加工番茄幼苗對鹽脅迫的響應(yīng)

宋曉青，劉燕，王永，楊進，郝麗芬，高婧，康立茹

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝與植物保護學(xué)院/內(nèi)蒙古野生特有蔬菜種質(zhì)資源與種質(zhì)創(chuàng)新重點實驗室，內(nèi)蒙古呼和浩特010011；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，內(nèi)蒙古呼和浩特010031；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭014109）

土壤鹽堿化是制約大面積作物生產(chǎn)的主要環(huán)境障礙，33%的灌溉農(nóng)業(yè)用地受鹽堿影響，這是一個重大的全球環(huán)境問題[1]。鹽脅迫通過滲透脅迫和離子毒性影響植物生長和發(fā)育過程[2]。如何利用好水資源是當(dāng)下農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要挑戰(zhàn)，也是農(nóng)業(yè)發(fā)展的世界性難題。鹽脅迫會導(dǎo)致植物體內(nèi)積累過量的Na+，破壞離子平衡穩(wěn)態(tài)，影響植株生長發(fā)育[3]，主要表現(xiàn)為離子毒害、滲透脅迫和營養(yǎng)不平衡[4]。離子脅迫是原初脅迫，會導(dǎo)致滲透脅迫和營養(yǎng)失衡等次生脅迫的產(chǎn)生，主要表現(xiàn)為Na+和Cl-對植物產(chǎn)生嚴(yán)重危害[5]。

近年來，我國保護地蔬菜種植規(guī)模迅速擴大[6]。然而，隨著連作時間的延長和專業(yè)化生產(chǎn)體系的發(fā)展，次生鹽漬化問題日益突出。特別是在蔬菜生產(chǎn)中保護地土壤鹽度明顯高于裸地，次生鹽漬化土壤在保護地中的比例約為43%[7]。目前，關(guān)于蔬菜鹽脅迫的研究大多在保護地，對露地作物加工番茄耐鹽脅迫的研究較少。我國是世界第一番茄制品出口國，與美國加利福尼亞州、地中海并列為世界三大番茄醬產(chǎn)區(qū)[8]。內(nèi)蒙古是我國加工番茄主要產(chǎn)區(qū)之一，本試驗以當(dāng)?shù)乇憩F(xiàn)優(yōu)良的加工番茄品種，通過分析苗期鹽脅迫下植株形態(tài)指標(biāo)以及耐鹽生理指標(biāo)，了解植株耐鹽特性，為當(dāng)?shù)丶庸し言耘嗌a(chǎn)和耐鹽育種提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與試驗地

以加工番茄品種里格爾87－5為試驗材料，2017年4月30日于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園區(qū)溫室進行。

1.2 試驗方法

將挑選好一致的加工番茄種子用2%次氯酸鈉溶液殺菌10 min，清水沖洗干凈后點播在花盆（10 cm×10 cm）中，基質(zhì)采用蛭石∶珍珠巖∶土壤=3∶1∶3混合物，表層土見干后澆水，待幼苗五葉一心時開始以澆灌法進行NaCl脅迫處理，每處理8株，重復(fù)4次。NaCl脅迫設(shè)5個濃度：0（對照）、50、100、150、200 mmol/L。每盆每次澆液50 mL，每隔7 d澆1次，澆灌2次，處理7 d后測定加工番茄幼苗株高、莖粗和葉片的各項生理指標(biāo)。

1.3 項目測定

1.3.1 形態(tài)指標(biāo)株高：直尺測量幼苗基部到植株生長點的高度（cm）；莖粗：用游標(biāo)卡尺測子葉節(jié)上方約1 mm處直徑（mm）。

1.3.2 生理指標(biāo)超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑法測定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測定；過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外分光光度計法測定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定；脯氨酸（Pro）含量采用酸性茚酸酮比色法測定[9-10]。

1.3.3 K+、Na+離子含量測定采用火焰分光光度計法測定[11-12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel表格作圖，采用Duncan新復(fù)極差法進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對形態(tài)指標(biāo)的影響

由圖1和圖2可知，不同NaCl濃度處理下，加工番茄幼苗的株高呈下降趨勢，加工番茄幼苗的莖粗呈下降趨勢。當(dāng)NaCl濃度為50 mmol/L時，株高和莖粗與對照差異不顯著（P＞0.05）。當(dāng)NaCl濃度為200 mmol/L時，株高較對照降低了31.80%，莖粗降低了15.03%，株高和莖粗與對照差異顯著（P＜0.05）。這表明植株對低濃度鹽脅迫有調(diào)節(jié)作用，隨著NaCl濃度的增大，鹽脅迫抑制植株的生長。

圖1 不同濃度NaCl對加工番茄幼苗株高的影響

圖2 不同濃度NaCl對加工番茄幼苗莖粗的影響

2.2 鹽脅迫對抗氧化酶的影響

植物體內(nèi)大量存在的抗氧化酶系統(tǒng)主要清除細胞內(nèi)的活性氧成分、降低膜內(nèi)不飽和脂肪酸的過氧化程度，是反映植物抗逆性的重要指標(biāo)[13]。

由圖3可知，隨著NaCl濃度的增大，超氧化物歧化酶（SOD）呈升高的趨勢，各處理差異顯著（P＜0.05）。50 mmol/L處理的SOD值是對照的1.12倍，200 mmol/L處理的SOD值是對照的1.47倍。

圖3 不同濃度NaCl對加工番茄幼苗SOD活性的影響

由圖4可知，加工番茄葉片中POD隨著NaCl濃度的增大呈升高趨勢，各處理差異顯著（P＜0.05）。50 mmol/L處理后的POD是對照的1.52倍，200 mmol/L處理的POD是對照的2.7倍。

圖4 不同濃度NaCl對加工番茄幼苗POD活性的影響

由圖5可知，加工番茄葉片中CAT活性隨著NaCl濃度的增大顯著升高，50 mmol/L處理的CAT是對照的1.46倍，200 mmol/L處理的CAT是對照的1.88倍。

圖5 不同濃度NaCl對加工番茄幼苗CAT活性的影響

2.3 鹽脅迫對丙二醛含量的影響

鹽脅迫會使細胞膜透性增大，嚴(yán)重的會導(dǎo)致膜系統(tǒng)破壞。MDA作為膜脂過氧化作用的產(chǎn)物，其含量的多少反映膜損傷的程度，含量越大說明細胞膜脂受損越嚴(yán)重，植物耐逆境能力越差。由圖6可知，隨著NaCl濃度的增大，MDA呈顯著升高的趨勢，各處理與對照相比差異顯著（P＜0.05），50 mmol/L處理后的MDA是對照的1.07倍，200 mmol/L處理后的MDA是對照的1.55倍。

圖6 不同濃度NaCl對加工番茄幼苗丙二醛的影響

2.4 鹽脅迫對脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物鹽脅迫生理反應(yīng)的重要因子，其含量的多少是衡量植物抗逆性強弱的重要指標(biāo)[14]。由圖7可知，加工番茄葉片中脯氨酸含量隨著NaCl濃度的增大而增大，50 mmol/L處理后增加幅度最大，是對照的2.50倍，200 mmol/L處理是對照的4.25倍。

圖7 不同濃度NaCl對加工番茄幼苗脯氨酸含量的影響

2.5 鹽脅迫對不同器官中K+、Na+含量的影響

由圖8可知，隨著NaCl濃度的增大，各器官中K+的變化并不相同，葉片中K+含量隨著NaCl濃度的增大而增大，100 mmol/L處理后K+含量顯著高于對照，是對照的1.91倍。而根和莖中K+含量隨著NaCl濃度的增大而減少，各處理間差異顯著（P＜0.05），根中K+含量100 mmol/L處理時比對照降低了11.43%，莖中K+含量100 mmol/L處理時比對照降低了9.48%；根中K+含量200 mmol/L處理時比對照降低了40.00%，莖中K+含量200 mmol/L處理時比對照降低了33.62%；在未處理時，各器官中K+含量為莖>根>葉，在受到鹽脅迫時，各器官中K+含量為莖>葉>根。

圖8 不同濃度NaCl對加工番茄幼苗不同器官K+含量的影響

由圖9可知，Na+在各器官中的含量整體呈增大趨勢，根中Na+含量隨NaCl濃度呈先增大后減少的趨勢。在NaCl濃度小于150 mmol/L時，各器官中Na+含量為根>莖>葉，在NaCl濃度大于150 mmol/L時，各器官中Na+含量為莖>根>葉。這表明在NaCl濃度大于150 mmol/L時，根中的離子平衡被打破，嚴(yán)重影響了根對離子的選擇性吸收。

圖9 不同濃度NaCl對加工番茄幼苗不同器官Na+含量的影響

2.6 相關(guān)性分析

由表1可知，株高與莖粗呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與MDA、Pro、CAT、SOD、POD、K+、Na+呈負(fù)相關(guān)；MDA與Pro、CAT、POD呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與SOD、Na+呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；K+與Pro、CAT呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與POD、Na+呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；Na+與MDA、CAT、SOD呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與CAT、POD、K+呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。

表1 鹽脅迫下各指標(biāo)間相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

植物在正常生長環(huán)境下各代謝系統(tǒng)保持平衡態(tài)，細胞膜保持完整狀態(tài)。當(dāng)植物受到鹽脅迫時脂膜透性增加、過氧化程度加劇、膜的正常生理功能損壞、植物體內(nèi)活性氧含量劇增，破壞了SOD、POD、CAT等活性氧的結(jié)構(gòu)活性，導(dǎo)致植物活性氧清除能力下降，以至于影響細胞的生理功能和代謝水平。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NaCl濃度的升高對加工番茄幼苗的株高產(chǎn)生顯著抑制作用。在NaCl脅迫下，加工番茄葉片中MDA含量顯著增加，SOD活性、POD活性和CAT活性顯著增加，Pro含量也顯著增加，說明鹽脅迫下細胞質(zhì)膜透性增加，保護酶系統(tǒng)含量增大，從而維持了植物體內(nèi)正常的代謝，降低了膜結(jié)構(gòu)的損傷。

滲透調(diào)節(jié)是植物為適應(yīng)逆境而產(chǎn)生的主動反應(yīng)，維持細胞生理生化的正常運行[15]。植物對無機離子的吸收是一個主動過程，而Na+的大量吸收會產(chǎn)生鹽害，對植株生長不利，K+將作為主要的滲透調(diào)節(jié)劑平衡過量的Na+[16]。K+在番茄體內(nèi)被運輸?shù)讲煌M織和細胞間，優(yōu)先運輸?shù)接啄劢M織及生長發(fā)育活躍的組織，以便調(diào)節(jié)細胞質(zhì)內(nèi)的滲透勢[17]。本試驗發(fā)現(xiàn)在未處理時，番茄各器官中K+含量為莖>根>葉，在受到鹽脅迫時，番茄各器官中K+含量為莖>葉>根。在NaCl濃度小于150 mmol/L時，番茄各器官中Na+含量為根>莖>葉，在NaCl濃度大于150 mmol/L時，番茄各器官中Na+含量為莖>根>葉。這表明在NaCl濃度大于150 mmol/L時，根組織中的離子平衡被打破，嚴(yán)重影響了根對離子的選擇性吸收。