鹽脅迫下黑果枸杞幼苗對(duì)外源獨(dú)腳金內(nèi)酯的生理響應(yīng)

黃雪玲,李 進(jìn)*,劉淑蘭,馬永慧

(1.新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/新疆特殊環(huán)境物種保護(hù)與調(diào)控生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室,新疆 烏魯木齊 830054;2.新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/干旱區(qū)植物逆境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室,新疆 烏魯木齊 830054)

黑果枸杞(LyciumruthenicumMurr.)為茄科(Solanaceae)枸杞屬(LyciumL.)多年生耐鹽灌木植物,是防風(fēng)固沙和保持水土的荒漠植物[1]。黑果枸杞果實(shí)中富含花青素類天然色素、多糖、氨基酸及無機(jī)元素等成分,花青素含量豐富并領(lǐng)先于多種漿果[2],因其富含多種成分,可作為一種新型的功能性水果,發(fā)揮醫(yī)療保健功效,從而促進(jìn)健康,也被譽(yù)為植物中的“軟黃金”[3-4]。在《維吾爾藥志》中,維吾爾醫(yī)常用黑果枸杞果實(shí)及根皮治療尿道結(jié)石、癬疥、齒齦出血等,而民間常用其作為滋補(bǔ)強(qiáng)壯以及降壓的藥物[5]。我國(guó)土壤鹽漬化危害嚴(yán)重,可造成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)變差,土壤酸堿失衡等從而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育以及農(nóng)作物的產(chǎn)量,而各類鹽堿地面積約9 913萬hm2,這成為限制新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展的因素之一[6]。黑果枸杞在鹽堿化土壤中可以通過維持K+凈吸收速率,保障各器官中相對(duì)穩(wěn)定的K+濃度和K+/Na+,并將Na+和K+更多地分配到葉中,從而維持其在鹽堿地中的生存。因此,如何利用黑果枸杞耐鹽堿特性發(fā)展其在鹽堿地上的規(guī)模化農(nóng)業(yè)種植成為一個(gè)重要的研究課題[7]。

獨(dú)腳金內(nèi)酯(Strigolactones,SLs)屬于萜類小分子化合物,是天然的獨(dú)腳金醇類化合物和人工合成類似物的總稱,可以調(diào)節(jié)植物發(fā)育和逆境適應(yīng)的植物激素。在土壤中會(huì)作為化學(xué)信號(hào),吸引共生的叢枝菌根真菌,并在根寄生雜草中誘導(dǎo)種子發(fā)芽[8-9],對(duì)于營(yíng)養(yǎng)缺乏的植物,尤其是缺乏磷酸鹽的植物,會(huì)促進(jìn)SL的產(chǎn)生和分泌,以吸引共生體并優(yōu)化芽和根結(jié)構(gòu)[10]。研究發(fā)現(xiàn)SLs在促進(jìn)種子萌發(fā)[11]、促進(jìn)根尖干細(xì)胞生長(zhǎng)[12],以及延緩葉片衰老等[13]方面發(fā)揮著重要作用。本研究通過施加SLs提高鹽脅迫下黑果枸杞的存活率,進(jìn)一步分析SLs在鹽脅迫下對(duì)黑果枸杞幼苗生長(zhǎng)中的作用,可為黑果枸杞耐鹽性研究和提高其幼苗對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)性及為鹽堿土地植物大規(guī)模種植等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

黑果枸杞種子是2021年采自新疆博湖縣開都河流域。博湖縣位于干旱綠洲區(qū),氣候干燥、降水稀少。本研究在新疆特殊環(huán)境物種保護(hù)與調(diào)控生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1幼苗生長(zhǎng)試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將種子置于40℃恒溫水浴鍋48 h,解除種子休眠。配置75%乙醇,對(duì)種子進(jìn)行消毒處理10 min,蒸餾水沖洗干凈后用吸水紙吸干種子表面水分待用[14]。選擇飽滿、大小一致的干凈種子,播入規(guī)格為13.5 cm×10 cm×9.5 cm(上徑×下徑×高)白色塑料花盆中,并控制田間持水量為17%～19%[15]。將盆栽放置在適宜環(huán)境條件下,待種子萌發(fā),幼苗生長(zhǎng)后,挑選生長(zhǎng)良好、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的黑果枸杞幼苗,每盆5株,進(jìn)行土壤鹽脅迫和SLs灌注處理。

利用NaCl配制溶液,設(shè)置6個(gè)鹽脅迫濃度梯度：0,50,100,150,200和250 mmol·L-1,標(biāo)記為：CK(0 mmol·L-1,對(duì)照)、S1(50 mmol·L-1,輕度鹽脅迫)、S2(100 mmol·L-1,輕度鹽脅迫)、S3(150 mmol·L-1,中度鹽脅迫)、S4(200 mmol·L-1,重度鹽脅迫)、S5(250 mmol·L-1,重度鹽脅迫),根據(jù)鹽濃度梯度設(shè)計(jì)灌注NaCl溶液進(jìn)行鹽脅迫處理,在第0,6,12天晚上20：00向根部灌施不同梯度濃度的NaCl溶液100 mL,對(duì)照組(CK)施加等量蒸餾水。每天記錄其質(zhì)量,灌施期間以上一次施加NaCl溶液后的質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn),定期澆水維持質(zhì)量,脅迫周期共28天;利用18 μmol·L-1的SLs母液配置5個(gè)外源獨(dú)腳金內(nèi)酯(SLs)濃度梯度為：0,0.4,1,5,10 μmol·L-1;如表1所示,共30個(gè)處理,每個(gè)處理進(jìn)行3次生物學(xué)重復(fù)[11,16]。鹽脅迫處理開始后的第1,4,7天進(jìn)行外源SLs處理,每天晚上20：00向根部灌施20 mL SLs溶液,對(duì)照組(0 μmol·L-1)施加等量蒸餾水。

表1 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯處理及鹽脅迫試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experimental design for exogenous strigolactones additions (SLs) with salt stresses

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1生理指標(biāo)測(cè)定 基于1.2.1處理,分別采集鹽脅迫第28 d黑果枸杞幼苗頂部完全展開功能葉,使用北京索萊寶科技有限公司試劑盒。葉綠素使用無水乙醇與丙酮按體積比1∶2混合液提取[17];采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖(Soluble sugar)含量,使用氮藍(lán)四唑光化還原法測(cè)定超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性、愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過氧化氫物酶(Peroxidase,POD)活性,紫外吸收法測(cè)定過氧化氫酶(Catalase,CAT)和抗壞血酸(L-ascorbic acid,ASA)活性,巰基試劑顯色法測(cè)定過氧化氫酶谷胱甘肽(Glutathione,GSH)的活性[17];丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量通過硫代巴比妥酸法測(cè)定[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均使用Excel 2016進(jìn)行計(jì)算整理,采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,結(jié)果采用均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,在α為0.05水平上,采用雙因素方差分析(Two-way ANOVA)比較鹽脅迫、外源SLs及二者交互作用對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響和差異顯著性,采用單因素方差分析(One-way ANOVA) 進(jìn)行各處理平均值間各項(xiàng)指標(biāo)的比較,采用Duncan多重比較進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn),采用Origin 2021進(jìn)行繪圖并進(jìn)行Person相關(guān)性分析以及對(duì)各處理組平均值各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞葉片葉綠素含量變化

由圖1可知,SLs濃度為0 μmol·L-1時(shí),葉綠素a(Chlorphyll a,Chl a)含量、葉綠素b(Chlorphyll b,Chl b)含量、總?cè)~綠素(Chlorphyll,Chl)含量及類胡蘿卜素(Carotene,Car)含量隨鹽脅迫程度增加呈先上升后下降趨勢(shì),處于輕度鹽脅迫下含量最多,但隨著鹽脅迫程度的加重降低了幼苗葉片的葉綠素含量;S1脅迫時(shí),隨著施加SLs濃度的增加,葉片中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a/b(Chlorphyll a/b,Chl a/b)含量以及葉綠素總含量及類胡蘿卜素含量變化整體呈先降低后上升的趨勢(shì),并在施加SLs濃度為5 μmol·L-1時(shí)達(dá)到峰值,S2脅迫下葉綠素a、b含量及葉綠素總含量整體變化呈先下降后上升趨勢(shì),在施加SLs濃度為10 μmol·L-1時(shí)達(dá)到峰值,與CK組之間存在顯著差異(P<0.05)。在中度鹽脅迫下,葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量及類胡蘿卜素含量隨著施加的SLs濃度增加而增加,在SLs濃度為5,10 μmol·L-1時(shí)達(dá)到峰值;重度鹽脅迫時(shí),葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量及類胡蘿卜素含量呈先上升后下降再上升的趨勢(shì),其中在SLs濃度為 1 μmol·L-1時(shí),整體含量處于最低值,在濃度為5,10 μmol·L-1時(shí),整體含量處于最高值。

根據(jù)表2雙因素方差分析可知,除鹽脅迫下Chl a/b的作用(P<0.01),鹽脅迫、施加SLs、以及二者交互作用對(duì)葉綠素的影響為極顯著(P<0.001),即二者之間的作用可共同緩解鹽脅迫對(duì)黑果枸杞幼苗葉綠素含量的影響。

表2 鹽脅迫、外源獨(dú)腳金內(nèi)酯處理及二者互作對(duì)黑果枸杞幼苗生理影響的雙因素方差分析(F值)Table 2 Two-way ANOVA of the effects of salt stress,exogenous strigolactones (SLs) treatments and their interaction on the physiology of L.ruthenicum seedlings (F value)

圖1 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞葉片葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of exogenous strigolactones (SLs) on the chlorophyll content in leaves of L.ruthenicum seedling under salt stresses注：A～E分別表示外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗葉綠素a,b,a/b,總?cè)~綠素以及類胡蘿卜素含量的影響;不同小寫字母表示施加同一濃度外源獨(dú)腳金內(nèi)酯不同鹽脅迫處理間顯著差異(P<0.05);不同大寫字母表示同一鹽脅迫施加不同濃度外源獨(dú)腳金內(nèi)酯處理間顯著差異(P<0.05)。下同Note：Panel A～Panel E respectively display the effect of exogenous SLs on the content of chlorophyll a,b,a/b,total chlorophyll and carotene in Lycium ruthenicum seedlings under salt stress;different lowercase letters within the same concentration of exogenous SLs indicate a significant difference among different salt stress treatments at 0.05 level;and different capital letters indicate a significant difference between different concentrations of exogenous SLs under the same salt stress treatment at 0.05 level.The same as below

2.2 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗可溶性糖含量的變化

由圖2可知,施加0 μmol·L-1的SLs,黑果枸杞幼苗可溶性糖含量隨鹽度增加而增加,增幅為22.30%,-0.49%,6.56%,7.57%,2.76%,處于輕度鹽脅迫下的幼苗可溶性糖含量最高,說明黑果枸杞可以通過增加可溶性糖提高抗性應(yīng)對(duì)輕度鹽脅迫。隨SLs濃度的增加,CK組處理下黑果枸杞葉片的可溶性糖含量為升高趨勢(shì),增幅為11.75%,37.76%,31.95%,19.58%;S1組施加5 μmol·L-1的SLs使得幼苗可溶性糖含量最高,S2組隨SLs濃度的增加,可溶性糖含量為先升高后降低的趨勢(shì),增幅分別為12.71%,83.36%,50.14%,-4.65%,即施加1,5 μmol·L-1的SLs最利于輕度鹽脅迫幼苗的可溶性糖積累;中度鹽脅迫下施加10 μmol·L-1的SLs使幼苗葉片中可溶性糖含量明顯增加;重度鹽脅迫下施加5,10 μmol·L-1的SLs使幼苗可溶性糖含量增加。由此看出,SLs可誘導(dǎo)鹽脅迫下黑果枸杞葉片可溶性糖含量的增加,在同一鹽脅迫下噴施1,5,10 μmol·L-1SLs的可溶性糖含量最高,尤其對(duì)輕鹽脅迫施加1,5 μmol·L-1時(shí)可溶性糖含量最高且結(jié)果顯著(P<0.05),表明可溶性糖含量對(duì)鹽脅迫反應(yīng)敏感,是檢測(cè)植物抗性能力的一個(gè)指標(biāo),也說明SLs促進(jìn)黑果枸杞葉片可溶性糖積累是應(yīng)對(duì)一定程度鹽脅迫的對(duì)策之一。由表2鹽和SLs處理進(jìn)行的雙因素方差分析可知,鹽處理、SLs處理及二者互作對(duì)可溶性糖含量表現(xiàn)為極顯著影響(P<0.001)。

圖2 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗可溶性糖含量的影響Fig.2 Effects of exogenous SLs on the soluble sugar content in seedlings of L. ruthenicum under salt stresses

2.3 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗超氧化物歧化酶(SOD)變化

由圖3可知,未施加SLs時(shí),隨鹽脅迫程度的增加SOD活性呈上升趨勢(shì),在S5處理下SOD活性最高,說明鹽脅迫可以促使提高黑果枸杞幼苗的SOD活性;CK組隨SLs的增加,SOD活性整體呈顯著上升趨勢(shì)(P<0.05),增幅分別為27.94%,47.13%,24.81%,44.80%,1 μmol·L-1SLs處理時(shí)SOD的活性最高;S1組施加10 μmol·L-1的SLs時(shí)SOD活性最高,S2組在施加SLs處理下,SOD呈先增加后下降的趨勢(shì),增幅分別為9.44%,7.47%,-0.05%,-12.37%,說明1 μmol·L-1SLs濃度有利于增加輕度鹽脅迫下黑果枸杞幼苗的抗鹽能力;S5組中SOD含量逐漸降低降幅分別為32.96%,39.35%,20.82%,17.76%,即在重度鹽脅迫下5,10 μmol·L-1的SLs可以減緩SOD活性降低。施加相同濃度的SLs時(shí),處于重度鹽脅迫黑果枸杞幼苗中的SOD活性最大的。由表2雙因素方差分析可知,鹽處理、鹽與SLs處理的交互作用對(duì)SOD含量表現(xiàn)為極顯著影響(P<0.001),但SLs對(duì)SOD無顯著影響。

圖3 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗超氧化物歧化酶活性的影響Fig.3 Effects of exogenous SLs on the SOD activity in seedlings of L. ruthenicum under salt stresses

2.4 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗過氧化物酶(POD)變化

由圖4可知,未施加SLs時(shí),隨鹽脅迫程度的增加POD活性呈上升趨勢(shì),與CK組相比增幅分別為320%,140.98%,162.06%,20%,18.36%,說明輕中度鹽脅迫下更適宜黑果枸杞生長(zhǎng);隨SLs的增加,CK組及S2組處理下黑果枸杞葉片的POD含量整體為升高趨勢(shì)增幅分別為40%,53.33%,60%,23.38%和63.22%,38.32%,68.75%,65.96%,且均在SLs濃度為5 μmol·L-1時(shí)POD活性最大,從而提高黑果枸杞幼苗的抗逆性。當(dāng)處于同濃度SLs處理時(shí)不同鹽脅迫下均為輕度脅迫下黑果枸杞幼苗的POD含量最高,即對(duì)輕度鹽脅迫的黑果枸杞幼苗施加SLs提升了POD活性。由表2可知,鹽處理、鹽與SLs處理的交互作用對(duì)POD含量表現(xiàn)為極顯著影響(P<0.001),且SLs對(duì)POD表現(xiàn)為顯著影響(P<0.05)。

2.5 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗過氧化氫酶(CAT)變化

由圖5可知,在SLs濃度為0 μmol·L-1時(shí),幼苗處于重鹽脅迫下的CAT活性最大;CK組在施加SLs處理時(shí),黑果枸杞幼苗中的CAT增幅為33.91%,117.48%,36.98%,55.10%,1 μmol·L-1SLs時(shí)CAT活性最大;施加5,10 μmol·L-1SLs有利于提高中度鹽脅迫下幼苗CAT活性;S4組在施加SLs處理時(shí),黑果枸杞幼苗中的CAT含量呈上升趨勢(shì),增幅為79.46%,79.98%,8.4%,76.81%,在SLs濃度為1 μmol·L-1時(shí)CAT活性最高;在SLs濃度為0.4 μmol·L-1時(shí),S2CAT值最大(P<0.05),在SLs濃度為10 μmol·L-1時(shí)S4處理下CAT積累處于最大值;由表2鹽和SLs處理進(jìn)行的雙因素方差分析可知,鹽處理、鹽與SLs處理的交互作用對(duì)CAT含量表現(xiàn)為極顯著影響(P<0.001),外源SLs對(duì)CAT表現(xiàn)為顯著作用(P<0.01)。

圖4 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗過氧化物酶活性的影響Fig.4 Effects of exogenous SLs on the POD activity in seedlings of L. ruthenicum under salt stresses

圖5 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗過氧化氫酶活性的影響Fig.5 Effects of exogenous SLs on the CAT activity in seedlings of L. ruthenicum under salt stresses

2.6 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗谷胱甘肽(GSH)變化

由圖6可知,在SLs濃度為0 μmol·L-1,重鹽脅迫處理下黑果枸杞幼苗積累的GSH最多;隨SLs的增加,CK組處理下黑果枸杞葉片的GSH活性呈為先升高后降低趨勢(shì),增幅分別為30%,38.91%,23.47%,-35.89%,且施加SLs濃度為1 μmol·L-1時(shí)處于最大值;當(dāng)SLs為5 μmol·L-1時(shí)有利于處于中度鹽脅迫的黑果枸杞下的GSH積累;由表2鹽和SLs處理進(jìn)行的雙因素方差分析可知,鹽處理對(duì)GSH表現(xiàn)為顯著影響(P<0.01),SLs處理時(shí)無顯著變化,二者互作對(duì)GSH含量表現(xiàn)為極顯著影響(P<0.001)。

圖6 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗谷胱甘肽的影響Fig.6 Effects of exogenous SLs on the GSH activity in seedlings of L. ruthenicum under salt stresses

2.7 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗抗壞血酸(ASA)變化

由圖7可知,在SLs濃度為0 μmol·L-1時(shí),隨鹽脅迫程度加大,黑果枸杞幼苗中ASA含量下降,ASA活性對(duì)鹽脅迫敏感。處于CK的幼苗,隨SLs濃度的增加,當(dāng)SLs濃度為5 μmol·L-1時(shí),黑果枸杞幼苗ASA處于最大值(P<0.05),增幅為135.30%,說明施加SLs可以提高黑果枸杞幼苗中ASA活性;中度鹽脅迫時(shí),隨SLs的增加,ASA活性呈先降低后升高趨勢(shì),增幅分別為-40.93%,-66.84%,196.37%,46.63%,當(dāng)SLs濃度為5 μmol·L-1時(shí),黑果枸杞幼苗ASA處于最大值(P<0.05),說明施加高濃度SLs可以提高黑果枸杞幼苗中ASA活性,從而提高幼苗抗逆性;可以推測(cè)施加5 μmol·L-1的SLs促進(jìn)輕、中度鹽脅迫幼苗中ASA的積累來有效清除重鹽脅迫引起的活性氧及自由基。由表2鹽和SLs處理進(jìn)行的雙因素方差分析可知,鹽處理、SLs處理及二者互作對(duì)ASA表現(xiàn)為極顯著影響(P<0.001)。

圖7 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗抗壞血酸活性影響Fig.7 Effects of exogenous SLs on the ASA activity in seedlings of L. ruthenicum under salt stresses

2.8 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗丙二醛(MDA)含量變化

如圖8所示,在SLs濃度為0 μmol·L-1,重度鹽脅迫處理下黑果枸杞幼苗積累的MDA含量最多(P<0.05),對(duì)葉片細(xì)胞膜造成損傷,也說明MDA含量對(duì)鹽脅迫反應(yīng)敏感,但隨著外源SLs濃度的增加,黑果枸杞幼苗MDA含量變化顯著差異(P<0.05)整體呈降低趨勢(shì),與0 μmol·L-1的SLs相比,降幅分別為42.43%,49.36%,65.36%,67.53%,SLs為10 μmol·L-1時(shí)降幅最大,施加SLs能夠有降低重度鹽脅迫下黑果枸杞幼苗中MDA積累;根據(jù)表2可知,鹽脅迫、鹽與外源SLs的交互對(duì)MDA含量有極顯著影響(P<0.001),而外源SLs對(duì)MDA含量無顯著影響。

2.9 Person相關(guān)性分析

在0,0.4,1,5,10 μmol·L-1SLs處理下對(duì)6種不同鹽濃度脅迫的黑果枸杞幼苗材料的12項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定值,進(jìn)行Person相關(guān)性分析(圖9A～9E)。結(jié)果表明,施加0 μmol·L-1SLs下POD與Chl a,Chl b,Chl a/b,Chl,可溶性糖呈顯著正相關(guān)(P<0.05),其中MDA與SOD,CAT呈顯著正相關(guān)(P<0.05)且相關(guān)系數(shù)分別為0.82,0.65(圖9A);施加0.4 μmol·L-1SLs下MDA與Chl a/b呈顯著正相關(guān)(P<0.05),且相關(guān)系數(shù)為0.51,GSH與Chl a/b,Car,SOD,CAT呈正相關(guān)且相關(guān)系數(shù)分別為0.31,0.56(P<0.05),0.60(P<0.05)和0.17(圖9B)。施加1 μmol·L-1SLs時(shí),MDA與ASA呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)最大為0.69,ASA與Chl a,Chl b,Chl,可溶性糖、POD呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05,圖9C);施加5 μmol·L-1SLs時(shí),POD與Chl a(P<0.05),Chl b(P<0.05),Chl a/b,Chl(P<0.05),可溶性糖(P<0.05)和MDA呈正相關(guān),最大相關(guān)系數(shù)為0.76,其中MDA與Chl a,Chl b,Chl,Car(P<0.05),POD,GSH和ASA呈正相關(guān)且最大相關(guān)系數(shù)0.62,與Chl a/b,可溶性糖,SOD(P<0.05),CAT呈負(fù)相關(guān)(圖9D)。施加10 μmol·L-1SLs時(shí),POD與Chl a,Chl b,Chl呈顯著正相關(guān)(P<0.05),CAT與Chl a,Chl b,Chl,ASA呈正相關(guān)(圖9E)。

圖8 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗丙二醛含量的影響Fig.8 Effects of exogenous SLs on the MDA content in seedlings of L. ruthenicum under salt stresses

2.10 主成分分析

為進(jìn)一步研究SLs處理引起的差異,對(duì)12份黑果枸杞幼苗生理指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(PCA),前6個(gè)成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)83.06%,包含所測(cè)指標(biāo)大部分信息,基本反映各處理對(duì)黑果枸杞影響的整體情況(表3)。在第1主成分中載荷較大的是葉綠素總含量和葉綠素a,載荷數(shù)分別為0.539和0.528,特征向量反映鹽脅迫下黑果枸杞幼苗的光合利用能力是正常的。第2主成分中載荷最大的是MDA和可溶性糖,主要反映了黑果枸杞幼苗的氧化脅迫程度及滲透調(diào)節(jié)代謝作用。第3主成分對(duì)應(yīng)特征向量中載荷最大的是葉綠素a/b和SOD,載荷數(shù)為0.619和0.311,反映黑果枸杞幼苗的生長(zhǎng)狀況及抗氧化損傷程度。第4個(gè)主成分對(duì)應(yīng)特征向量中載荷最大的是SOD,CAT,載荷數(shù)為0.445,0.358,反映了鹽脅迫下幼苗體內(nèi)抗氧化酶活性。第5個(gè)主成分對(duì)應(yīng)特征向量中載荷最大的是GSH和可溶性糖,載荷數(shù)為0.656和0.510,主要反映鹽脅迫下黑果枸杞幼苗細(xì)胞膜質(zhì)氧化程度和滲透調(diào)節(jié)能力。第6個(gè)主成分對(duì)應(yīng)特征向量中載荷最大的是可溶性糖和MDA,載荷數(shù)為0.507和0.465,主要反映鹽脅迫下黑果枸杞幼苗的代謝調(diào)節(jié)能力和氧化應(yīng)激能力。Chl a,Chl b,Chl,Car與PC1,PC2均呈正相關(guān);SOD,CAT,GSH,ASA,MDA與PC1呈正相關(guān)與PC2呈負(fù)相關(guān)(圖10);Chl a/b,POD、可溶性糖與PC1呈負(fù)相關(guān)與PC2呈正相關(guān)。綜合來看,黑果枸杞的生長(zhǎng)特性、質(zhì)膜相對(duì)透性、抗氧化酶活性以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可作為黑果枸杞幼苗抗鹽脅迫評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)。

圖9 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯與鹽脅迫處理下黑果枸杞幼苗生理指標(biāo)相關(guān)性分析Fig.9 Correlation analysis of physiological indicators of L. ruthenicum treated with exogenous SLs and salt stresses注：9A～9E分別表示施加0,0.4,1,5和10 μmol·L-1SLs與6種鹽濃度脅迫下黑果枸杞幼苗的生理指標(biāo)相關(guān)性分析;右側(cè)的標(biāo)尺表示相關(guān)性,紅色代表正相關(guān),藍(lán)色代表負(fù)相關(guān),顏色越深相關(guān)性越大Note：Panel 9A～Panel 9E respectively represent the correlation analysis of physiological indicators of L. ruthenicum seedlings applied with 0,0.4,1,5,and 10 μmol·L-1 SLs and six salt concentration stress;the ruler on the right side in the panel shows the correlation values,red represents positive correlation,blue represents negative correlation.The darker the color ,the greater the correlation

表3 鹽脅迫、外源獨(dú)腳金內(nèi)酯處理下各因子載荷矩陣及貢獻(xiàn)率Table 3 The loading matrix of each indicator and its contribution for the effects of salt stress,exogenous SLs treatments

圖10 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯與鹽脅迫處理下黑果枸杞幼苗生理指標(biāo)主成分分析Fig.10 PCA of physiological indicators of L. ruthenicum under exogenous strigolactone and salt stresses

3 討論

3.1 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗葉綠素的影響

鹽脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育有抑制作用,鹽生植物能夠在一定程度的鹽脅迫下保持其生長(zhǎng)能力,而當(dāng)鹽的濃度高于植物可承受的閾值時(shí),植物的萌發(fā)、生長(zhǎng)的生理指標(biāo)會(huì)下降[19],這與本研究發(fā)現(xiàn)黑果枸杞在輕度鹽脅迫下增加了Chl a,Chl b,Chl,Car含量,而在重鹽脅迫下對(duì)這些指標(biāo)產(chǎn)生抑制作用的結(jié)果類似,這可能是由幼苗活性氧含量增加造成葉綠素降解及含量減少,葉綠體受到損傷等原因造成的。葉綠素是植物進(jìn)行光合作用最重要的色素,逆境條件下容易降解[20],植物光合作用對(duì)鹽脅迫高度敏感,鹽脅迫會(huì)直接破壞葉綠體結(jié)構(gòu),使葉綠素合成量降低和降解速率升高,從而導(dǎo)致葉片內(nèi)葉綠素含量降低[21]。本研究中,葉綠素含量在重鹽脅迫下顯著降低,經(jīng)過適宜濃度SLs處理后,葉綠素含量均顯著升高,表明SLs能緩解鹽脅迫導(dǎo)致葉綠素降解,這與Ma等[22]施用新型植物激素獨(dú)腳金內(nèi)酯類似物(GR24)有效提高鹽堿脅迫下蘋果幼苗存活率并提高幼苗葉綠素含量的研究結(jié)果一致;本研究在(50,100 mmol·L-1)輕鹽脅迫下施加5 μmol·L-1的SLs能夠明顯增加光合色素含量,與Faisal等[23]通過施加2 μmol·L-1外源SLs提高了150 mmol·L-1NaCl下植物葉綠素含量的結(jié)果類似,這可能與SLs能夠保護(hù)葉綠體不被葉綠素酶降解或者可以通過調(diào)控鹽脅迫下黑果枸杞幼苗的基因表達(dá)來增強(qiáng)其光合作用有關(guān)。

3.2 外源獨(dú)腳金內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以及酶的影響

可溶性糖是植物遭受脅迫時(shí)的一種重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),可溶性糖的積累能夠降低葉片的滲透勢(shì),從而維持鹽脅迫下的滲透調(diào)節(jié)平衡[24]。本試驗(yàn)在輕度鹽脅迫下施加1 μmol·L-1的SLs能夠促進(jìn)幼苗中可溶性糖含量積累,維持鹽脅迫下幼苗的滲透平衡,這與Yang等[25]利用GR24 減輕干旱脅迫對(duì)紫花苜蓿生理研究中發(fā)現(xiàn)GR24處理可以增加可溶性糖的含量的結(jié)果一致。

鹽堿條件下,植物體內(nèi)氧自由基和氧分壓升高,抗氧化防御能力降低,造成細(xì)胞和組織嚴(yán)重?fù)p傷[26],MDA是一類脂質(zhì)過氧化物的主要產(chǎn)物,會(huì)破壞生物膜的結(jié)構(gòu)與功能,MDA含量可間接反映膜損傷的程度[27],為了緩解鹽脅迫條件下植物中過量積累的ROS造成的損傷,抵御氧化脅迫,植物進(jìn)化出一種復(fù)雜的抗氧化防御系統(tǒng)和非抗氧化系統(tǒng),包括SOD,CAT,POD,ASA,GSH等來增強(qiáng)植物對(duì)逆境的抵抗能力[28],本試驗(yàn)對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗施加SLs,處于輕、中度施加0.4 μmol·L-1的SLs明顯提高了CAT活性,施加5 μmol·L-1的SLs明顯提高了POD,GSH,ASA活性,處于重度鹽脅迫的幼苗施加5,10 μmol·L-1SLs比0.4 μmol·L-1的SLs可以更明顯降低幼苗中MDA含量,從而減緩鹽脅迫對(duì)黑果枸杞幼苗造成的膜損傷。這與Mujahid等[29]發(fā)現(xiàn)獨(dú)腳金內(nèi)酯處理種子后提高了芽鮮重、酶抗氧化劑(包括SOD,POD,CAT)以及非酶抗氧化劑(如總酚)的活性,降低鹽脅迫下MDA含量結(jié)論相似,可能是由于SLs通過調(diào)節(jié)植物抗氧化系統(tǒng)如在本研究中SLs具體影響SOD,POD,CAT等,來最大程度地減少鹽脅迫損傷,從而使幼苗更耐鹽。

3.3 黑果枸杞幼苗生理指標(biāo)的相關(guān)性分析、主成分分析

根據(jù)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)在SLs為5 μmol·L-1時(shí)SOD,POD與與Chl a,b,a/b以及Chl呈正相關(guān),施加10 μmol·L-1SLs時(shí)可溶性糖與Car呈顯著正相關(guān),可溶性糖及Car越多與植物抗性越強(qiáng)呈正比關(guān)系,這使得幼苗在鹽脅迫下失水的可能性變小,成活的可能性越大,ASA與其余生理指標(biāo)的負(fù)相關(guān)性逐漸減弱等。這些指標(biāo)均可作為影響黑果枸杞抗鹽性的指標(biāo),且多數(shù)指標(biāo)具有顯著的相關(guān)性,表明鹽脅迫下對(duì)黑果枸杞施加SLs使其提高抗鹽能力可能由多方面因素綜合決定的,且鹽脅迫下各類光合指標(biāo)也與生長(zhǎng)以及生理指標(biāo)密切相關(guān),各生理指標(biāo)不是單一變化,而是彼此間相互作用,可以推斷黑果枸杞葉綠素含量在一定程度上與鹽脅迫相關(guān)并以此來增強(qiáng)光合能力,此外,滲透物質(zhì)和抗氧化酶的增加也在一定程度上增加光合作用,這與Li等[30]研究黑果枸杞對(duì)鹽和干旱脅迫響應(yīng)的生理生化光合特性結(jié)論相似。施加5,10 μmol·L-1SLs更有利于植物的生長(zhǎng)以及光合作用,促進(jìn)植物有機(jī)物的積累。通過主成分降維的方法對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞幼苗的12個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析成功提取6項(xiàng)主成分因子。這6項(xiàng)主成分主要是反映了鹽脅迫下黑果枸杞幼苗的光合利用能力,細(xì)胞膜損傷程度、滲透調(diào)節(jié)特性等,鹽脅迫條件下,細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性以及膜保護(hù)物質(zhì)的含量越高,幼苗受到的傷害程度就越小。當(dāng)遭受鹽脅迫時(shí),黑果枸杞幼苗通過葉綠素來提高對(duì)光能的吸收和利用效率。

綜上所述,對(duì)鹽脅迫下黑果枸杞施加適宜濃度(5,10 μmol·L-1)的SLs提高了黑果枸杞幼苗的葉綠素及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量、抗氧化酶活性,降低葉片的MDA含量,促進(jìn)黑果枸杞的生長(zhǎng)。雖然施加5 μmol·L-1和10 μmol·L-1的SLs對(duì)促進(jìn)鹽脅迫下黑果枸杞的生長(zhǎng)效果基本一致,但從經(jīng)濟(jì)效益考慮,5 μmol·L-1的SLs既能夠達(dá)到緩解鹽脅迫對(duì)幼苗的抑制作用又能節(jié)約SLs的用量,因此選用5 μmol·L-1的SLs用于黑果枸杞的人工種植具有良好的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)輕度鹽脅迫能夠促進(jìn)黑果枸杞幼苗的生長(zhǎng),而重度鹽脅迫對(duì)黑果枸杞幼苗的生長(zhǎng)有抑制作用。為提高黑果枸杞對(duì)鹽脅迫的抗性,施加適宜濃度的外源SLs處理,可提高黑果枸杞幼苗的葉綠素含量、抗氧化酶活性,降低MDA含量,從而緩解鹽脅迫對(duì)黑果枸杞的傷害。因此,在鹽脅迫的土地上種植黑果枸杞幼苗,建議施加5 μmol·L-1的SLs,以促進(jìn)黑果枸杞幼苗的生長(zhǎng)。