海藻糖對鹽脅迫下兩個沙棘品種逆境生理的影響

武亞瓊

(山西省桑干河楊樹豐產(chǎn)林實驗局 大同 037006)

土壤鹽漬化是影響植物生長發(fā)育的重要因素，由于晉北地區(qū)降水稀少，夏季蒸發(fā)強(qiáng)烈，這也導(dǎo)致了大面積土壤發(fā)生次生鹽漬化[1]。在園林苗圃育苗中，化學(xué)肥料的不當(dāng)施用也導(dǎo)致部分地區(qū)苗圃土壤發(fā)生了次生鹽堿化，從而嚴(yán)重影響了苗圃培育優(yōu)質(zhì)壯苗工作[2]。為解決這一問題，改良鹽堿地和提高植物耐鹽性是一種切實有效的途徑[3]。沙棘Hippophaerhamnoides是晉北地區(qū)重要的綠化樹種之一，具有保持水土、防風(fēng)固沙和涵養(yǎng)水源的重要功能[4]。沙棘適應(yīng)性強(qiáng)，對土壤要求不嚴(yán)，輕度鹽堿條件下能夠生長，中度和重度鹽脅迫會抑制植株生長，降低移栽苗的成活率[5]。因此，通過施用外源物質(zhì)提高沙棘耐鹽性，促進(jìn)苗木生長和提高移栽苗成活率具有重要的實踐意義[6]。海藻糖是植物體內(nèi)一種具有抵抗非生物脅迫的重要活性物質(zhì)[7]，鹽脅迫下其積累量的增加可以提高植物體滲透調(diào)節(jié)能力，并且還具有清除活性氧和提高其他抗氧化酶活性的重要作用[8]，海藻糖積累量的高低也會對植物生長發(fā)育產(chǎn)生顯著影響[9]。從前人的相關(guān)研究來看，人工噴施海藻糖是提高植物抗鹽能力的有效途徑之一，也是促進(jìn)植物生長發(fā)育的重要栽培措施[10]。因此，研究海藻糖對沙棘逆境生理的影響規(guī)律，可以為其育苗和栽培過程中利用海藻糖緩解鹽脅迫危害提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021年5～6月在桑干河楊樹豐產(chǎn)林實驗局下屬苗圃試驗田內(nèi)進(jìn)行。試驗選擇耐鹽性較強(qiáng)的中國沙棘Hippophaerhamnoidessubsp.SinensisRousi和耐鹽性較弱的齊棘兩個沙棘品種。兩個品種均為1 a生扦插苗，2020年3月在苗圃地扦插繁殖，7月2日移栽入塑料栽植盆中，栽植盆規(guī)格為30 cm×30 cm×35 cm，每盆裝入土壤20 kg，每盆栽1株。苗木移栽后，每隔10 d澆水1次，連續(xù)澆水4次后正常養(yǎng)護(hù)，防止發(fā)生干旱脅迫和病蟲危害。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)置5個處理，其中T1為空白對照，NaCl 0 mg·L-1+Tre 0 mmol·L-1；T2為鹽脅迫處理，NaCl 200 mmol·L-1+Tre 0 mmol·L-1；T3為低濃度海藻糖處理，NaCl 200 mmol·L-1+Tre 0.2 mmol·L-1；T4為中等濃度的海藻糖處理，NaCl 200 mmol·L-1+Tre 0.4 mmol·L-1；T5為高濃度的海藻糖處理，NaCl 200 mmol·L-1+Tre 0.6 mmol·L-1。5月10日，將試驗苗木搬遷至防雨棚中，5月20日，按照試驗設(shè)計，將配置好的NaCl溶液澆入塑料栽植盆中，其中T1澆入1 500 mL清水，T2至T5處理每盆澆入1 500 mL的NaCl溶液(200 mmol·L-1)，每個塑料栽植盆下放置一個盆拖，將收集的滲漏液澆入栽植盆中。T3、T4、T5處理按照試驗設(shè)計配置好海藻糖溶液后，分別于5月21～25日葉面噴施至所有葉片滴水為止，T1和T2處理噴施等量的清水。每個處理每個品種12盆，共計120盆，栽植盆隨機(jī)排列。

1.3 試驗取樣及測定方法

分別于海藻糖處理后的第15天、第30天和第45天取樣。取樣時，每個處理選取3株苗木，每株苗木上隨機(jī)摘取4片葉，帶回實驗室清洗干凈，用于生理指標(biāo)的測定。葉綠素含量測定采用浸提法[11]，丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸(TBA)法[9]，可溶性糖含量測定采用蒽酮法[9]，可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)法[9]，游離脯氨酸含量測定采用茚三酮法[9]，海藻糖-6-磷酸磷酸酶(Trehalose-6-phosphate phosphatase，TPP)活性測定使用北京索萊寶科技有限公司試劑盒所描述方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理和圖表制作使用Excel 2010版軟件，方差分析使用DPS 7.05版軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 海藻糖對鹽脅迫下兩個沙棘品種葉綠素含量的影響

中國沙棘和齊棘在海藻糖處理后第15～45天方差分析結(jié)果中p值均小于0.01，表明兩個沙棘品種不同處理間葉綠素含量均存在極顯著差異(表1)。多重比較結(jié)果如圖1，鹽脅迫與對照相比顯著降低了兩個沙棘品種葉片內(nèi)的葉綠素含量，外源海藻糖顯著提高了鹽脅迫下沙棘葉片內(nèi)的葉綠素含量。第15～45天，中國沙棘T4葉綠素含量分別比T2提高了24.07%、29.28%和52.17%，差異顯著，齊棘T4分別比T2提高了32.23%、29.89%和60.95%，差異顯著，表明T4與T2相比顯著提高了鹽脅迫下兩個沙棘品種葉綠素含量。第15～30天，中國沙棘和齊棘葉綠素含量T4均顯著高于T3，表明0.4 mmol·L-1的海藻糖對提高兩個沙棘品種葉綠素含量效果顯著優(yōu)于0.2 mmol·L-1；第15～30天，兩個沙棘品種葉綠素含量T4顯著高于T5，第45天無顯著差異，表明0.6 mmol·L-1海藻糖與0.4 mmol·L-1相比僅在處理后30 d內(nèi)對葉綠素含量產(chǎn)生顯著影響。

表1 兩個沙棘品種葉綠素含量方差分析表

圖1 海藻糖對鹽脅迫下兩個沙棘品種葉綠素含量影響的多重比較注：圖中不同小寫字母表示不同處理在同一取樣時期差異顯著(P<0.05)，下同。

2.2 海藻糖對鹽脅迫下兩個沙棘品種MDA含量的影響

中國沙棘和齊棘在海藻糖處理后第15～45天方差分析結(jié)果中p值均小于0.01，表明兩個沙棘品種不同處理間MDA含量均存在極顯著差異(表2)。多重比較結(jié)果如圖2，表明鹽脅迫與對照相比顯著提高了兩個沙棘品種葉片內(nèi)的MDA含量，T4和T5與T2相比均顯著降低了MDA含量。第15、30和45天，中國沙棘T4分別比T3降低了14.55%、23.42%和15.98%，差異顯著，齊棘T4分別比T3降低了15.55%、17.78%和14.65%，差異顯著，表明T4與T3相比對緩解鹽脅迫對沙棘的危害達(dá)到了顯著水平；第15天和第30天，中國沙棘和齊棘T5與T4之間無顯著差異，表明海藻糖濃度從T4提高至T5在處理后30 d內(nèi)不會對兩個沙棘品種MDA含量產(chǎn)生顯著影響。整個試驗期間，T4與T2相比MDA含量在第30天中國沙棘和齊棘分別降低了29.55%和28.79%，第45天分別降低了26.38%和24.46%，說明海藻糖處理后30 d對緩解沙棘鹽脅迫效果最明顯。

表2 兩個沙棘品種MDA含量方差分析表

圖2 海藻糖對鹽脅迫下兩個沙棘品種MDA含量影響的多重比較

2.3 海藻糖對鹽脅迫下兩個沙棘品種游離脯氨酸含量的影響

中國沙棘和齊棘在海藻糖處理后第15～45天方差分析結(jié)果中p值均小于0.01，表明兩個沙棘品種不同處理間游離脯氨酸含量均存在極顯著差異(表3)。多重比較結(jié)果如圖3，表明第30天和第45天，鹽脅迫與對照相比顯著提高了兩個沙棘品種葉片內(nèi)的游離脯氨酸含量，外源海藻糖提高了鹽脅迫下兩個沙棘品種的游離脯氨酸含量。中國沙棘游離脯氨酸含量表現(xiàn)為隨著海藻糖濃度增加先升高后降低的變化，第15、30和45天，T4與T2相比分別提高了12.41%、18.61%和16.47%，差異顯著，齊棘T4分別比T2提高了29.36%、28.23%和23.06%，差異顯著，表明T4能夠顯著提高鹽脅迫下兩個沙棘品種游離脯氨酸含量；第15～45天，兩個沙棘品種游離脯氨酸含量T4顯著高于T3，第15～30天，T4與T5之間無顯著差異。T4在不同時間對鹽脅迫下沙棘游離脯氨酸含量的影響不同，兩個品種均在海藻糖處理后第30天對提高鹽脅迫下沙棘游離脯氨酸含量的幅度最大，第45天均表現(xiàn)出降低趨勢。

表3 兩個沙棘品種游離脯氨酸含量方差分析表

表3 兩個沙棘品種游離脯氨酸含量方差分析表

圖3 海藻糖對鹽脅迫下兩個沙棘品種游離脯氨酸含量影響的多重比較

2.4 海藻糖對鹽脅迫下兩個沙棘品種TPP活性的影響

中國沙棘和齊棘在海藻糖處理后第15～45天方差分析結(jié)果中p值均小于0.01，表明兩個沙棘品種不同處理間TPP活性均存在極顯著差異(表4)。多重比較結(jié)果如圖4，表明鹽脅迫與對照相比提高了兩個沙棘品種TPP活性，外源海藻糖具有提高鹽脅迫下沙棘TPP活性的作用。整個試驗期間，中國沙棘T4處理的TPP活性處于最高值，與T2相比分別提高了12.71%、20.86%和21.23%，差異顯著；齊棘T4分別比T2提高了15.50%、22.12%和12.89%，差異顯著，表明該處理顯著提高了鹽脅迫下兩個沙棘品種的TPP活性。第30～45天，T4顯著高于T3和T5處理，表明T4對提高鹽脅迫下沙棘TPP活性效果優(yōu)于T3和T5。第45天，海藻糖對提高鹽脅迫下中國沙棘TPP活性效果最佳，而齊棘在第30天，第45天表現(xiàn)出降低的變化。

表4 兩個沙棘品種TPP活性方差分析表

圖4 海藻糖對鹽脅迫下兩個沙棘品種TPP活性影響的多重比較

2.5 海藻糖對鹽脅迫下兩個沙棘品種可溶性糖含量的影響

中國沙棘和齊棘在海藻糖處理后第15～45天方差分析結(jié)果中p值均小于0.01，表明兩個沙棘品種不同處理間可溶性糖含量均存在極顯著差異(表5)。多重比較結(jié)果如圖5，表明鹽脅迫與對照相比顯著提高了兩個沙棘品種葉片內(nèi)的可溶性糖含量，T4、T5處理顯著提高了鹽脅迫下兩個沙棘品種的可溶性糖含量。第15～45天，中國沙棘可溶性糖含量表現(xiàn)為隨著海藻糖濃度的增加先升高后降低的變化，第30～45天，齊棘也表現(xiàn)出相同的變化。整個試驗期間，中國沙棘T4分別比T2提高了81.21%、83.11%和80.28%，差異顯著，第30天和第45天，T4顯著高于T3和T5處理。齊棘T4分別比T2提高了80.86%、78.08%和65.86%，差異顯著，T4顯著高于T3，T4與T5之間無顯著差異。從海藻糖對提高鹽脅迫下沙棘可溶性糖效果上來看，中國沙棘在處理后第30天最高，齊棘在第45天最高，第30天與第15天無顯著差異。

表5 兩個沙棘品種可溶性糖含量方差分析表

圖5 海藻糖對鹽脅迫下兩個沙棘品種可溶性糖含量影響的多重比較

2.6 海藻糖對鹽脅迫下兩個沙棘品種可溶性蛋白含量的影響

中國沙棘和齊棘在海藻糖處理后第15～45天方差分析結(jié)果中p值均小于0.01，表明兩個沙棘品種不同處理間可溶性蛋白含量均存在極顯著差異(表6)。多重比較結(jié)果如圖6，表明鹽脅迫與對照相比顯著提高了兩個沙棘品種葉片內(nèi)的可溶性蛋白含量，T4和T5處理顯著提高了鹽脅迫下兩個沙棘品種的可溶性蛋白含量。整個試驗期間，中國沙棘T4與T2相比可溶性蛋白含量分別提高了76.49%、87.40%和92.52%，差異顯著；在第15、30、45天，均為T3顯著低于T4，T5與T4之間無顯著差異。齊棘T4與T2相比分別提高了61.32%、80.30%和128.58%，差異顯著，T4顯著高于T3，T4與T5之間無顯著差異。從試驗結(jié)果來看，兩個沙棘品種對提高鹽脅迫下可溶性蛋白含量均在海藻糖處理后第45天達(dá)到最高。

表6 兩個沙棘品種可溶性蛋白含量方差分析表

圖6 海藻糖對鹽脅迫下兩個沙棘品種可溶性蛋白含量影響的多重比較

3 討論

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要色素，其含量的高低與植物光合能力直接相關(guān)[12]，而較強(qiáng)的光合能力又是植物緩解非生物脅迫的有效途徑[13]。鹽脅迫會導(dǎo)致植物體內(nèi)葉綠素分解，從而導(dǎo)致葉綠素含量降低，影響光合作用的進(jìn)行，從而抑制植物生長[14]。本試驗結(jié)果中，鹽脅迫顯著降低了中國沙棘和齊棘葉片內(nèi)的葉綠素含量，而外源海藻糖提高了鹽脅迫下兩個沙棘品種葉片內(nèi)的葉綠素含量，這與柳福智[15]的研究結(jié)果一致，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因與海藻糖可以抑制鹽脅迫下植物葉綠素分解有關(guān)。不同濃度海藻糖處理比較來看，0.4 mmol·L-1對提高葉綠素含量的效果明顯優(yōu)于0.2 mmol·L-1處理。

鹽脅迫會導(dǎo)致植物體內(nèi)積累大量的活性氧，從而使膜系統(tǒng)遭到破壞，引起MDA含量升高，因此MDA含量高低可以作為判斷植物受害程度的重要指標(biāo)[16]。本項研究結(jié)果表明，外源海藻糖降低了兩個品種沙棘葉片內(nèi)的MDA含量，這可能與海藻糖可以有效緩解非生物脅迫對植物的危害有關(guān)[9]。從不同濃度海藻糖對MDA含量的影響來看，0.4 mmol·L-1處理降低MDA含量效果較其他兩個濃度處理更顯著。游離脯氨酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，鹽脅迫下其含量的升高有利于提高植物持水能力，從而緩解鹽脅迫對植物的危害[17]。本研究結(jié)果中，外源海藻糖提高了鹽脅迫下兩個沙棘品種葉片內(nèi)的游離脯氨酸含量，對緩解鹽脅迫對沙棘的危害具有重要作用。

TPP將海藻糖-6-磷酸的磷酸基去掉生成海藻糖，海藻糖被海藻糖酶分解為兩個葡萄糖分子，TPP活性的升高有利于葡萄糖的形成，從而導(dǎo)致植物體內(nèi)可溶性糖含量升高[18]。本研究結(jié)果中，外源海藻糖顯著提高了鹽脅迫下兩個沙棘品種葉片內(nèi)的TPP活性，從而提高了海藻糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖的速率，使得沙棘葉片內(nèi)可溶性糖含量顯著升高，從而提高細(xì)胞持水能力，緩解干旱脅迫對沙棘的危害。海藻糖作為一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，還具有防止逆境脅迫下可溶性蛋白分解的作用[18]。本試驗結(jié)果表明，適宜濃度的外源海藻糖提高了鹽脅迫下兩種沙棘葉片內(nèi)的可溶性蛋白含量，可溶性蛋白的積累可以降低鹽脅迫對植物的危害。當(dāng)海藻糖積累量過高時，植物的碳水化合物途徑和活性氧代謝會變得紊亂，加劇逆境脅迫對植物的危害，這也是本研究中過高的海藻糖對沙棘逆境生理指標(biāo)影響不顯著的重要原因[19]。隨著海藻糖處理后時間的延長，各項生理指標(biāo)在第30～45天達(dá)到最高值，由此可以推論，海藻糖緩解沙棘鹽脅迫的最佳時間為處理后第30～45天。綜上所述，0.4 mmol·L-1的海藻糖是緩解沙棘鹽脅迫的適宜濃度，海藻糖對TPP活性的調(diào)控作用是其提高沙棘抗鹽性的重要生理機(jī)制。

4 結(jié)論

(1)鹽脅迫下，兩個沙棘品種葉綠素和MDA含量會顯著降低，TPP活性、游離脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量均升高。

(2)0.4 mmol·L-1的海藻糖顯著提高了鹽脅迫下兩個沙棘品種葉綠素含量，顯著降低了MDA含量，顯著提高了TPP活性，有利于可溶性糖和可溶性蛋白的合成，有效緩解鹽脅迫對沙棘的危害。

(3)海藻糖處理后第30～45天對改善沙棘生理特性，緩解鹽脅迫危害效果最明顯。

(4)0.4 mmol·L-1的海藻糖顯著提高TPP活性是沙棘耐鹽性提高的重要生理機(jī)制，海藻糖的適宜處理濃度為0.4 mmol·L-1。