ＮａＣｌ脅迫對不同耐鹽性辣椒幼苗生理生化指標的影響

張濤 馬肖靜 朱新紅 劉勇鵬 楊森要 姚秋菊

摘要：本試驗以耐鹽性辣椒品種P300和鹽敏感性辣椒品種323F3為材料，研究鹽脅迫對兩者幼苗生長指標和葉片、根系中抗氧化保護酶活性、可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸、MDA及相對電導(dǎo)率的影響，以從生理生化角度進一步鑒定兩者耐鹽性的差別。結(jié)果表明，鹽脅迫下，鹽敏感品種（323F3）幼苗生長指標受抑制程度大于耐鹽品種（P300），以地上部鮮重受抑制最大;耐鹽品種幼苗葉片和根系中可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量以及抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性都高于鹽敏感品種;而鹽敏感性品種幼苗葉片的相對電導(dǎo)率、MDA含量顯著高于耐鹽品種。綜合認為，鹽脅迫下耐鹽性強的品種能夠維持較高的抗氧化酶活性、積累較多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以較好地緩解NaCl脅迫對辣椒幼苗造成的傷害，使植物體可以維持各種正常的代謝活動。

關(guān)鍵詞：辣椒;鹽脅迫;生理生化;抗氧化酶

中圖分類號：S641.301 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2021）12-0038-06

辣椒（CapsicumannuumL.）果實富含VC、辣椒素等營養(yǎng)物質(zhì)，是重要調(diào)味品之一[1]。據(jù)統(tǒng)計，近年來中國辣椒種植面積穩(wěn)定在210萬hm2以上，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值高達2500億元，已成為中國種植面積最大、消費量最大、加工方式最多的蔬菜產(chǎn)業(yè)[2]。當(dāng)前設(shè)施農(nóng)業(yè)迅猛發(fā)展，過量偏施氮磷肥問題突出，致使含鹽量超出正常水平的土地面積接近3500萬hm2，鹽堿化耕地達760萬hm2，并且呈逐年遞增趨勢，這對辣椒產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展也造成嚴重影響[3]。

鹽是影響植物生長和次級代謝的重要非生物因子之一[4]。鹽脅迫會導(dǎo)致辣椒產(chǎn)量及品質(zhì)嚴重下降。鹽對植物產(chǎn)生整株的脅迫效應(yīng)，外部表現(xiàn)為生長狀態(tài)異常，常見如根長變短、株高矮化和葉色改變等，內(nèi)部則呈現(xiàn)離子失衡、離子毒害和代謝紊亂現(xiàn)象，甚至改變細胞結(jié)構(gòu)，最終表現(xiàn)為產(chǎn)量降低。研究表明，植物在長期生長演化過程中會通過滲透調(diào)節(jié)、抗氧化脅迫和膜結(jié)構(gòu)保護等防御機制以適應(yīng)鹽脅迫[5-7]。基于辣椒耐鹽性生理研究中存在的問題，本試驗以耐鹽性辣椒品種P300和鹽敏感性辣椒品種323F3為材料，研究鹽（NaCl）脅迫對不同耐鹽性辣椒幼苗生長指標和葉片、根系的抗氧化酶活性及可溶性蛋白、可溶性糖、MDA、相對電導(dǎo)率等指標的影響，以從生理生化角度鑒定兩者的耐鹽性，揭示辣椒耐鹽性生理響應(yīng)機制，為深入了解辣椒耐鹽生理機制提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗材料為耐鹽基因型辣椒品種P300和鹽敏感基因型辣椒品種323F3[8]，由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗兩品種均以灌施1/2Hoagland營養(yǎng)液為對照，通過灌施含150mmol/LNaCl的營養(yǎng)液進行鹽脅迫處理，分別用323F3（NaCl脅迫）、P300（NaCl脅迫）、323F3（CK）、P300（CK）表示。

試驗于2020年4月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)第三生活區(qū)溫室內(nèi)進行。用72孔穴盤蛭石基質(zhì)育苗，三葉一心后選取60株生長一致的幼苗栽入15孔穴盤內(nèi)，其中30株灌施1/2Hoagland營養(yǎng)液（CK），另30株進行鹽脅迫處理（1/2Hoagland營養(yǎng)液中加入150mmol/LNaCl溶液）。每隔5d灌施1次，共進行4次。隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次。

1.3 測定指標及方法

鹽脅迫處理第20d，每處理隨機取30株幼苗，測其株高、莖粗、地上部干鮮重、地下部干鮮重，測其根體積、根總表面積、根系平均直徑、根總長及根系活力，測其葉片、根系可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量及POD、SOD、CAT、MDA、相對電導(dǎo)率等指標。

株高：苗基部到植株生長點的高度，用直尺測量;莖粗：用數(shù)顯游標卡尺測量苗基部位置。地上部和地下部鮮重：用千分度電子天平測量;地上與地下部干重：將地上部及地下部鮮樣于105℃烘箱中殺青15min，然后80℃烘48h至恒重，用千分度電子天平稱量。根系總長度、根體積、根直徑、根表面積用根系掃描儀（Epson，LongBeach，USA）測定。

SOD活性采用氮藍四唑法測定;CAT活性采用高錳酸鉀法測定;POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定?？扇苄缘鞍缀坎捎每捡R斯亮藍G-250染色法測定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定;脯氨酸（PRO）含量采用茚三酮比色法測定;MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定。相對電導(dǎo)率采用DD—810電導(dǎo)儀測定。所用試劑主要采自蘇州科銘生物技術(shù)有限公司，具體步驟參照試劑盒內(nèi)的說明書。測定原理與方法參照文獻[9]進行。

脅迫系數(shù)（%）=（對照值-脅迫處理值）/對照值×100[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用WPS表格進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，用SPSS21.0軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對不同耐鹽性辣椒生長形態(tài)指標的影響

由表1可知，NaCl脅迫20d時，鹽敏感品種（323F3）與耐鹽品種（P300）相比，各生長指標均存在顯著差異。株高、莖粗、地上鮮干重的脅迫系數(shù)，323F3分別為27.29%、21.49%、59.05%和47.62%，P300分別為15.22%、18.61%、47.18%和39.22%。進而可知，NaCl脅迫下，不同耐鹽性辣椒幼苗生長形態(tài)指標與對照相比均受到明顯抑制，其中鹽敏感品種各項生長指標的脅迫系數(shù)均在20%以上，以地上部鮮重的脅迫系數(shù)最高，達59.05%;耐鹽辣椒品種株高、莖粗的脅迫系數(shù)低于20%?？芍嗤瑵舛萅aCl脅迫下，323F3受抑制程度大于P300。

2.2 NaCl脅迫對不同耐鹽性辣椒根系生長指標的影響

由表2可知，NaCl脅迫下，不同耐鹽性辣椒品種幼苗的根系生長指標與其對照相比均受到一定抑制。NaCl脅迫20d時，鹽敏感品種（323F3）的總根長、根總表面積、根總體積、根平均直徑、地下部鮮干重與其對照相比均差異顯著，脅迫系數(shù)分別為32.19%、38.26%、75.56%、35.56%、56.96%和60.00%;而耐鹽品種（P300）的總根長、根總表面積、根總體積與其對照相比差異不顯著，脅迫系數(shù)分別為8.17%、10.78%和13.95%，根平均直徑、地下部鮮干重與其對照相比差異顯著，脅迫系數(shù)分別為12.63%、24.22%和33.33%。進而可知，NaCl脅迫下，鹽敏感辣椒品種的各項根系生長指標與對照相比脅迫系數(shù)均在30%以上，其中根總體積、地下部鮮干重受抑制最大;耐鹽辣椒品種總根長、根總表面積、根總體積、根平均直徑的脅迫系數(shù)均在15%以下，地下部干重受脅迫最大，為33.33%?？芍嗤瑵舛萅aCl脅迫下，323F3根系生長指標的受抑制程度均大于P300，不同根系生長指標受脅迫的程度均不相同，以地下部干鮮重受抑制最大。

2.3 NaCl脅迫對不同耐鹽性辣椒幼苗葉片及根系中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由表3可知，相同濃度NaCl脅迫下，鹽敏感品種（323F3）與耐鹽品種（P300）葉片和根系中可溶性糖含量與對照相比均有所增加。其中323F3葉片可溶性糖含量比對照顯著增加8.47%，根系僅比對照增加1.95%;P300葉片和根系中可溶性糖含量與對照相比均顯著增加，分別增37.50%和29.49%。323F3葉片和根系中可溶性蛋白含量與對照均無顯著差異，而P300葉片和根系中可溶性蛋白含量與對照相比差異顯著，分別增14.43%和15.09%。323F3和P300葉片和根系中脯氨酸含量與對照相比均顯著增加，分別增4.75倍、7.54倍和6.35倍、10.05倍。

綜上，相同濃度NaCl脅迫下，耐鹽品種P300幼苗葉片中可溶性蛋白含量差異不顯著，但其葉片和根系中的可溶性糖、脯氨酸含量及根系中的可溶性蛋白含量均顯著高于323F3?？芍?，NaCl脅迫后耐鹽性強的品種細胞內(nèi)能積累較多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以很好地緩解NaCl脅迫對辣椒幼苗造成的傷害，從而表現(xiàn)出較強的耐鹽性。

2.4 NaCl脅迫對不同耐鹽性辣椒幼苗葉片及根系抗氧化酶活性的影響

由表4可知，相同濃度NaCl脅迫下，除323F3根系CAT活性外，鹽敏感品種（323F3）與耐鹽品種（P300）葉片和根系其它抗氧化酶活性與對照相比均有所增加。其中323F3葉片SOD活性比對照顯著增加59.92%，根系SOD活性與對照差異不顯著，僅增加5.08%;葉片CAT活性比對照顯著增加21.72%，而根系略微減少;葉片和根系POD活性比對照顯著增加，葉片增3.29倍，根系增61.35%。P300葉片和根系SOD活性比對照均顯著增加，分別增1.06倍和26.56%，CAT活性比對照分別增27.42%和43.92%，POD活性比對照分別增3.36倍和12.98%。

可知，NaCl脅迫后，除根系POD活性外，P300幼苗葉片和根系其它抗氧化酶活性都顯著高于323F3，即鹽脅迫下P300仍維持著較高的酶活性，有利于減輕活性氧對細胞的傷害。

2.5 NaCl脅迫對不同耐鹽性辣椒葉片相對電導(dǎo)率、MDA含量的影響

由表5可知，相同濃度NaCl脅迫下，鹽敏感性品種（323F3）與耐鹽品種（P300）葉片的電導(dǎo)率、MDA含量與其對照相比均顯著增加。其中323F3葉片的相對電導(dǎo)率、MDA 含量分別增加35.00%、84.21%，P300分別增加17.49%、33.81%。

相同濃度NaCl脅迫后，323F3幼苗葉片的相對電導(dǎo)率、MDA含量都顯著高于P300。這說明耐鹽品種受鹽脅迫傷害的程度小、膜脂過氧化程度輕，而耐鹽性弱的品種則反之。

3 討論與結(jié)論

植物耐鹽性受多因素控制，不同植物的耐鹽機理不同，即使是同一植物其在不同生長時期的耐鹽機制或方式也可能不盡相同[10]。發(fā)芽期和幼苗期為植物對鹽脅迫最敏感的時期[11]。本試驗研究了鹽脅迫對辣椒幼苗期生理生化特性的影響，試圖揭示辣椒苗期的耐鹽機制，為辣椒耐鹽育種奠定基礎(chǔ)。

首先，植物地上部的生長量是其對鹽脅迫最直觀的綜合體現(xiàn)。從本試驗結(jié)果看出，鹽脅迫下兩種不同耐鹽性辣椒幼苗的生長形態(tài)指標與其對照相比均受到明顯抑制，其中鹽敏感品種（323F3）受抑制程度大于耐鹽品種（P300），各指標中以地上部鮮重受抑制最大，其中323F3的脅迫系數(shù)高達59.05%，這與郭春蕊[12]、牛彩霞[13]和姚靜[14]等的研究結(jié)果一致。鹽脅迫影響根的生長發(fā)育和形態(tài)結(jié)構(gòu)，一定濃度鹽脅迫下通常植物根先受其影響[15]。本試驗結(jié)果表明，NaCl脅迫下不同耐鹽性辣椒幼苗根系生長指標與其對照相比均受到一定抑制，其中323F3各項根系指標受抑制程度大于P300，又以根總體積、地下部鮮干重受抑制作用最強。逆境條件下植物體內(nèi)可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白含量均增加[16]。本試驗中，相同濃度NaCl脅迫后，P300幼苗葉片和根系中可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量都高于323F3，其中以葉片中可溶性蛋白含量差異最大，P300比323F3增加38.93%。這與郭春蕊[12]、姜衛(wèi)兵[17]等的研究結(jié)果一致。

有研究表明，NaCl脅迫下細胞內(nèi)氧自由基含量增加、膜脂過氧化加劇，導(dǎo)致保護酶活性下降，而超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）作為植物內(nèi)源活性氧清除劑，逆境條件下能夠保持較高的活性，使體內(nèi)自由基、活性氧維持在較低水平，防止膜脂過氧化，減輕逆境脅迫對植物細胞造成的傷害[18]。因此，SOD、POD、CAT活性的高低在一定程度上能夠反映植物耐鹽性的強弱。從本試驗結(jié)果看出，相同濃度NaCl脅迫下，耐鹽性強的品種能夠維持較高的抗氧化酶活性，使植物體可以維持各種正常的代謝活動。其中鹽敏感品種（323F3）與耐鹽品種（P300）葉片和根系的SOD、POD、CAT活性與其對照相比均有所增加，以葉片的POD活性增幅最為顯著;P300幼苗葉片和根系的抗氧化酶活性都高于323F3，與前人在大麥[19]、黃瓜[20]和番茄[21]上的研究結(jié)果基本一致。

細胞膜是調(diào)節(jié)和控制細胞內(nèi)外物質(zhì)運輸和交換的通道，植物受到逆境脅迫時，首先受到傷害的關(guān)鍵部位是細胞膜系統(tǒng)。相對電導(dǎo)率反映細胞膜透性的大小，而膜透性又直接反映植物細胞對細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定能力和對外界環(huán)境的適應(yīng)和抵御能力，是抗?jié)B透脅迫的主要生理指標之一。MDA是植物逆境傷害下發(fā)生膜脂過氧化的產(chǎn)物，是反映細胞膜脂過氧化作用強弱的一個重要指標。研究發(fā)現(xiàn)，植株受到逆境傷害時相對電導(dǎo)率越大，MDA含量也高，質(zhì)膜受損傷的程度也就越高[22]。本試驗結(jié)果表明，相同濃度NaCl脅迫后，耐鹽品種（P300）幼苗葉片的相對電導(dǎo)率、MDA含量都顯著低于鹽敏感品種（323F3），膜脂過氧化程度輕、受傷害程度小，這與孫方行等[23]的研究結(jié)果一致。

植物的耐鹽性狀是一個由多基因控制的數(shù)量性狀[24]，這也決定了耐鹽機制的復(fù)雜性。當(dāng)前人們在多種植物上已對其進行多角度研究，并提出過多種機制試圖解釋其耐鹽機理[25-27]。本研究表明，鹽脅迫下兩種不同耐鹽性辣椒品種其地上部生長形態(tài)、根系生物量，葉片、根系的CAT、POD、SOD活性，脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、MDA含量及相對電導(dǎo)率的表現(xiàn)均存在差異。這也進一步揭示出，辣椒在鹽脅迫下可能存在抗氧化脅迫、膜保護、增加滲透物質(zhì)及調(diào)動離子調(diào)節(jié)的鹽防御途徑，同時也為解釋辣椒的耐鹽機制、挖掘耐鹽關(guān)鍵調(diào)控基因及代謝物奠定了更好基礎(chǔ)。