海藻精對NaCl脅迫下黃瓜幼苗抗性生理的影響

侯江濤， 楊雅蘭， 趙瑩菲， 王詩贊， 張志芳

(商丘學(xué)院風(fēng)景園林學(xué)院，河南商丘 476000)

土壤鹽漬化問題已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的主要問題之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國各類鹽堿地面積總計(jì)9 913.3萬hm。幼苗是植物產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，也是對外界脅迫最敏感的階段。在鹽脅迫條件下，Na、Cl等一些離子會(huì)對植物產(chǎn)生毒害作用，破壞酶和細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致光合強(qiáng)度下降，抗氧化酶活性降低，同時(shí)由于土壤中過量的鹽離子，使植物難以吸水，地上部分生長緩慢，葉片枯黃。因此，如何緩解鹽脅迫對植物造成的危害，在實(shí)踐上具有重要意義。海藻精是一種以天然海藻為主要原料的新型植物生長調(diào)節(jié)劑，因其對植物無毒無殘留且對環(huán)境無污染，在蔬菜、水果等植物中被廣泛利用。許多研究表明，海藻精可有效緩解干旱、水分脅迫和病菌侵染等對植物造成的傷害。Hashem等研究發(fā)現(xiàn)，海藻肥能顯著增加油菜葉片中葉綠素含量，提高脯氨酸、酚類物質(zhì)含量，增強(qiáng)抗氧化酶活性，通過保護(hù)細(xì)胞膜的完整性來減輕高鹽脅迫帶來的傷害，改善作物生長和產(chǎn)量。李婧等發(fā)現(xiàn)，海藻精能夠降低丙二醛(MDA)和自由基的積累，提高植物的抗旱性。此外，海藻精還能提供氮和礦物質(zhì)元素，釋放植物生長調(diào)節(jié)激素來調(diào)節(jié)植物生長，減少因礦物質(zhì)缺乏而引起的生理障礙，從而提高植物的產(chǎn)量和抗霜凍能力。

黃瓜(L.)屬葫蘆科(Cucurbitaceae)黃瓜屬()植物，在我國各地均有栽培，具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)，黃瓜生產(chǎn)在全國蔬菜產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。而黃瓜生長過程中對鹽脅迫較為敏感，土壤鹽漬化會(huì)導(dǎo)致黃瓜生長發(fā)育受到嚴(yán)重抑制。因此，本試驗(yàn)以黃瓜為試驗(yàn)材料，研究葉面噴施海藻精對NaCl脅迫下黃瓜幼苗生長、葉片光合特性和抗性生理的影響，以期為海藻精在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種為富陽2號(hào)，市售海藻精(海藻酸含量≥21%，鄭州銀?；び邢薰旧a(chǎn))。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年9—12月在商丘學(xué)院園藝園林實(shí)訓(xùn)中心玻璃溫室中進(jìn)行。以蒸餾水為溶劑，分別將海藻精稀釋為1 000(T1)、1 500(T2)、2 000(T3)倍液，另設(shè)清水對照(CK，純蒸餾水處理)，鹽脅迫對照(SS，即 200 mmol/L NaCl+等量清水)。挑選籽粒飽滿的黃瓜種子播種于裝有等量基質(zhì)的32穴盤中，待幼苗長出2片子葉時(shí)，在晴朗無風(fēng)的天氣于17：00將海藻精噴施于葉片正反兩面，CK和鹽脅迫對照分別噴施等量的蒸餾水，5 d噴施1次，連續(xù)噴施2次后，至幼苗長至3葉1心時(shí)，對3個(gè)海藻精處理和鹽脅迫對照以灌根的方式，每穴孔灌入10 mL 200 mmol/L NaCl 溶液模擬鹽脅迫，CK處理澆灌等量的蒸餾水。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，每次重復(fù)7株。鹽脅迫7 d后，取幼苗葉片測定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)測定及方法

用直尺測定株高；用稱重法測定地上部及地下部鮮質(zhì)量，采用RC-FA-224C電子分析天平(北京睿誠永創(chuàng)科技有限公司)進(jìn)行測定；采用便攜式光合測定系統(tǒng)(Li-6400，美國LI-COR公司)測定葉片光合特性；葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸及MDA含量，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)及過氧化氫酶(CAT)活性參考李合生主編的《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)》測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2019分析數(shù)據(jù)及繪圖，用SPSS 25.0進(jìn)行顯著性方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 海藻精對NaCl脅迫下黃瓜幼苗生長的影響

200 mmol/L NaCl處理顯著降低了黃瓜幼苗的株高、地上部及地下部鮮質(zhì)量(表1)。與CK相比，鹽脅迫對照的株高、地上部及地下部鮮質(zhì)量分別降低34.79%、21.85%和34.29%。NaCl和不同濃度海藻精共同處理下對黃瓜幼苗的生長有明顯的促進(jìn)作用，在不同濃度海藻精處理中，以2 000倍液處理下黃瓜幼苗株高、地上部及地下部鮮質(zhì)量達(dá)到最大值，株高是鹽脅迫對照的1.59倍，地上部及地下部鮮質(zhì)量與鹽脅迫對照相比分別顯著提高37.59%、54.35%。同時(shí)，2 000倍液處理黃瓜幼苗各指標(biāo)均高于CK，但差異不顯著，說明海藻精在緩解NaCl對黃瓜幼苗生長的抑制作用的同時(shí)，為黃瓜提供氮素和釋放植物生長調(diào)節(jié)激素來促進(jìn)其幼苗生長。當(dāng)噴施海藻精1 000倍液時(shí)，黃瓜幼苗各指標(biāo)顯著低于2 000倍液處理?？梢姡}脅迫下，噴施一定濃度的海藻精溶液能促進(jìn)黃瓜幼苗的生長但濃度過高則促進(jìn)效果不顯著。

表1 海藻精對NaCl脅迫下黃瓜幼苗生長的影響

2.2 海藻精對NaCl脅迫下黃瓜幼苗葉片色素含量的影響

200 mmol/L NaCl處理顯著降低了黃瓜幼苗葉片色素的含量(表2)。與CK相比，鹽脅迫對照葉片中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b及類胡蘿卜素含量均下降，分別降低37.59%、62.22%、47.53%和42.86%。與鹽脅迫對照相比，用不同稀釋倍數(shù)的海藻精溶液處理后，黃瓜幼苗葉片中各色素含量均升高，其中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b含量的差異達(dá)到顯著性水平，提高幅度分別為26.51%～56.63%、41.18～158.82%、29.91%～87.18%。在鹽脅迫下，海藻精1 000倍液處理與鹽脅迫對照相比，提高了黃瓜幼苗葉片類胡蘿卜素含量，但差異未達(dá)到顯著水平?？梢姡瑖娛┖Ｔ寰芤耗軠p輕鹽脅迫對黃瓜幼苗葉片光合色素的傷害，但恢復(fù)不到原有水平。黃瓜幼苗葉片色素含量隨海藻精溶液濃度的降低呈現(xiàn)上升趨勢，其中在海藻精 2 000 倍液處理時(shí)各指標(biāo)達(dá)到最大值。

表2 海藻精對NaCl脅迫下黃瓜幼苗色素含量的影響

2.3 海藻精對NaCl脅迫下黃瓜幼苗葉片光合特性的影響

200 mmol/L NaCl處理使黃瓜幼苗凈光合速率()、蒸騰速率()及氣孔導(dǎo)度()顯著降低(圖1)。與CK相比， 鹽脅迫對照的、及分別降低59.02%、53.30%、29.51%，但胞間CO濃度()降低未達(dá)到顯著水平。與鹽脅迫對照相比，在不同濃度海藻精處理中，海藻精2 000倍液處理下黃瓜幼苗葉片的、及達(dá)到最大值，分別是鹽脅迫對照的2.10、1.99、1.39倍，比鹽脅迫對照降低9.12%，但無顯著性差異?？梢姡}脅迫會(huì)使黃瓜幼苗葉片中葉綠素降解加快，導(dǎo)致光合作用下降，而海藻精能緩解鹽脅迫對光合作用的抑制作用。

2.4 海藻精對NaCl脅迫下黃瓜幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由圖2-A可知，與CK相比，鹽脅迫對照的幼苗可溶性蛋白含量顯著增加；與鹽脅迫對照相比，不同濃度海藻精處理下黃瓜幼苗可溶性蛋白含量均有所提高，海藻精稀釋1 500、2 000倍時(shí)，可溶性蛋白含量較鹽脅迫對照分別提高2.41%、2.77%，且達(dá)到顯著差異，1 000倍液處理下可溶性蛋白含量較鹽脅迫對照提高0.84%，但差異未達(dá)到顯著水平。由圖2-B可知，與CK相比，鹽脅迫對照降低了黃瓜幼苗的可溶性糖含量，但無顯著性差異；在不同濃度海藻精處理中，海藻精2 000倍液處理下黃瓜幼苗可溶性糖含量達(dá)到最大值，與鹽脅迫對照相比顯著提高75.32%。由圖2-C可知，鹽脅迫對照黃瓜幼苗的脯氨酸含量與CK相比顯著增加；與鹽脅迫對照相比，不同濃度海藻精處理均可顯著提高黃瓜幼苗的脯氨酸含量，當(dāng)海藻精稀釋2 000倍時(shí)，黃瓜幼苗的脯氨酸含量最高，與其他處理相比差異達(dá)到顯著水平，且較鹽脅迫對照提高51.63%。以上結(jié)果說明，海藻精能提高黃瓜幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，增強(qiáng)其在鹽脅迫下的滲透調(diào)節(jié)能力。

2.5 海藻精對NaCl脅迫下黃瓜幼苗葉片抗氧化酶活性及MDA含量的影響

與CK比較，200 mmol/LNaCl處理使黃瓜幼苗葉片抗氧化酶活性及MDA含量均有不同程度的提高(圖3)。由圖3-A、圖3-B可知，在不同濃度海藻精處理中，以2 000倍液處理后黃瓜SOD及POD活性達(dá)到最大值，與鹽脅迫對照相比，分別顯著提高84.61%、38.46%。由圖3-C可知，在NaCl脅迫下，經(jīng)海藻精1 500倍液處理后黃瓜CAT活性最高，與鹽脅迫對照相比，CAT活性顯著提高54.55%。由圖3-D可以看出，正常條件下(CK)黃瓜葉片MDA含量為7.18 μmol/g，在NaCl處理后，MDA含量有所提高。在NaCl處理下，當(dāng)海藻精稀釋倍數(shù)為1 000倍時(shí)，相比鹽脅迫對照無顯著變化，但經(jīng)海藻精2 000倍液處理后，黃瓜葉片MDA含量最低，比鹽脅迫對照顯著降低27.91%?？梢?，鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致黃瓜葉片抗氧化酶活性下降，MDA含量增加，海藻精處理后能明顯提高黃瓜葉片抗氧化酶活性，降低MDA含量，減少膜的損傷程度。

3 結(jié)論與討論

鹽脅迫會(huì)使植物正常生長代謝過程受到抑制，造成植株生長矮小、葉片焦黃等問題。張濤等研究發(fā)現(xiàn)，在150 mmol/L鹽脅迫條件下，辣椒幼苗的株高、地上部鮮質(zhì)量及根總體積均顯著降低。然而有研究發(fā)現(xiàn)，海藻肥能顯著提高黃瓜、番茄全株鮮質(zhì)量和根冠比。本試驗(yàn)結(jié)果表明，鹽脅迫會(huì)抑制黃瓜株高及全株鮮質(zhì)量，經(jīng)過不同濃度的海藻精處理，黃瓜幼苗生長顯著高于鹽脅迫對照，其中以海藻精 2 000 倍液處理效果最佳。說明海藻精可以促進(jìn)黃瓜幼苗生長，提高生物量的積累，為后期黃瓜的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

光合作用是植物合成有機(jī)物的重要途經(jīng)，在植物生長發(fā)育過程中占有重要地位。植物體中光合作用的進(jìn)行主要依靠光合色素的參與，光合色素在光吸收階段起著重要作用，它的含量往往對植物光合能力起決定性作用。鹽脅迫能夠抑制光合作用，顯著降低葉片的葉綠素相對含量，但經(jīng)海藻精處理后，在一定程度上能減輕鹽脅迫對光合作用的抑制作用，促進(jìn)有機(jī)物的積累，提高植物的耐鹽性。本試驗(yàn)結(jié)果表明，鹽脅迫下幼苗葉綠素含量、、和等顯著低于對照，葉綠素含量的降低一方面可能是因?yàn)槿~綠素合成酶活性降低，導(dǎo)致葉綠素合成下降，另一方面由于鹽脅迫導(dǎo)致葉綠體結(jié)構(gòu)受到破壞，使葉綠素的降解加快。而黃瓜光合速率的下降原因可能與鹽脅迫下氣孔的開度有關(guān)。但海藻精處理后鹽脅迫下黃瓜葉片中的光合色素含量及光合相關(guān)指標(biāo)顯著上升。說明海藻精能夠抑制黃瓜葉片光合色素的降解，穩(wěn)定類囊體膜結(jié)構(gòu)，保證鹽脅迫下黃瓜葉片的光合能力，提高凈光合速率，增強(qiáng)黃瓜對鹽脅迫的抵抗能力。

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在維持植物體內(nèi)滲透平衡，保護(hù)生物膜結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定酶及清除植物體內(nèi)自由基中扮演重要角色，植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要有脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白等，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累能使植物在逆境下的耐受能力得到提高，正常條件下植物體內(nèi)脯氨酸含量較低，但在脅迫條件下會(huì)顯著增加，這主要是植物為了保護(hù)體內(nèi)酶活性以及維持細(xì)胞膜的正常結(jié)構(gòu)，應(yīng)對脅迫的一種自我調(diào)節(jié)保護(hù)措施。崔丹丹等研究發(fā)現(xiàn)，海藻肥能夠提高菜心體內(nèi)可溶性蛋白、可溶性糖及脯氨酸含量，增強(qiáng)體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)能力以抵御干旱脅迫。本試驗(yàn)結(jié)果表明，鹽脅迫下黃瓜幼苗體內(nèi)的可溶性蛋白及脯氨酸含量均有不同程度的增加，可能是由于鹽脅迫下，植株幼苗體內(nèi)鈉離子和氯離子濃度增加，打破了細(xì)胞的正常滲透壓，導(dǎo)致幼苗受到滲透脅迫，此時(shí)幼苗體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)會(huì)不斷增加以減少鹽脅迫帶來滲透損傷。與鹽脅迫對照相比，鹽脅迫下施加海藻精提高了黃瓜幼苗可溶性蛋白、可溶性糖及脯氨酸含量。其中，以海藻精2 000倍液處理效果最佳。說明海藻精能促進(jìn)幼苗體內(nèi)滲透物質(zhì)積累，降低鹽脅迫對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷，加強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)能力，提高黃瓜在鹽脅迫下的耐性。

正常環(huán)境條件下，植物體內(nèi)活性氧(ROS)含量會(huì)保持動(dòng)態(tài)平衡，但當(dāng)植物受到外界干旱、鹽堿等脅迫時(shí)，會(huì)破壞平衡狀態(tài)。ROS的大量積累會(huì)對細(xì)胞產(chǎn)生毒害，而植物能通過體內(nèi)的SOD、POD及CAT等抗氧化酶來清除過量的ROS，并改善鹽脅迫下的細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)。MDA可以反映生物膜的損傷程度，常作為衡量植物活性氧損傷程度的指標(biāo)之一，在鹽脅迫下，植物會(huì)積累大量的活性氧，導(dǎo)致氧化應(yīng)激，進(jìn)而導(dǎo)致丙二醛水平升高，細(xì)胞膜功能障礙，甚至造成細(xì)胞死亡。楊建軍等研究發(fā)現(xiàn)，在NaCl脅迫下，黃瓜幼苗SOD、POD及CAT酶活性均明顯降低，MDA含量顯著上升，使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性遭到破壞。此次研究中發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫使植物體內(nèi)SOD、POD及CAT酶活性有所增加，這與向警等的研究結(jié)果一致，可見當(dāng)黃瓜幼苗受到鹽脅迫時(shí)，會(huì)通過增強(qiáng)抗氧化活性來抵御不良傷害。同時(shí)，與CK相比單獨(dú)用NaCl處理后，黃瓜幼苗中MDA含量明顯增加，但再用不同濃度的海藻精處理后，會(huì)降低MDA含量，減輕鹽脅迫下細(xì)胞膜的損傷程度，提高抗氧化酶活性，有效清除鹽脅迫產(chǎn)生的ROS，提高黃瓜幼苗的抗鹽能力。

綜上所述，鹽脅迫會(huì)抑制黃瓜幼苗生長，降低可溶性蛋白、可溶性糖及脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，提高M(jìn)DA含量，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低植物體內(nèi)葉綠素含量，影響光合作用。葉面噴施不同濃度海藻精可以顯著增加鹽脅迫下黃瓜幼苗體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，增強(qiáng)植物滲透調(diào)節(jié)能力，提高SOD、POD及CAT活性，清除大量ROS，降低MDA含量。最終顯著提高黃瓜幼苗葉綠素含量，增強(qiáng)光合特性，促進(jìn)植物生長。綜合不同的濃度效果，初步篩選出在200 mmol/L NaCl脅迫下，噴施海藻精 2 000 倍液最有利于緩解黃瓜幼苗受到的鹽脅迫損傷，減輕鹽脅迫對黃瓜幼苗的毒害作用，增強(qiáng)植物的抗鹽堿能力。