Cp2-EPS對(duì)鹽脅迫下紫花苜蓿苗期形態(tài)及光合特性的影響

陳海雁,黃 榮,趙 亮,楊 杰,謝金晶,張振粉

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730070)

土壤鹽漬化已成為影響資源和環(huán)境生態(tài)問(wèn)題的主要因素之一,據(jù)報(bào)道,全球接近20%的耕地和50%的灌溉地受到鹽分影響[1]。同時(shí),人類活動(dòng)所帶來(lái)的全球變暖以及人類反復(fù)循環(huán)的灌溉加上高水平的施肥進(jìn)一步加劇了土壤鹽漬化,尤其是在干旱和半干旱地區(qū)[2-3]。而鹽脅迫是造成植物生長(zhǎng)和生產(chǎn)力下降的有害非生物環(huán)境因子之一,高濃度的鹽(尤其是NaCl)可誘導(dǎo)氧化脅迫、滲透脅迫和離子毒性等,進(jìn)而影響植物的正常生長(zhǎng),降低作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[4-6]。因此,應(yīng)對(duì)鹽脅迫是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要任務(wù)之一。

胞外多糖(Exopolysaccharides,EPS)是一些特殊微生物在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中分泌到細(xì)胞外的水溶性高分子聚合物[7],因其具有豐富的物理、化學(xué)性質(zhì)和生物活性,如穩(wěn)定性、生物降解性、無(wú)毒、抗氧化活性和離子螯合等,在環(huán)境和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中顯示出良好的應(yīng)用潛力[8-9]。已有研究證實(shí)微生物EPS通過(guò)螯合土壤中的Na+、激活植物生理代謝機(jī)制、維持微生物與植物的共生關(guān)系、提高土壤肥力等途徑,促進(jìn)植物生長(zhǎng)并抵御各種逆境脅迫(鹽和干旱等)[10-13]。例如,圓褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)C5和C9產(chǎn)生的EPS通過(guò)增加K+/Na+比以及脯氨酸含量促進(jìn)鹽脅迫下玉米(Zeamays)的生長(zhǎng)[14];銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)PF23產(chǎn)生的EPS作為滲透保護(hù)劑保護(hù)向日葵(Helianthusannuus)免受過(guò)量的鹽脅迫傷害[15];杜氏鹽藻(Dunaliellasalina)產(chǎn)生的EPS通過(guò)增加抗氧化酶活性來(lái)提高番茄(Lycopersiconesculentum)的耐鹽性[16]。此外,與動(dòng)植物多糖相比,微生物多糖培養(yǎng)周期短、成本低和產(chǎn)量大[17],因此,微生物EPS是一種具備良好潛能的新型生物源大分子物質(zhì)。桃色歐文氏菌(Erwiniapersicina)Cp2菌株能在金氏B培養(yǎng)基上產(chǎn)生大量黏液狀EPS,且廣泛存在于自然環(huán)境中。前期我們的研究發(fā)現(xiàn)該菌所產(chǎn)生的EPS能夠促進(jìn)紫花苜蓿種子的萌發(fā),但目前關(guān)于其對(duì)紫花苜蓿苗期抗鹽性的影響尚未可知。

紫花苜蓿(Medicagosativa)是我國(guó)重要的豆科牧草之一,它的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)以及可持續(xù)發(fā)展直接關(guān)系到家畜產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展,而土壤鹽漬化是影響苜蓿產(chǎn)量的限制性因素之一[18-19]。研究表明,不同的鹽脅迫濃度處理下,紫花苜蓿苗期的生長(zhǎng)速度和地上生物量均顯著下降,且下降速度與鹽濃度成正比[20]。此外,鹽脅迫還會(huì)導(dǎo)致苜蓿幼苗光合效率差,嚴(yán)重影響其后期的群體大小和產(chǎn)量形成[21]。所以,提高紫花苜蓿在苗期的耐鹽性對(duì)其后期栽培的產(chǎn)量和質(zhì)量具有極其重要的意義。目前,對(duì)于紫花苜?？果}性的研究多集中在外源添加植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑(如褪黑素、赤霉素和甜菜堿[21-23])以及接種根際促生菌(如枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)和根瘤菌(Rhizobium)[24-25])等方面,而添加微生物的次生代謝物質(zhì)(如EPS)提高苜?？果}性的研究較少?；诖?本試驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上,探究桃色歐文氏菌Cp2產(chǎn)生的EPS對(duì)紫花苜蓿苗期耐鹽性的調(diào)控作用,以期為開(kāi)發(fā)一種新型微生物源制劑并促進(jìn)紫花苜蓿在鹽堿地的生長(zhǎng)提供一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試紫花苜蓿品種:紫花苜?！弈?51’,由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草種質(zhì)資源實(shí)驗(yàn)室提供。

供試胞外多糖:提取自桃色歐文氏菌Cp2,由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1鹽濃度篩選 選取籽粒健康飽滿、大小基本一致苜蓿種子數(shù)粒,于75%的酒精中浸泡1 min后轉(zhuǎn)入1%的次氯酸鈉(NaClO)溶液中浸泡5 min,之后用蒸餾水反復(fù)沖洗4～5次。種子消毒后置于鋪兩層濾紙的培養(yǎng)皿中,20℃恒溫條件下暗培養(yǎng)4 d,挑選已發(fā)芽且長(zhǎng)勢(shì)一致的紫花苜蓿轉(zhuǎn)移至裝有等量已高溫滅菌細(xì)沙(121℃、高溫滅菌21 min)的育苗杯(直徑9 cm、高13 cm)中,然后將育苗杯擺放在水培盒中,置于光照培養(yǎng)室(每天光照16 h,晝夜溫度分別為23℃,20℃,相對(duì)濕度為55%)中培養(yǎng)。培養(yǎng)至出現(xiàn)真葉后,用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液澆灌(每3 d更換一次營(yíng)養(yǎng)液)進(jìn)行強(qiáng)化。每杯保留長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗6株,3周后進(jìn)行鹽脅迫處理。共設(shè)置6個(gè)處理0,50,100,150,200和250 mmol·L-1NaCl,用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液配置不同濃度的NaCl。每個(gè)處理6個(gè)重復(fù),鹽處理2周后,根據(jù)株高和根長(zhǎng),確定后期鹽脅迫處理濃度。

1.2.2鹽和Cp2-EPS復(fù)合處理 試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理:0 mmol·L-1NaCl(CK);100 mmol·L-1NaCl(T0);100 mmol·L-1NaCl+0.5 g·L-1Cp2-EPS(T1);100 mmol·L-1NaCl+1.0 g·L-1Cp2-EPS(T2);100 mmol·L-1NaCl+1.5 g·L-1Cp2-EPS(T3);100 mmol·L-1NaCl +2.0 g·L-1Cp2-EPS(T4)。幼苗前期培養(yǎng)條件同上,待其生長(zhǎng)三周后分別用不同濃度的EPS溶液澆灌幼苗根際,對(duì)照澆灌等量的營(yíng)養(yǎng)液。除CK外,其他處理均用含100 mmol·L-1NaCl的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液配置,每個(gè)處理6個(gè)重復(fù),鹽處理2周后,分別取樣測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3 相關(guān)指標(biāo)測(cè)定

1.3.1生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定 株高和根長(zhǎng):每處理隨機(jī)選取6株幼苗,用直尺進(jìn)行測(cè)量。

莖粗:每處理隨機(jī)選取6株幼苗,用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量。

鮮重和干重:每處理隨機(jī)選取6株幼苗,將其地上和地下部分開(kāi),用蒸餾水沖洗干凈,擦干水分,分別稱取地上鮮重和地下鮮重,然后于105℃殺青15 min,70℃烘干72 h,分別稱取地上干重和地下干重。

根系形態(tài)指標(biāo):從各處理中隨機(jī)選取幼苗6株,保留根系通過(guò)根系掃描儀(Epson Expression)獲取圖像,然后用Win-RHIZO根系分析軟件(Regent Istruments Canada Ine)進(jìn)行分析。

1.3.2光合指標(biāo)的測(cè)定 用95%乙醇浸提法[26]測(cè)定葉綠素含量。稱取0.1 g新鮮葉片,放入10 mL離心管中,加入5 mL95%乙醇,黑暗下浸提48 h至葉片呈白色,于665,649和470 nm下測(cè)定OD值。

使用便攜式光合儀(GFS-3000,Heinz Walz GmbH,Effeltrich,Germany)在上午9∶00—11∶00之間測(cè)量植物同一部位葉片的凈光合速率(Pn),氣孔導(dǎo)度(Gs),胞間CO2(Ci)和蒸騰速率(Tr)。

1.3.3葉片相對(duì)含水量和相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定 葉片相對(duì)含水量采用烘干法[27]測(cè)定。稱取新鮮葉片m1,然后將其浸入蒸餾水24 h后吸干表面水分,再次稱重,記為m2。隨后將葉片置于70℃烘箱中烘干,稱取干重m3。

(1)

葉片相對(duì)電導(dǎo)率采用電導(dǎo)儀法[28]測(cè)定。準(zhǔn)確稱取0.1 g新鮮葉片,置于含有10 mL去離子水的玻璃試管中,于室溫下浸泡20 h后用電導(dǎo)儀測(cè)定電導(dǎo)率R1,然后沸水浴加熱30 min后冷卻至室溫并搖勻,再次測(cè)定電導(dǎo)率R2,同時(shí)測(cè)定去離子水的電導(dǎo)率R0。

(2)

1.3.4耐鹽性綜合評(píng)價(jià) 利用主成分分析將Cp2-EPS處理對(duì)鹽脅迫下紫花苜蓿苗期生長(zhǎng)的18個(gè)指標(biāo)進(jìn)行降維后,用隸屬函數(shù)法[29-30]進(jìn)行Cp2-EPS處理對(duì)紫花苜蓿耐鹽性的綜合評(píng)價(jià)。

各處理綜合指標(biāo)隸屬函數(shù)值:

(3)

Xj表示第j個(gè)綜合指標(biāo);Xjmin表示第j個(gè)綜合指標(biāo)最小值;Xjmax表示第j個(gè)綜合指標(biāo)最大值。

各處理綜合指標(biāo)權(quán)重:

(4)

wj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中重要程度即權(quán)重;Pj為第j個(gè)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率。

各處理耐鹽性綜合評(píng)價(jià):

(5)

D值為各處理的耐鹽性綜合評(píng)價(jià)值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2019和SPSS 26.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析并作圖,使用Duncan法對(duì)差異顯著性進(jìn)行多重比較(P<0.05)。使用SPSS 26.0進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果分析

2.1 鹽脅迫處理對(duì)苗期紫花苜蓿生長(zhǎng)的影響

由圖1可知,50 mmol·L-1NaCl濃度處理下,紫花苜蓿的株高和根長(zhǎng)與對(duì)照相比差異不顯著,而100～250 mmol·L-1NaCl濃度處理下,苜蓿的株高和根長(zhǎng)均較對(duì)照顯著降低(P<0.05),說(shuō)明100 mmol·L-1以上濃度的鹽會(huì)顯著影響苜蓿幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育,因此選用100 mmol·L-1NaCl脅迫濃度進(jìn)行后期試驗(yàn)。

圖1 鹽脅迫處理下苜蓿幼苗的株高、根長(zhǎng)和生長(zhǎng)表型Fig.1 Plant height,root length and growth phenotype of alfalfa seedlings under salt stress注:不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05),下同Note:Different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05),the same as below

2.2 Cp2-EPS處理下苗期紫花苜蓿的生長(zhǎng)表型

如圖2所示,與CK相比,T0處理顯著抑制紫花苜蓿幼苗的生長(zhǎng)(P<0.05),其株高、莖粗和根長(zhǎng)分別降低了44.90%,45.04%和22.43%。NaCl處理下,隨著EPS濃度的增大,紫花苜蓿的株高、莖粗和根長(zhǎng)均呈先上升后下降的趨勢(shì)。與T0相比,T1～T3處理苜蓿的株高和莖粗均顯著增加(P<0.05),株高分別增加了20.87%,49.95%和39.01%;莖粗分別增加了20.81%,27.60%和22.29%,且均在T2處理下達(dá)到最大值;而T4處理的株高較T0顯著降低了11.34%(P<0.05),莖粗較T0差異不顯著(圖2A,2B)。T2～T4處理下根長(zhǎng)顯著增加(P<0.05),分別增加了36.00%,41.64%和19.82%,且在T3處理下達(dá)到最大值;T1處理的根長(zhǎng)較T0差異不顯著(圖2C)。

圖2 Cp2-EPS處理下苜蓿幼苗的株高、莖粗、根長(zhǎng)和生長(zhǎng)表型Fig.2 Plant height,stem diameter,root length and growth phenotype of alfalfa seedlings under Cp2-EPS treatment注:CK表示蒸餾水對(duì)照;T0表示100 mmol·L-1NaCl脅迫;T1,T2,T3,T4表示在100 mmol·L-1NaCl溶液中分別添加0.5,1.0,1.5,2.0 g·L-1Cp2-EPS處理Note:CK indicates distilled water control;T0 stands for 100 mmol·L-1NaCl coercion;T1,T2,T3,T4 mean at 100 mmol·L-1NaCl solution added 0.5,1.0,1.5,2.0 g·L-1Cp2-EPS treatment

2.3 Cp2-EPS處理下苗期紫花苜蓿的根系形態(tài)

如表1所示,與CK相比,T0顯著降低了紫花苜蓿的總根表面積、總根體積和根尖數(shù)(P<0.05),分別減小了48.58%,48.37%和36.16%,平均根直徑較CK增大了10.96%。NaCl脅迫處理下,隨著EPS濃度的增大,紫花苜蓿的總根表面積、總根體積和根尖數(shù)均呈先增后減的趨勢(shì),平均根直徑呈先減后增的趨勢(shì)。與T0相比,T3處理下紫花苜蓿平均根直徑最小,較T0降低了8.96%;T2處理下總根表面積和總根體積均達(dá)到最大值,分別較T0增加了66.99%和57.43%(P<0.05)。T1處理下的根尖數(shù)最大,較T0增加了79.79%(P<0.05)。

表1 Cp2-EPS處理下苜蓿幼苗的平均根直徑、總根表面積、總根體積和根尖數(shù)Table 1 Average root diameter,root surface area,root volume,and tips number of alfalfa seedlings under Cp2-EPS treatment

2.4 Cp2-EPS處理下苗期紫花苜蓿的鮮重和干重

如圖3所示,與CK相比,T0顯著降低了紫花苜蓿幼苗的鮮重和干重(P<0.05),其地上鮮重(圖3A)、地下鮮重(圖3B)、地上干重(圖3C)和地下干重(圖3D)分別降低了62.00%,41.86%,57.02%和37.76%。NaCl處理下,隨著EPS濃度的增大,紫花苜蓿的地上鮮干重和地下鮮干重均呈先上升后下降的趨勢(shì)。與T0相比,T1～T3處理下地上鮮干重均顯著增加(P<0.05),地上鮮重分別增加了42.27%,68.44%和48.37%,地上干重分別增加了21.39%,72.41%和55.30%,且均在T2處理下達(dá)到最大值。地下鮮干重在T1～T3處理下均顯著增加(P<0.05),地下鮮重分別增加了50.80%,64.73%和63.27%,地下干重分別增加了34.91%,53.20%和56.55%,且分別在T2和T3處理下達(dá)到最大值;而T4處理下的地上鮮干重和地下鮮干重均較T0差異不顯著。

圖3 Cp2-EPS處理下苜蓿幼苗的鮮重和干重Fig.3 Fresh and dry weight of alfalfa seedlings under Cp2-EPS treatment

2.5 Cp2-EPS處理下苗期紫花苜蓿的葉綠素含量

如圖4所示,與CK相比,T0使紫花苜蓿葉片葉綠素a(圖4A)、葉綠素b(圖4B)和總?cè)~綠素含量(圖4C)顯著降低(P<0.05),分別降低了8.12%,28.23%和15.59%。與T0相比,T1～T3處理均能不同程度地緩解鹽脅迫對(duì)紫花苜蓿幼苗葉綠素含量的抑制(P<0.05),其中葉綠素a含量分別增加了5.21%,12.53%和10.98%;葉綠素b含量分別增加了14.84%,28.34%和19.42%;總?cè)~綠素含量分別增加了8.25%,17.53%和13.65%;且均以T2處理效果最佳,其次是T3處理。T4處理下的葉綠素a、總?cè)~綠素含量均較T0顯著降低(P<0.05),分別降低了7.27%和5.57%。

圖4 Cp2-EPS處理下苜蓿幼苗的葉綠素含量Fig.4 Chlorophyll content of alfalfa seedlings under Cp2-EPS treatment

2.6 Cp2-EPS處理下苗期紫花苜蓿的光合指標(biāo)

如圖5所示,與CK相比,T0處理下紫花苜蓿葉片的凈光合速率Pn(圖5A)、蒸騰速率Tr(圖5B)和氣孔導(dǎo)度Gs(圖5C)均顯著降低(P<0.05),分別降低了34.53%,17.36%和12.94%;而胞間CO2濃度Ci顯著增加(P<0.05),增加了19.92%(圖5D)。與T0相比,T1～T3處理均能不同程度地緩解鹽脅迫對(duì)紫花苜蓿幼苗Pn,Tr和Gs的抑制(P<0.05),其中Pn和Gs均在T2處理下達(dá)到最大值,分別增加了49.53%和12.73%;Tr在T3處理下達(dá)到最大值,增大了20.22%;Ci在T2處理下最小,較T0減小了9.65%。而T4處理下的Pn,Tr和Gs均較T0顯著降低(P<0.05),Ci較T0顯著增加(P<0.05)。

圖5 Cp2-EPS處理下苜蓿幼苗的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度Fig.5 Net photosynthetic rate,transpiration rate,stomatal conductance and intercellular CO2 concentration of alfalfa seedlings under Cp2-EPS treatment

2.7 Cp2-EPS處理下苗期紫花苜蓿的相對(duì)含水量和相對(duì)電導(dǎo)率

如圖6A所示,與CK相比,T0處理導(dǎo)致紫花苜蓿葉片的相對(duì)含水量顯著降低(P<0.05),降低了33.92%。與T0相比,T1～T3處理下苜蓿葉片的相對(duì)含水量均顯著升高(P<0.05),其中T2處理下的相對(duì)含水量最高,較T0增大了22.35%,其次是T3處理,與T2處理差異不顯著,且均達(dá)到了CK的水平;而T4處理下的相對(duì)含水量較T0降低。

圖6 Cp2-EPS處理下苜蓿幼苗的相對(duì)含水量和相對(duì)電導(dǎo)率Fig.6 Relative water content and relative conductivity of alfalfa seedlings under Cp2-EPS treatment

如圖6B所示,與CK相比,T0處理導(dǎo)致紫花苜蓿葉片的相對(duì)電導(dǎo)率顯著升高(P<0.05),是CK的3.41倍。與T0相比,T1～T3處理下苜蓿葉片的相對(duì)電導(dǎo)率均顯著降低(P<0.05),分別降低了34.52%,52.74%和48.80%,其中T2處理下的相對(duì)電導(dǎo)率最低,其次是T3處理,且均達(dá)到了CK的水平;而T4處理下的相對(duì)電導(dǎo)率較T0升高。

2.8 綜合評(píng)價(jià)

采用主成分分析法,將NaCl脅迫下紫花苜蓿苗期生長(zhǎng)的18個(gè)指標(biāo)分為了2個(gè)主成分(表2)。其中第1主成分特征值為15.614,貢獻(xiàn)率為86.742%,第2主成分特征值為1.114,貢獻(xiàn)率為6.190%,二者累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了92.932%。

表2 各綜合指標(biāo)系數(shù)及貢獻(xiàn)率Table 2 Coefficient and contribution rate of each comprehensive index

根據(jù)公式(3)得到2個(gè)主成分的各處理隸屬函數(shù)值;結(jié)合2個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率,由公式(4)得到2個(gè)主成分的權(quán)重;然后利用公式(5)得到各處理的綜合評(píng)價(jià)值。隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)值越大,說(shuō)明Cp2-EPS緩解苜蓿幼苗鹽脅迫的效應(yīng)越強(qiáng)。結(jié)果顯示,T1～T3處理均能在不同程度上緩解紫花苜蓿受到的鹽脅迫,且T2(1.0 g·L-1Cp2-EPS)處理對(duì)100 mmol·L-1NaCl脅迫下紫花苜蓿種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的緩解效果最佳。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為:CK>T2>T3>T1>T0>T4(表3)。

表3 各處理綜合指標(biāo)值、權(quán)重、隸屬函數(shù)值、D值及綜合評(píng)價(jià)Table 3 The comprehensive indicator values,index weight,membership function value,D values and comprehensive evaluation of each treatment

3 討論

苗期是紫花苜蓿整個(gè)生長(zhǎng)周期中的關(guān)鍵階段,遭受鹽脅迫后會(huì)導(dǎo)致幼苗長(zhǎng)勢(shì)弱,根系變少變短,進(jìn)而影響其后期的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量和品質(zhì)[31]。生長(zhǎng)量是植物對(duì)鹽脅迫響應(yīng)的綜合體現(xiàn),也是對(duì)鹽脅迫的綜合反應(yīng)[32]。而根系作為植物最先感受到鹽脅迫信號(hào)的器官,是提高植物耐鹽性的關(guān)鍵,根系的發(fā)育對(duì)于植物從土壤中獲取水分和營(yíng)養(yǎng)并由此增加蒸騰過(guò)程中損失的水分的補(bǔ)充率是極其重要的[33-34]。本研究中,鹽脅迫顯著抑制苜蓿植株的高度、莖粗、地上鮮干重、地下鮮干重和根系的發(fā)育。目前,已有不少研究證實(shí)微生物EPS在植物耐鹽性形成過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[10-11,35]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,添加0.5～1.5 g·L-1Cp2-EPS后有效緩解鹽脅迫導(dǎo)致的紫花苜蓿生長(zhǎng)能力受阻,而這種生長(zhǎng)促進(jìn)作用可能是由于EPS作為一種天然抗氧化劑具有清除植物中鹽誘導(dǎo)的活性氧(ROS)的能力[17],Alami等[11]在向日葵、Atouei等[36]在小麥(Triticumaestivum)和Awad等[37]在玉米幼苗中也有類似的研究結(jié)果。Chen等[38]的研究還發(fā)現(xiàn)EPS可以刺激番茄體內(nèi)的幾種植物激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑,如生長(zhǎng)素、脫落酸等,從而促進(jìn)番茄在鹽脅迫環(huán)境中生長(zhǎng)。此外,添加0.5～1.5 g·L-1Cp2-EPS后的幼苗根系生長(zhǎng)明顯較好并且側(cè)根明顯增加,從而能夠更好地獲取水和營(yíng)養(yǎng),這可能是EPS作為生物膜附著在根系表面形成物理屏障,幫助根系抵御鹽分的傷害[39],Liu等[40]的研究結(jié)果與此一致。同時(shí),我們還發(fā)現(xiàn)高濃度(2.0 g·L-1)Cp2-EPS會(huì)抑制苜蓿幼苗的根系和地上部的生長(zhǎng)。艾力江·麥麥提等[41]也發(fā)現(xiàn)過(guò)高濃度(20 mmol·L-1)的海藻糖反而會(huì)加重鹽脅迫對(duì)甜瓜(Cucumismelo)幼苗的傷害,與本試驗(yàn)結(jié)果類似。

葉綠素是光合作用所必需的,而光合能力降低是植物在鹽脅迫下生長(zhǎng)抑制的主要原因[42]。在本研究中,鹽脅迫顯著降低了紫花苜蓿的葉綠素含量,而經(jīng)過(guò)0.5～1.5 g·L-1Cp2-EPS處理后,苜蓿的葉綠素含量顯著升高,表明適宜濃度的Cp2-EPS能緩解鹽脅迫導(dǎo)致的葉綠素降解,原因可能是EPS維持了鹽脅迫下細(xì)胞的氧化還原平衡,從而減弱了鹽分對(duì)葉綠素合成的干擾[43],這與張成冉等[44]利用糖(葡萄糖、殼聚糖和海藻糖)減輕鹽脅迫對(duì)玉米幼苗葉綠素含量抑制的結(jié)果一致。此外,凈光合速率的降低還與細(xì)胞內(nèi)CO2的可用性降低有關(guān),而光合CO2的固定受氣孔限制和非氣孔限制因素的調(diào)節(jié),鹽脅迫期間植物采用氣孔關(guān)閉的適應(yīng)性措施,使蒸騰期間的水分損失最小化[45-46]。本研究中,鹽脅迫下苜蓿葉片中凈光合速率的減少與苜蓿胞間CO2含量的增加有關(guān)。當(dāng)經(jīng)過(guò)0.5～1.5 g·L-1Cp2-EPS處理后,苜蓿葉片的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均顯著高于鹽處理,而胞間CO2濃度顯著低于鹽處理。這說(shuō)明適量施用Cp2-EPS可以有效改善氣孔的功能,使植物在鹽脅迫下重新打開(kāi)氣孔,有助于增強(qiáng)鹽脅迫下植物的光合作用。

葉片相對(duì)含水量的高低能夠反映植物抵御鹽脅迫引起的生理干旱水平[21]。相對(duì)電導(dǎo)率能夠鮮明的反映出植物葉片細(xì)胞膜的損傷程度,其值較低時(shí)表明植物細(xì)胞膜因鹽脅迫引起的損傷越低,抵抗鹽脅迫的能力越強(qiáng)[47]。本研究中,鹽脅迫使紫花苜蓿葉片相對(duì)含水量顯著降低,相對(duì)電導(dǎo)率顯著升高,可能是鹽脅迫誘導(dǎo)植物體內(nèi)的滲透脅迫,導(dǎo)致葉片中的含水量降低,對(duì)細(xì)胞膜和細(xì)胞器具有破壞性影響[48]。有研究指出微生物EPS是清除自由基并保護(hù)植物免受ROS引起的脂質(zhì)過(guò)氧化的有效抗氧化劑[17]。本研究中,添加0.5～1.5 g·L-1Cp2-EPS后,幼苗則顯示出較高水平的相對(duì)含水量和較低水平的相對(duì)電導(dǎo)率,這與尹雅潔等[49]在水稻(Oryzasativa)上的研究結(jié)果類似。此外,本研究還發(fā)現(xiàn),添加高濃度(2.0 g·L-1)Cp2-EPS會(huì)降低相對(duì)含水量并提高相對(duì)電導(dǎo)率,加劇對(duì)葉片細(xì)胞膜的損害,原因可能是苜蓿幼苗受到鹽分與高濃度Cp2-EPS的雙重脅迫,但具體原因還待進(jìn)一步研究。

綜上所述,在鹽脅迫條件下,適宜濃度的Cp2-EPS可以通過(guò)增加幼苗的株高、根長(zhǎng)、相對(duì)含水量以及葉綠素含量等來(lái)調(diào)節(jié)紫花苜蓿的生長(zhǎng)狀況,并通過(guò)降低葉片相對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)而降低膜脂過(guò)氧化水平來(lái)增強(qiáng)苜蓿的耐鹽性。

4 結(jié)論

100 mmol·L-1NaCl脅迫嚴(yán)重抑制了紫花苜蓿苗期的生長(zhǎng),添加0.5～1.5 g·L-1Cp2-EPS均能在一定程度上緩解該脅迫對(duì)紫花苜蓿的毒害作用,促進(jìn)紫花苜蓿幼苗地上及地下部的生長(zhǎng),并提高紫花苜蓿的光合作用,而高濃度(2.0 g·L-1)的Cp2-EPS反而會(huì)加重鹽脅迫對(duì)苜蓿的傷害。最后,經(jīng)隸屬函數(shù)綜合分析后顯示,1.0 g·L-1Cp2-EPS對(duì)該鹽脅迫濃度下紫花苜蓿的緩解效果最好。