施外源水楊酸處理的保護(hù)酶活性變化上來看，水楊酸一定程度上提高了保護(hù)酶活性，但是差異不顯著，這與Hasanuzzaman[19]的研究結(jié)果相似，說明水楊酸在不同環(huán)境下對(duì)植物保護(hù)酶活性的影響存在差異。水楊酸處理提高了樟子松保護(hù)酶系統(tǒng)活性和活性氧代謝能力，從而降低了NaCl脅迫對(duì)樟子松膜系統(tǒng)的傷害，有效的降低了MDA含量，這與熊雪[20]的研究結(jié)果相似，表明外源水楊酸對(duì)降低MDA含量，緩解樟子松NaCl脅迫具有顯著作用。本項(xiàng)研究結(jié)果中清水+水楊酸處理與對(duì)照之間并未出現(xiàn)顯著差異，分析原因可能與本試驗(yàn)中噴施的水楊酸濃度過高有關(guān)[5]，后續(xù)研究中應(yīng)深入分析不同濃度水楊酸對(duì)樟子松保護(hù)酶系統(tǒng)的影響規(guī)律。

4 結(jié)論

鹽脅迫與對(duì)照相比會(huì)顯著提高樟子松保護(hù)酶系統(tǒng)活性，同樣也提高了葉片內(nèi)MDA含量，使植物受到了一定的傷害；在鹽脅迫基礎(chǔ)上噴施水楊酸，提高了保護(hù)酶活性，降低了MDA含量，緩解了樟子松在鹽脅迫下受到的傷害；外源水楊酸會(huì)提高非鹽脅迫下保護(hù)酶活性，效果不明顯。綜合分析來看，1.0mmol/L的水楊酸可以有效提高NaCl脅迫下樟子松保護(hù)酶活性和緩解鹽脅迫對(duì)植物體的傷害。