外源油菜素內(nèi)酯對鹽脅迫下紫羅蘭幼苗生長及生理特性的影響

魏 茜,何 敏,胡小京

(貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院,貴陽 550025)

【研究意義】紫羅蘭(MatthiolaincanaL.)為十字花科紫羅蘭屬的草本花卉,具有品種繁多、花色豐富、香氣濃郁等特點(diǎn)[1]。紫羅蘭花莖聳立,花序大且花色絢麗,適于盆花栽培、花壇景觀等,如今為國際花卉市場上重要的盆花和切花。紫羅蘭喜溫暖,不耐嚴(yán)寒,忌炎熱,適宜生長在氣溫涼爽、光照充足的地區(qū),同時喜中性土壤,忌堿怕澇[2]。目前我國鹽荒地和鹽漬化耕地面積約占可耕地總面積的1/4[3],因此對鹽堿地區(qū)紫羅蘭的抗鹽栽培進(jìn)行研究,對鹽堿地區(qū)開發(fā)園林景觀植物栽培品種具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤中鹽濃度過高不僅會影響植物基因表達(dá)、成熟和產(chǎn)量[4],同時還會導(dǎo)致植物體內(nèi)膜系統(tǒng)氧化損傷、滲透調(diào)節(jié)失衡、產(chǎn)生離子毒害等,輕者影響花卉品質(zhì),重者則直接導(dǎo)致植株損傷甚至死亡,引起植物生長發(fā)育和形態(tài)建成上的改變[5-6]。油菜素內(nèi)酯(Brassinolide,BR)是一種天然甾醇類植物激素,無毒害且具有較高活性,廣泛存在于莖、葉、果實(shí)、種子、花等植物器官中,在植物對抗生物和非生物脅迫以及生長發(fā)育過程中均起著不可或缺的作用。BR能充分激發(fā)植物體內(nèi)的內(nèi)在潛能、促進(jìn)植物生長,有效提高農(nóng)作物產(chǎn)量和抗逆性等,同時降低脅迫對植物的損傷程度,有效地減輕農(nóng)藥對農(nóng)作物的影響和藥害[7-8]。高戰(zhàn)武等[9]研究發(fā)現(xiàn),施加外源BR可以顯著提高鹽脅迫下羊草的生物量,SOD、CAT等酶活性以及抗氧化酶生物合成基因(Cu/Zn-SOD、CAT、APX)的表達(dá)水平;華銳智等[10]在0.5% NaCl脅迫下,葉面噴施適宜濃度BR能提高黃岑幼苗的抗氧化酶活性、Pro含量并降低MDA含量,提高植株的耐鹽性和抗逆性。除此之外,BR還具有生長素和赤霉素的相關(guān)特性,即可以從縱向伸長和橫向擴(kuò)展兩方面促進(jìn)植物生長[11]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】迄今為止,關(guān)于BR促進(jìn)植物生長和提高植物抗逆性方面的研究報道甚少,現(xiàn)已成為新的研究熱點(diǎn)。隨著土地鹽漬化和紫羅蘭種植面積的不斷擴(kuò)大,土壤鹽害對其生長的影響也日趨嚴(yán)重,解決該問題是當(dāng)務(wù)之急。目前,對紫羅蘭的研究內(nèi)容主要集中在栽培管理、繁殖方法、切花保鮮等方面,而未見關(guān)于激素處理鹽害下紫羅蘭幼苗的研究報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在鹽脅迫環(huán)境條件下,對紫羅蘭幼苗施加不同濃度的BR,測定其生長性狀和生理生化指標(biāo),并篩選出紫羅蘭耐鹽生長最適宜的BR濃度,為紫羅蘭的抗鹽栽培提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院園藝實(shí)驗(yàn)室及設(shè)施大棚內(nèi)進(jìn)行,海拔1055 m,為亞熱帶濕潤溫和型氣候。設(shè)施大棚規(guī)格為10.0 m×5.5 m,棚內(nèi)地面平整,環(huán)境良好,氣候適宜,通風(fēng)狀況良好,有利于紫羅蘭正常生長。

1.2 試驗(yàn)材料

試材為“粉紅”紫羅蘭系列品種,購買于貴州中源生態(tài)科技有限公司。油菜素內(nèi)酯(含量99%)由愛普瑞(焦作)化學(xué)有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)方法

油菜素內(nèi)酯噴施共設(shè)6個處理,P1:0.5%復(fù)鹽(等量NaCl和Na2CO3混合,下同);P2:0.5%復(fù)鹽+0.02 mg/L油菜素內(nèi)酯;P3:0.5%復(fù)鹽+0.04 mg/L油菜素內(nèi)酯;P4:0.5%復(fù)鹽+0.06 mg/L油菜素內(nèi)酯;P5:0.5%復(fù)鹽+0.08 mg/L油菜素內(nèi)酯;P6:0.5%復(fù)鹽+0.1 mg/L油菜素內(nèi)酯;以清水處理為對照(CK)。每個處理15盆,重復(fù)3次。于2020年8月下旬,選取健康飽滿、大小均勻一致且無病蟲害的紫羅蘭種子,用0.1%高錳酸鉀溶液浸泡消毒15 min,蒸餾水漂洗5次后,播種于花盆中,每盆播種3粒,待種子發(fā)芽后選取長勢一致的紫羅蘭幼株定植在以腐殖土為主要基質(zhì)的營養(yǎng)缽中生長,每盆1株,適量澆水以保持正常生長。待苗長出4～5片真葉后葉面噴施油菜素內(nèi)酯,每2 d噴1次,每棵植株每次噴施10 mL,CK和P1用蒸餾水代替。第1次噴施油菜素內(nèi)酯前將0.5%混合鹽溶液緩慢注入花盆中,每盆100 mL,CK用等量的蒸餾水替代。于0、10、20、40、60 d收集葉片進(jìn)行生理生化指標(biāo)測定,試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行植株生長性狀測定,并以試驗(yàn)60 d時的數(shù)據(jù)為準(zhǔn),綜合各處理組的生長性狀和生理生化指標(biāo),采用隸屬函數(shù)進(jìn)行綜合評價。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 生長性狀指標(biāo) 試驗(yàn)結(jié)束后,每個處理隨機(jī)取9株紫羅蘭,用直尺測量株高和主根最大根長,用游標(biāo)卡尺測量莖粗。植株沖洗干凈后,將植株表面的水分吸干,稱量鮮重。

1.4.2 生理生化指標(biāo) 于噴施油菜素內(nèi)酯的0、10、20、40、60 d,每個處理隨機(jī)取9株紫羅蘭測定生理生化指標(biāo)。葉綠素(Chl)含量用丙酮乙醇混合液法測定,可溶性糖(SS)含量用蒽酮比色法測定,可溶性蛋白(SP)含量用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定,脯氨酸(Pro)含量用茚三酮法測定,POD活性用愈創(chuàng)木酚法測定,CAT活性用高錳酸鉀滴定法測定,SOD活性用NBT光還原法測定,MDA含量用TBA法測定,相對電導(dǎo)率(REC)用電導(dǎo)儀法測定[12-13]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2020和DPS對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯著性分析以及繪圖;采用隸屬函數(shù)對所有指標(biāo)進(jìn)行綜合評價分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 BR對鹽脅迫下紫羅蘭幼苗生長性狀指標(biāo)的影響

由表1可知,在鹽脅迫下,各處理的株高、莖粗、根長以及鮮重均顯著低于CK,說明鹽脅迫處理對紫羅蘭幼苗生長有抑制作用。鹽脅迫各處理中,隨著BR濃度的增加,各生長指標(biāo)均呈先上升后下降趨勢,其中,株高以P5最高,為108.8 mm,比P1高16.83%;莖粗和鮮重均以P4表現(xiàn)最佳,較P1顯著增加增幅分別為9.55%和27.91%;主根根長以P3最長,為136.82 mm,較P1顯著增加。說明,鹽脅迫下噴施適宜濃度的BR可顯著促進(jìn)紫羅蘭幼苗生長,有效緩解鹽脅迫對植株幼苗生長的抑制作用。

表1 鹽脅迫下不同濃度BR處理植株的生長性狀

2.2 BR對鹽脅迫下紫羅蘭幼苗生理生化指標(biāo)的影響

2.2.1 葉綠素(Chl)含量 從圖1可知,所有處理植株葉片Chl含量均呈上升趨勢。0 d時,Chl含量大致相同,隨著鹽脅迫時間的延長,各處理組Chl含量均顯著低于CK并高于P1;60 d時,P5的Chl含量最高,較P1增加17.48%,其次為P6、P4,分別增加14.57%和10.45%。表明,鹽脅迫會降低紫羅蘭的Chl含量,BR能促進(jìn)鹽脅迫下紫羅蘭Chl含量的增加,BR噴施濃度以0.08 mg/L效果最好。

圖1 鹽脅迫下不同濃度BR處理紫羅蘭幼苗葉片的葉綠素含量Fig.1 Chl content of Matthiola incana L.treated with different BR concentrations under salt stress

2.2.2 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量 由圖2可知,隨著處理時間的增加,正常生長條件下紫羅蘭的可溶性糖(SS)含量變化不大;鹽脅迫下,P1的SS含量在20 d時達(dá)峰值后下降,在40、60 d時含量降低且低于CK;10～60 d時P2～P6的SS含量均顯著高于CK和P1,至60 d時P2～P6處理間差異均不顯著,以P4的SS含量最高,為8.24%。CK的可溶性蛋白(SP)含量變化幅度較小,其他6個處理的SP含量始終高于CK,且隨著處理時間的增加呈先增后降趨勢,至60 d時,SP含量以P4最高,其次為P3和P5,P1最低,各處理與P1相比差異均達(dá)顯著水平,其中P4增加28.25%。整個處理期間脯氨酸(Pro)含量除CK變化不大外,其余處理均呈先升后降趨勢,且顯著高于CK;P1在20 d時達(dá)峰值,為42.73 μg/g,其余處理則在40 d時達(dá)峰值,以P4最高,為81.37 μg/g;60 d時,Pro含量依次為P5>P6>P4>P2>P3>P1>CK,其中P5較P1增加56.03%。

圖2 鹽脅迫下不同濃度BR處理紫羅蘭幼苗葉片的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量Fig.2 The content of SS,SP and Pro of Matthiola incana L.treated with different BR concentrations under salt stress

2.2.3 抗氧化酶活性 由圖3可知,除CK的POD、CAT、SOD活性無顯著性變化外,其余各處理則隨著鹽脅迫時間的增加均表現(xiàn)為上升趨勢,且噴施BR的處理均高于未噴施處理。60 d時,P5的酶活性最高,其次是P4,P5和P4間差異不顯著。表明,BR能有效增加鹽脅迫下紫羅蘭植株P(guān)OD、CAT、SOD的活性,提高植株清除自由基的能力,從而減輕鹽脅迫對紫羅蘭植株的損傷程度,以P5(0.06 mg/L)效果最佳。

圖3 鹽脅迫下不同濃度BR處理紫羅蘭幼苗葉片的POD、CAT和SOD活性Fig.3 The activity of POD, CAT and SOD of Matthiola incana L.treated with different BR concentrations under salt stress

2.2.4 相對電導(dǎo)率(REC)和MDA含量 從圖4看出,隨著時間的推移,各鹽脅迫處理的REC和MDA含量均呈上升趨勢且顯著高于CK,均以P1和P2含量較高。60 d時,鹽脅迫各處理的REC和MDA含量均明顯高于CK,而噴施BR的處理均低于P1,但P1、P2和P3間差異不顯著,均顯著高于P4、P5和P6。說明,BR能降低鹽脅迫下紫羅蘭的REC和MDA含量,降低細(xì)胞膜的損傷程度,提高紫羅蘭耐鹽性,與P1相比,REC以P5最低,降低29.22%,MDA含量以P4最低,降低16.73%。

圖4 鹽脅迫下不同濃度BR處理紫羅蘭幼苗葉片的相對電導(dǎo)率和MDA含量Fig.4 The content of REC and MDA of Matthiola incana L.treated with different BR concentrations under salt stress

2.3 隸屬函數(shù)分析評價

從表2看出,各處理的綜合表現(xiàn)為P4>P5>CK>P3>P6>P2>P1,其中,P4的隸屬函數(shù)值最高,為0.7038,P1最低,為0.2566,其余處理在兩者之間。由此推斷,噴施濃度0.06 mg/L的BR(P4)對0.5%鹽脅迫下紫羅蘭植株生長的綜合表現(xiàn)最好。

表2 基于隸屬函數(shù)分析不同處理的隸屬函數(shù)值及綜合排名

3 討 論

株高、莖粗、根長、鮮重等農(nóng)藝性狀可以直觀地反映植株生長發(fā)育狀況,其數(shù)值越大,表明植株的生長狀況越好。鹽脅迫下施用BR能顯著提高辣椒[14]、黑麥草[15]、草莓[16]的株高、鮮重、莖粗、發(fā)芽率等生長指標(biāo)。本研究顯示,復(fù)鹽脅迫下外源施用BR能顯著提高紫羅蘭的株高、莖粗、鮮重等生長指標(biāo),并且均優(yōu)于P1(0.5%鹽脅迫+0.00 mg/L BR),這與前人的研究結(jié)果相似,說明BR能有效緩解鹽脅迫對紫羅蘭的損害并促進(jìn)其生物量的增加,對生長指標(biāo)效果最佳濃度為0.06 mg/L。

植株光合作用強(qiáng)弱與葉綠素含量的多少密不可分。Yue等[17]研究表明,BR處理能夠緩解刺槐幼苗鹽脅迫對葉綠體超微結(jié)構(gòu)的破壞,增強(qiáng)植物光合作用,提高耐鹽性。孫彤彤等[18]研究發(fā)現(xiàn),Ca(NO3)2脅迫下黃瓜的Chl含量有所降低,但經(jīng)BR處理后,其葉綠素含量顯著提高。本研究發(fā)現(xiàn),鹽脅迫下紫羅蘭植株葉片的Chl含量有所下降,但施用BR后其含量顯著提高,從而有效減緩鹽脅迫對紫羅蘭Chl合成的影響,進(jìn)一步驗(yàn)證了前人的研究結(jié)果。

Pro、SS、SP等有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是維持細(xì)胞膨壓的重要物質(zhì)。植物細(xì)胞正常情況下滲透壓高于土壤,當(dāng)受到鹽脅迫時,滲透壓下降,產(chǎn)生滲透脅迫,導(dǎo)致生理干旱[19],此時,植物通過提高Pro等有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量,促進(jìn)細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)、降低活性氧含量、保護(hù)膜的完整性及相關(guān)酶的穩(wěn)定性,進(jìn)而保護(hù)植物免受鹽脅迫的傷害。前人研究表明,外源施加BR能提升鹽脅迫下番茄[20]、茄子[21]、水稻[22]等幼苗葉片中SS、SP、Pro含量,從而提高植株耐鹽性。本研究結(jié)果也顯示,鹽脅迫會增加紫羅蘭植株體內(nèi)的SS、SP、Pro含量,施用BR可以提高其增幅,通過促進(jìn)SS等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累以降低鹽脅迫對植株的傷害,提高植株的耐鹽性。

當(dāng)植株受到逆境脅迫時,會積累大量的MDA,進(jìn)一步加據(jù)植株體內(nèi)生物膜的破壞作用,同時REC也會上升[23-25]。李巧麗[26]采用外源BR預(yù)處理黃瓜幼苗后,可以抑制鹽脅迫下MDA含量和REC增加,緩解黃瓜幼苗的氧化損傷。本研究顯示,鹽脅迫下紫羅蘭植株的REC和MDA含量會升高,施用BR可以抑制其增幅,說明BR對細(xì)胞膜脂過氧化反應(yīng)的發(fā)生有一定程度的抑制作用,從而維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性,以此緩解植株受到的傷害,這與前人的研究結(jié)果相同。

POD、CAT和SOD是幾種非常重要的植物抗氧化保護(hù)酶。鹽脅迫下植物通常會代謝紊亂,體內(nèi)產(chǎn)生大量活性氧(Reactive oxygen species,ROS),造成氧化脅迫[27]。植株通過增強(qiáng)細(xì)胞抗氧化酶含量和活性以抵御逆境脅迫[28]。鹽脅迫下,施用BR可以顯著提升黃瓜[29]和豇豆[30]葉片中POD、CAT、SOD等抗氧化酶活性。本研究中,復(fù)鹽脅迫下SOD、POD、CAT 3種酶活性均有提高,說明植株可以通過提高自身抗氧化酶活性緩解鹽脅迫的傷害;噴施BR后此3種酶的活性均高于未處理組,能夠更好地緩解鹽脅迫對紫羅蘭植株的損傷程度、提高植株抗逆性。De等[31]用油菜素內(nèi)酯處理鹽脅迫下尾葉桉樹幼苗,發(fā)現(xiàn)其可以顯著提高SOD、CAT、APX等酶活性,增強(qiáng)植株的耐鹽性,緩解鹽脅迫對幼苗生長的影響,本研究也證明了這一結(jié)果。

4 結(jié) 論

對鹽脅迫下的紫羅蘭幼苗施用不同濃度BR后,能有效提高紫羅蘭植株株高、莖粗、鮮重及Chl含量,增加POD、CAT、SOD活性和SS、SP、Pro含量,而REC、MDA含量的增幅有所下降,從而提高紫羅蘭植株耐鹽性,緩解鹽脅迫對植株的損傷程度。隸屬函數(shù)綜合評價得出,在0.5%鹽脅迫下外源噴施0.06 mg/L BR時,紫羅蘭對鹽脅迫耐受性的綜合效果最佳。