Spd 對(duì)NaCl 脅迫下小白菜幼苗生長(zhǎng)、AsA-GSH 循環(huán)及氮代謝的影響

趙肖瓊，梁泰帥，張恒慧

（1.太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系 太原 030008； 2.山西醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院 太原 030001）

小白菜（L.）又名不結(jié)球白菜、青菜，具有適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、生長(zhǎng)周期短、生物產(chǎn)量高、四季可供應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)栽培歷史悠久且栽培面積最大的蔬菜之一。小白菜葉片鮮嫩、味道清香、富含多種營(yíng)養(yǎng)成分以及抗癌活性物質(zhì)硫代葡萄糖苷，深受廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)。近年來(lái)，隨著設(shè)施蔬菜栽培的快速發(fā)展，不科學(xué)的栽培技術(shù)和管理措施導(dǎo)致土壤次生鹽漬化問(wèn)題日趨加重，嚴(yán)重制約了小白菜等設(shè)施蔬菜栽培的可持續(xù)發(fā)展。鹽害條件下，植物體內(nèi)發(fā)生離子毒害和滲透脅迫，導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）過(guò)度積累，破壞了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，擾亂了植物正常的生理代謝和生長(zhǎng)發(fā)育，最終造成作物產(chǎn)量減少。因此，深入探究提升小白菜耐鹽性的途徑及生理機(jī)制，對(duì)于解決小白菜鹽害問(wèn)題具有重要意義。

亞精胺（Spd）是植物體內(nèi)常見(jiàn)的一種多胺（PAs）物質(zhì)，以游離態(tài)等形式存在。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，Spd 是植物非生物逆境脅迫中關(guān)鍵的生長(zhǎng)促進(jìn)化合物，一是作為直接的脅迫保護(hù)物質(zhì)，二是作為脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的“第二信使”參與抗逆機(jī)制的構(gòu)建。向麗霞等研究表明，葉面噴施Spd 能夠增強(qiáng)高溫脅迫下葉綠素前體合成關(guān)鍵酶膽色素原脫氨酶的活性，提升番茄幼苗的葉綠素合成能力及耐熱性。鄒芳等研究發(fā)現(xiàn)，1.2 mmol·L的Spd 能夠提升干旱脅迫下甜高梁幼苗的光合效率、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖和脯氨酸含量、抗氧化酶活性，從而減輕干旱脅迫對(duì)甜高粱的氧化傷害。劉書(shū)錦等研究表明外源Spd 能夠促進(jìn)重金屬砷脅迫下水稻種子的萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)，減少水稻幼芽和根系對(duì)砷的吸收累積，緩解砷對(duì)水稻的毒害效應(yīng)。目前，關(guān)于Spd 對(duì)NaCl 脅迫下小白菜幼苗生長(zhǎng)、抗壞血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循環(huán)及氮代謝影響的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，筆者以上海青小白菜為試材，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)試驗(yàn)探究外源不同濃度Spd 處理對(duì)NaCl 脅迫下小白菜幼苗生長(zhǎng)、AsA-GSH 循環(huán)及氮代謝的影響，篩選出Spd 的最佳噴施濃度，揭示Spd 提升小白菜耐鹽性的生理機(jī)制，可望為鹽漬區(qū)域設(shè)施蔬菜的高效持續(xù)化生產(chǎn)奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)小白菜品種為上海青，購(gòu)自南京秋田種業(yè)研究所；Spd 購(gòu)自上海金穗生物科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021 年3—5 月在太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，設(shè)置培養(yǎng)條件為晝/夜溫度25 ℃/20 ℃，光照度10 000 lx，光照時(shí)間14 h·d，相對(duì)濕度80%。選用健康飽滿的小白菜種子進(jìn)行穴盤育苗，挑取生長(zhǎng)一致的2 葉1 心小白菜幼苗植株定植于裝有1/2 Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液（2 L）的塑料盆中，緩苗3 d 后，依據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果共設(shè)置7 個(gè)處理（表1）。其中，配制含有100 mmol·LNaCl 的營(yíng)養(yǎng)液模擬鹽脅迫，采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，每處理12株，3 次重復(fù)。每天9：00 向葉面噴施蒸餾水或Spd溶液，以葉片兩面全部濕潤(rùn)為止，連續(xù)噴施10 d 后取樣測(cè)定小白菜植株的各項(xiàng)指標(biāo)。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)置

1.3 測(cè)定指標(biāo)和方法

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo) 分別利用直尺測(cè)量小白菜幼苗的株高、根長(zhǎng)，百分之一電子天平測(cè)定單株鮮質(zhì)量，105 ℃烘干至恒質(zhì)量后再測(cè)定單株干質(zhì)量。

1.3.2 葉片生理指標(biāo) 丙二醛（MDA，硫代巴比妥酸法）含量及硝酸還原酶（NR，活體法）活性的測(cè)定按照高俊鳳的方法；AsA-GSH 循環(huán)抗氧化劑AsA、GSH，氧化還原物質(zhì)脫氫抗壞血酸（DHA），氧化型谷胱甘肽（GSSG）含量及關(guān)鍵酶抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）、單脫氫抗壞血酸還原酶（MDHAR）、脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）、谷胱甘肽還原酶（GR）活性的測(cè)定按照趙肖瓊等和王俊力等的方法；硝態(tài)氮（NO-N，紫外分光法）、銨態(tài)氮（NH-N，紫外分光法）含量及亞硝酸還原酶（NiR）、谷氨酰胺合成酶（GS）活性測(cè)定參考馬曉華等的方法；谷氨酸合成酶（GOGAT）、谷氨酸脫氫酶（GDH）活性測(cè)定參照車永梅等的方法。每個(gè)指標(biāo)測(cè)定均3 次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)WPS 2019 和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Spd對(duì)NaCl脅迫下小白菜幼苗生長(zhǎng)的影響

由表2 可知，NT 處理顯著抑制了小白菜幼苗的生長(zhǎng)，其株高、根長(zhǎng)、單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量較CK分別降低了23.36%、28.36%、25.15%和40.91%。噴施Spd 能不同程度緩解NaCl 脅迫下小白菜幼苗的生長(zhǎng)，且緩解程度隨著噴施Spd 濃度的增加先升后降，NT+1.2 Spd 處理的小白菜幼苗株高、根長(zhǎng)、單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量較NT 處理分別顯著增加了23.05%、33.27%、25.41%和53.85%，增幅最大。

表2 Spd 對(duì)NaCl 脅迫下小白菜幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2 Spd 對(duì)NaCl 脅迫下小白菜幼苗葉片MDA 和AsA-GSH循環(huán)相關(guān)物質(zhì)含量的影響

從表3 可以看出，與CK 相比，NT 處理下MDA、AsA、GSH、GSSG 含量及AsA/DHA、GSH/GSSG 比值均顯著增加，分別增加了87.37%、28.57%、35.90%、12.50%和18.71%、14.51%，而DHA含量變化不明顯。NaCl 脅迫下，MDA 含量隨著噴施Spd 濃度的增加先降后升，而AsA、DHA、GSH、GSSG 含量及AsA/DHA、GSH/GSSG 比值隨著噴施Spd 濃度的增加先升后降。與NT 相比，NT+1.2 Spd 處理的AsA、DHA、GSH、GSSG 含量及AsA/DHA、GSH/GSSG 比值分別顯著增加了37.96%、22.22%、33.96%、33.33%和15.93%、6.08%，增幅最大；而MDA 含量顯著下降了47.18%，降幅最大。

表3 Spd 對(duì)NaCl 脅迫下小白菜幼苗葉片MDA 和AsA-GSH 循環(huán)相關(guān)物質(zhì)含量的影響

2.3 Spd對(duì)NaCl脅迫下小白菜幼苗葉片AsA-GSH循環(huán)關(guān)鍵酶活性的影響

從表4 可以看出，NT 處理顯著增強(qiáng)了AsA-GSH 循環(huán)4 種關(guān)鍵酶的活性，APX、DHAR、MDHAR 和GR 活性較CK 分別增加了38.91%、22.08%、13.98%和16.54%。噴施Spd 能不同程度地增強(qiáng)AsA-GSH 循環(huán)4 種關(guān)鍵酶的活性，且增強(qiáng)程度隨著噴施Spd 濃度的增加先升后降，NT+1.2Spd 處理的APX、DHAR、MDHAR 和GR 活性較NT 處理分別顯著增加了28.15%、25.39%、22.71%和18.68%，增幅最大。

表4 Spd 對(duì)NaCl 脅迫下小白菜幼苗葉片AsA-GSH 循環(huán)關(guān)鍵酶活性的影響

2.4 Spd 對(duì)NaCl 脅迫下小白菜幼苗葉片氮代謝的影響

表5 Spd 對(duì)NaCl 脅迫下小白菜幼苗葉片氮代謝的影響

3 討論與結(jié)論

生物量等形態(tài)特征是植物遭遇鹽脅迫的綜合反映，且植物在幼苗階段對(duì)鹽脅迫更為敏感。本試驗(yàn)中，100 mmol·LNaCl 脅迫下小白菜幼苗的株高、根長(zhǎng)、單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均顯著降低，說(shuō)明NaCl 脅迫對(duì)小白菜幼苗植株的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制效應(yīng)，而葉面噴施0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 mmol·LSpd 溶液能不同程度地改善NaCl 脅迫下小白菜幼苗的生長(zhǎng)狀況，并以1.2 mmol·LSpd 溶液對(duì)NaCl 脅迫下小白菜幼苗生長(zhǎng)的促進(jìn)效果最佳，這與海霞等和鄒芳等的研究結(jié)果類似。

鹽脅迫下植物細(xì)胞內(nèi)ROS 積累量顯著增加引發(fā)了膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物MDA 的產(chǎn)生，且MDA 的積累一定程度可以作為評(píng)價(jià)植物自身氧化脅迫程度和耐受性的關(guān)鍵指標(biāo)。AsA-GSH 循環(huán)是植物體內(nèi)重要的非酶促抗氧化保護(hù)系統(tǒng)，主要通過(guò)抗氧化劑AsA、GSH 以及關(guān)鍵酶APX、MDHAR、DHAR、GR 共同作用維持細(xì)胞的氧化還原平衡。AsA-GSH 循環(huán)中，APX 催化AsA 和HO反應(yīng)生成MDHA 和HO，部分MDHA 可通過(guò)非酶促歧化反應(yīng)進(jìn)一步氧化為DHA，而MDHA 和DHA 可分別通過(guò)MDHAR 和DHAR 催化再生為AsA，同時(shí)GSH 在DHAR 催化下生成GSSG，GSSG 可在GR 催化下重新形成GSH。此外，AsA/DHA、GSH/GSSG 比值可以反映植物細(xì)胞內(nèi)的氧化還原狀態(tài)，是激活植物抗逆基因的重要信號(hào)。研究發(fā)現(xiàn)，燕麥、小麥、甜玉米等能夠通過(guò)調(diào)控AsA-GSH 循環(huán)的抗氧化劑含量和關(guān)鍵酶活性來(lái)協(xié)調(diào)植株體內(nèi)的氧化還原平衡。本試驗(yàn)也得到類似結(jié)果，NaCl 脅迫下小白菜幼苗葉片MDA 積累量明顯高于CK，說(shuō)明NaCl 脅迫加劇了小白菜幼苗的質(zhì)膜氧化傷害，同時(shí)激發(fā)了AsA-GSH 循環(huán)抗氧化系統(tǒng)，主要表現(xiàn)為抗氧化劑（AsA、GSH）和GSSG 含量、氧化還原狀態(tài)（AsA/DHA、GSH/GSSG 比值）及關(guān)鍵酶APX、MDHAR、DHAR、GR 活性顯著提高。葉面噴施Spd 溶液可進(jìn)一步提升NaCl 脅迫下的APX、MDHAR、DHAR、GR 活性，維持植株體內(nèi)較高水平的抗氧化劑（AsA、GSH）含量及氧化還原狀態(tài)（AsA/DHA、GSH/GSSG 比值），保證ASA-GSH循環(huán)的高效運(yùn)行，從而加快清除MDA 的過(guò)度累積。其中，以噴施1.2 mmol·LSpd 溶液時(shí)NaCl 脅迫下小白菜幼苗葉片AsA-GSH 循環(huán)的運(yùn)行效果最優(yōu)。

綜上所述，100 mmol·LNaCl 脅迫對(duì)小白菜幼苗的正常生長(zhǎng)產(chǎn)生明顯的負(fù)效應(yīng)，葉面噴施Spd 溶液不同程度促進(jìn)了小白菜幼苗對(duì)NaCl 脅迫適應(yīng)性的增強(qiáng)。其中，1.2 mmol·LSpd 溶液對(duì)小白菜Na-Cl 脅迫的緩解效果最佳，能夠通過(guò)增強(qiáng)植株的AsA-GSH 循環(huán)及氮代謝，降低脂質(zhì)過(guò)氧化水平，最終表現(xiàn)為促進(jìn)NaCl 脅迫下小白菜幼苗生長(zhǎng)。