茉莉酸甲酯對葡萄砧木‘SA17’耐NaHCO3脅迫的影響

曹曉蕾，相廣慶，高振，杜遠(yuǎn)鵬，姚玉新

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018）

土壤鹽堿化是全球性的環(huán)境問題，造成農(nóng)作物減產(chǎn)和品質(zhì)下降，嚴(yán)重限制了農(nóng)業(yè)發(fā)展[1]。在我國，鹽堿地面積已經(jīng)高達(dá)0.27億 hm2，并且仍在急劇擴(kuò)張和蔓延[2]。同時(shí)，化肥的濫用和不合理的灌溉導(dǎo)致了次生鹽漬化，更是加速了鹽堿化的擴(kuò)大。研究表明，堿性鹽對植物的脅迫程度強(qiáng)于中性鹽[3]。當(dāng)脅迫發(fā)生時(shí)，植株體內(nèi)的活性氧會大幅度增加，從而引發(fā)氧化傷害并產(chǎn)生過量的丙二醛（MDA），改變細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡并引起細(xì)胞膜透性增加，最終對植物細(xì)胞造成傷害[4]。同時(shí)，植物形成了快速響應(yīng)鹽堿脅迫的調(diào)控機(jī)制，通過其體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)將活性氧的產(chǎn)生和清除維持在動態(tài)平衡之中，減少有害物質(zhì)積累，從而保證植物體的正常生理活動[5]。

茉莉酸甲酯（methyl jasmonate，MeJA）是茉莉酸（Jasmonic acid，JA）衍生物，其作為植物激素和信號分子廣泛存在于高等植物體內(nèi)，在抵御昆蟲取食和機(jī)械損傷中起重要作用。外源應(yīng)用MeJA能產(chǎn)生與昆蟲取食和機(jī)械損傷類似的效果，即誘導(dǎo)植物防御基因的表達(dá)并產(chǎn)生抗逆性[6]。研究表明，MeJA也可以緩解鹽度、干旱和低溫等非生物脅迫對植物造成的傷害[7]。在甘草上，MeJA可以通過調(diào)節(jié)活性氧、抗氧化酶體系提高植物的耐鹽性[8]。在刺槐上，MeJA可明顯緩解由于鹽脅迫造成的不良反應(yīng)，提高抗氧化酶的活性[9]。

葡萄作為一種相對耐鹽堿的作物，在鹽堿地上開展葡萄種植對于充分利用耕地資源具有重要意義。本試驗(yàn)以‘SA17’為材料，采用NaHCO3模擬堿性鹽脅迫，研究MeJA不同施用濃度和處理時(shí)間對堿性鹽脅迫下葡萄生長的影響，明確緩解脅迫的最佳MeJA濃度與時(shí)間，探討MeJA提高葡萄的耐堿性鹽機(jī)理，為MeJA在葡萄耐鹽堿地栽培中的合理使用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及處理

以‘左山一’（V. amurensisRupr.）和SO4（V. berlandieri×V. riparia）雜交獲得的優(yōu)系‘SA17’為試材，于2020年2月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)基地冬暖大棚內(nèi)選取生長健壯（直徑0.8～1.0 cm）枝條剪留兩芽扦插于基質(zhì)（草炭∶蛭石∶珍珠巖＝1∶1∶1），待長出2片新葉時(shí)定植于裝有沙子的花盆（直徑17 cm、高25 cm）中，每隔3 d澆一次1/2 Hoagland營養(yǎng)液，待長至8～10片完全展葉時(shí)，選取長勢一致的苗子進(jìn)行100 mmol·L-1NaHCO3和MeJA（2、20、200 μmol·L-1）處理，以堿脅迫下無MeJA為對照。每天下午5:00—6:00處理，每盆澆500 mL，澆至液體從盆底外流，每個(gè)處理重復(fù)10盆，澆施21 d后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測定，確定最適MeJA濃度。

同上方法，將苗子以最適MeJA濃度進(jìn)行MeJA、NaHCO3、MeJA＋NaHCO3處理，以水為對照，分別在0、3、9、12 d后進(jìn)行各指標(biāo)的測定，確定適宜處理時(shí)間。

同上方法，將苗子進(jìn)行NaHCO3、MeJA＋NaHCO3處理，以水為對照，澆施9 d后測定非酶促氧化還原各物質(zhì)含量。

1.2 測定項(xiàng)目及測定方法

取樣時(shí)將待測根系仔細(xì)清洗好后用濾紙小心吸干根系表面的水分。所有指標(biāo)均選取葡萄幼嫩根系鮮樣進(jìn)行測定。采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定根系活力，硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA ），氮藍(lán)四唑法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性，愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（POD）活性[10]。利用蘇州格銳思生物科技有限公司試劑盒測定抗壞血酸（AsA、DHA）、谷胱甘肽（GSH、GSSG）、輔酶Ⅰ（NADH、NAD+）和輔酶Ⅱ（NADPH、NADP+）。

使用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與整理。使用DPS軟件進(jìn)行方差分析，采用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 MeJA處理對葡萄堿性鹽耐性的影響

觀察發(fā)現(xiàn)，對照組在NaHCO3處理后產(chǎn)生了明顯的脅迫表型，葉片皺縮萎蔫嚴(yán)重，毛細(xì)根少。澆施不同濃度MeJA后，同濃度NaHCO3處理下葡萄葉片無明顯萎蔫，毛細(xì)根較對照多；其中在20 μmol·L-1MeJA效果較好，毛細(xì)根產(chǎn)生量最多，植株長勢良好。

此外，與對照相比，施用20、200 μmol·L-1MeJA后根系活力顯著提高；而施用2 μmol·L-1MeJA處理的根系活力無明顯變化（圖1A）。施用不同濃度MeJA后根系MDA含量均顯著降低，其中20 μmol·L-1MeJA處理使根系MDA下降幅度最大，為50.5%（圖1B）。施用20 μmol·L-1MeJA后SOD、POD活性均顯著性增加，分別提高80%、220%，其他兩個(gè)濃度MeJA處理與NaHCO3處理組無明顯差異（圖1C、D）。由此可見，20 μmol·L-1MeJA處理顯著提高了葡萄堿性鹽耐性。

圖1 堿性鹽脅迫下不同濃度MeJA對葡萄根系活力、MDA含量和SOD、POD活性的影響 Figure 1 Effects of different concentrations of MeJA on grape root activity, malondialdehyde content, and activity of SOD and POD under alkaline salt stress

2.2 MeJA處理對堿性鹽脅迫不同時(shí)間點(diǎn)葡萄生理參數(shù)的影響

為了進(jìn)一步鑒定20 μmol·L-1MeJA在緩解堿性鹽脅迫上的作用，測定了不同時(shí)間點(diǎn)各生理參數(shù)的變化。結(jié)果顯示，隨處理時(shí)間延長，葡萄根系活力、MDA含量整體呈上升趨勢。NaHCO3鹽脅迫下施用MeJA后根系活力在各時(shí)間點(diǎn)均高于無MeJA處理，MDA含量均低于無MeJA處理。堿性鹽脅迫下施用MeJA 12 d后根系活力提高48%，MDA含量降低41%（圖2A、B）。

SOD酶活性在各處理后3 d和9 d升高幅度最大。NaHCO3處理組SOD、POD酶活性均低于水處理，而施用MeJA后相反。堿性鹽脅迫下施用MeJA 9 d時(shí)SOD、 POD酶活性分別提高38%、124%，在兩處理間差異最大（圖2C、D）。

圖2 不同處理對葡萄根系活力、MDA、SOD和POD酶活性的變化Figure 2 Changes of root activity, malondialdehyde content, and activity of SOD and POD at different time points after different treatments

2.3 堿性鹽脅迫下施用MeJA對葡萄非酶促氧化還原平衡的影響

植物體內(nèi)的非酶促抗氧化系統(tǒng)有抗壞血酸、谷胱甘肽、輔酶Ⅰ和Ⅱ等氧化還原對，各氧化還原對含量及比值的變化可反映植物細(xì)胞間活性氧（ROS）的產(chǎn)生和清除之間的平衡水平[11]。從圖3看出，與水處理相比，堿性鹽脅迫下施用MeJA后各氧化還原對的含量及比值基本維持穩(wěn)定；NaHCO3處理組與之相反，其中抗壞血酸和谷胱甘肽的還原態(tài)與氧化態(tài)比值分別降低27.0%、3.9%，輔酶Ⅰ、Ⅱ的還原態(tài)與氧化態(tài)比值分別增加10.3%、5.2%。以上表明，堿性鹽脅迫下澆施MeJA改變非酶促抗氧劑還原態(tài)與氧化態(tài)的含量，但有助于維持其比值，即維持細(xì)胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)平衡，提高葡萄耐堿性鹽脅迫能力。

圖3 堿性鹽脅迫下施用MeJA對葡萄非酶促抗氧化系統(tǒng)的影響Figure 3 Effects of MeJA application on the non-enzymatic antioxidant system of grape under alkaline salt stress

3 討論與結(jié)論

MeJA作為一種植物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子可以在植物體內(nèi)運(yùn)輸。當(dāng)植物受到傷害及脅迫時(shí)，體內(nèi)茉莉酸類物質(zhì)的合成顯著升高，誘導(dǎo)抗逆相關(guān)基因的表達(dá)，產(chǎn)生特異的蛋白質(zhì)，從而起到防御作用[12-13]。同時(shí)MeJA作為一種植物激素，在發(fā)揮其生理作用時(shí)具有“濃度效應(yīng)”特點(diǎn)，即不同濃度對同一對象作用的不一致性[14]。研究表明，少量MeJA會促進(jìn)植物的生長或緩解對植物造成的傷害，而濃度過高則會減輕這種促進(jìn)效應(yīng)，甚至對植物生長有抑制作用[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，在堿性鹽脅迫下施用外源MeJA比無MeJA處理葡萄長勢好，且隨MeJA濃度的增加，根系活力和酶促抗氧化劑含量先升高后降低，MDA含量呈相反趨勢。當(dāng)MeJA濃度為20 μmol·L-1時(shí)，根系活力和酶促抗氧化劑含量最高，MDA含量最低，說明20 μmol·L-1是MeJA緩解葡萄堿性鹽脅迫的最適濃度。與前人研究結(jié)果類似，即施用外源MeJA對植物有“低促高抑”作用[16]。

植物在非生物脅迫下細(xì)胞內(nèi)氧化還原對可誘導(dǎo)抗氧化能力發(fā)生，不同細(xì)胞間通過信號和代謝途徑協(xié)同調(diào)控ROS的清除[11]。但隨脅迫程度加劇，植物體產(chǎn)生的ROS超出自身清除系統(tǒng)能力，破壞正常代謝平衡，改變細(xì)胞自身調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，造成蛋白質(zhì)、質(zhì)膜和其他細(xì)胞組分的損傷[17]。細(xì)胞內(nèi)NAD(H)和NADP(H)作為能源儲存和傳輸介質(zhì)，在光合反應(yīng)中產(chǎn)生大量還原力，參與AsA、GSH的再生，AsA、GSH清除O2-和OH-后產(chǎn)生DHA、GSSG被跨膜運(yùn)輸出去，使細(xì)胞內(nèi)AsA/DHA、GSH/GSSG比例保持在高水平，從而維持不同細(xì)胞間氧化還原平衡[18-20]。前人研究表明，較高的AsA、GSH含量能夠緩解鹽脅迫對梅花生長的影響[21]。植物受到脅迫時(shí)，體內(nèi)依賴NADPH的GSH和AsA可清除ROS[22]，而NADPH含量過高時(shí)，會導(dǎo)致AsA和GSH含量減少[18]。因此，維持氧化還原對之間的平衡是必不可少的[23]。本研究發(fā)現(xiàn)，堿性鹽脅迫下葡萄細(xì)胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)被破壞，使其生長受到顯著脅迫，而澆施適宜濃度MeJA后可維持非酶促抗氧化劑4種物質(zhì)各狀態(tài)含量及比值，使其恢復(fù)至正常水平，維持細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而減少堿性鹽對葡萄根系的傷害，這與王勇等[24]人研究結(jié)果類似。

適宜濃度的外源MeJA 對植物鹽脅迫具有一定的緩解作用，但植物的耐鹽機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜?；诒狙芯繑?shù)據(jù)推測，MeJA 可能是通過維持堿性鹽脅迫下葡萄根系酶促氧化劑和非酶促氧化劑的含量及比值，降低MDA積累量，從而提高根系活力以減少堿性鹽脅迫對植株造成的各種損傷。綜上所述，20μmol·L-1MeJA為葡萄緩解堿性鹽脅迫的最適作用濃度，且有效維持葡萄體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)平衡。有關(guān) MeJA 對提高植物耐堿性鹽的生理生化作用機(jī)制和信號傳導(dǎo)途徑有待進(jìn)一步研究。