鹽脅迫對菊花‘紫燕翻飛’生長及生理特性的影響

關(guān)鍵詞：菊花；鹽脅迫；生長指標(biāo)；滲透調(diào)節(jié)；抗氧化酶

中圖分類號：S682.11 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2024）06-0047-08

世界范圍內(nèi)土壤鹽漬化影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土壤生態(tài)環(huán)境。目前，世界鹽漬化土壤面積高達(dá)1.0×10⁹hm²，占全球可耕地面積的10%，僅中國就有9913×10⁴ hm²。溫室氣體排放導(dǎo)致的全球氣溫升高、栽培過程中的灌溉方法不當(dāng)?shù)纫蛩?，則會導(dǎo)致土壤鹽漬化程度進(jìn)一步加重。土壤鹽漬化會嚴(yán)重抑制植物的生長發(fā)育，甚至?xí)斐删薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失。因此，探究植物的耐鹽性、選育具有優(yōu)良耐鹽性狀的新品種是改良和利用鹽漬化土壤的有效途徑之一。研究發(fā)現(xiàn)，土壤鹽漬化會使植物遭受Na⁺和Cl^-導(dǎo)致的滲透脅迫和離子毒害、單離子過量吸收導(dǎo)致的營養(yǎng)缺失、次生鹽害產(chǎn)生活性氧（ROS）引起的氧化脅迫和細(xì)胞膜系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，也會使細(xì)胞分裂受抑、染色體異常、細(xì)胞代謝紊亂、光合效率下降、植株生長受抑甚至死亡。植物長期進(jìn)化中已經(jīng)形成一系列能夠抵抗不良環(huán)境的應(yīng)對機(jī)制，可以通過合成多種有機(jī)小分子來進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，降低細(xì)胞水勢，使水分向著有利于其生長的方向進(jìn)行運(yùn)輸，以應(yīng)對鹽脅迫帶來的傷害：也可通過抗氧化系統(tǒng)來清除鹽脅迫所產(chǎn)生的過量活性氧，以減少植物體內(nèi)活性氧的積累，減低對細(xì)胞的氧化損傷，用以維持植物細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和完整性，保證植物能夠進(jìn)行正常的代謝及生長。

菊花（Chrysanthemum morifolium）作為多年生宿根花卉，因花色豐富、花型多樣而深受人們喜愛，被譽(yù)為中國十大傳統(tǒng)名花和世界四大切花之一，并在全球范圍內(nèi)廣泛種植。近年來，關(guān)于菊花耐鹽性的研究報道主要涉及藥用菊、茶用菊等。有關(guān)研究中，以植株生物量、膜透性以及葉片SOD、POD活性等作為植物耐鹽性的快速評價指標(biāo)進(jìn)行評定時顯示，杭白菊34號、K1和K2耐鹽性較強(qiáng)，可以用作耐鹽菊花品種選育的優(yōu)良種質(zhì)資源。基于形態(tài)指標(biāo)的鑒定結(jié)果表明，茶用菊‘皇菊’‘河北香菊’及‘滁菊’為耐鹽性強(qiáng)的品種，‘黃小香菊’為不耐鹽品種，‘蘇菊10號’為極不耐鹽品種。目前，關(guān)于傳統(tǒng)大菊耐鹽性評價的研究報道尚少。前人曾采用無土栽培法針對20個名貴菊花品種進(jìn)行過耐鹽性測試，但僅分析了各個品種的死亡率、鹽害指數(shù)，未測定其生理指標(biāo)的差異。因此，本試驗以傳統(tǒng)大菊品種‘紫燕翻飛’為材料，用不同濃度梯度的NaCl溶液進(jìn)行鹽脅迫處理，研究‘紫燕翻飛’植株生長、生理生化特性的變化及其對鹽脅迫的生理響應(yīng)機(jī)制，以期為‘紫燕翻飛’栽培提供技術(shù)借鑒，為選育耐鹽大菊新品種提供一定的理論支持。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗于2023年4—5月在信陽農(nóng)林學(xué)院園藝學(xué)院校內(nèi)實訓(xùn)基地溫室內(nèi)進(jìn)行。菊花品種‘紫燕翻飛’采集于信陽農(nóng)林學(xué)院園藝學(xué)院實訓(xùn)基地。

1.2材料培養(yǎng)與試驗處理

于2023年4月，選取長勢一致、生長健壯的菊花‘紫燕翻飛’插穗，置于以草炭與珍珠巖按2：1體積比混合的基質(zhì)中生根。待插穗生根后，取長勢一致的生根苗定植于底部打孔的420 mL塑料杯中，下置托盤，并填裝170 g基質(zhì)（草炭：珍珠巖=3：1，體積比）。緩苗1周后，進(jìn)行鹽脅迫處理。

試驗設(shè)置50、100、150、200 mmol/L NaCl共4個濃度鹽脅迫處理，以0 mmol/L NaCl為對照。每處理重復(fù)3次，每個重復(fù)種植幼苗30株。若托盤底部有溶液流出，則及時倒回塑料杯內(nèi)，以避免鹽分流失。分別于鹽脅迫處理0、2、4、6、8、10 d采集菊花幼苗葉片，迅速放人液氮中，之后保存于-80℃冰箱，用于測定相關(guān)生理生化指標(biāo)。

1.3測定指標(biāo)與方法

1.3.1生長指標(biāo)測定 鹽脅迫10 d后，用直尺測量菊花植株基部至生長點(diǎn)位置的長度，即株高；選擇植株中上部同一部位成熟葉片，使用游標(biāo)卡尺分別測量葉長、葉寬。將植株地上部、地下部分開，于105℃殺青30 min后75℃烘干至恒重，冷卻至室溫后，分別稱取植株地上部干重、地下部干重，并計算不同脅迫處理后的植株根冠比。

1.3.2生理生化指標(biāo)測定 葉片相對電導(dǎo)率采用電導(dǎo)儀法測定。葉片相對含水量使用飽和稱重法測定。葉片丙二醛（MDA）含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、葉綠素含量等均使用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的相關(guān)試劑盒并嚴(yán)格按照操作說明進(jìn)行測定。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計及作圖，使用SPSS Statistics 17.0軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan's法進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1鹽脅迫對菊花‘紫燕翻飛’生長的影響

隨著NaCl濃度升高，菊花‘紫燕翻飛’幼苗生長受到抑制，地上部逐漸趨于矮小，下部葉片出現(xiàn)黃化、干枯等現(xiàn)象（圖1）。如表1所示，不同濃度鹽脅迫10 d‘紫燕翻飛’各項生長指標(biāo)呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。隨著NaCl濃度升高，株高呈現(xiàn)下降趨勢：50 mmol/L NaCl處理株高與對照差異不顯著，NaCl濃度增至100、150、200 mmol/L時株高分別較對照下降7.94%、9.89%和10.21%。與對照相比，‘紫燕翻飛’葉寬和葉長不同濃度NaCl處理間無顯著變化。植株地上部干重、地下部干重的變化趨勢相似，100、150、200 mmol/LNaCl處理下地上部干重較對照分別下降14.29%、14.29%和16.67%，地下部干重均為對照的92.86%。100、150、200 mmol/L NaCl處理植株根冠比較對照顯著升高。以上結(jié)果表明，鹽脅迫抑制菊花‘紫燕翻飛’生長，高濃度下抑制程度較大，植株總生物量降低。

2.2鹽脅迫對菊花‘紫燕翻飛’葉片MDA含量的影響

由圖2可知，隨著NaCl濃度升高及脅迫時間延長，菊花‘紫燕翻飛’葉片MDA含量呈現(xiàn)逐漸上升趨勢。鹽脅迫Od時，各處理葉片MDA含量在11.93～12.20 nmol/g之間，處理間差異不顯著；鹽脅迫2d時50 mmol/L NaCl處理葉片MDA含量僅比對照稍高，100、150、200 mmol/L NaCl處理下葉片MDA含量較對照均顯著升高：鹽脅迫時間延長至4、6、8d時，各處理葉片MDA含量較對照均顯著升高；鹽脅迫10 d時，鹽脅迫各處理葉片MDA含量達(dá)到最大值，與對照相比，50、100、150、200 mmol/L NaCl處理分別增加61.50%、71.41%、95.16%和124.22%，均達(dá)顯著水平，且各處理間差異也顯著。以上結(jié)果說明，鹽脅迫使細(xì)胞膜脂受損，引起葉片MDA積累，且鹽濃度越高、脅迫時間越久，MDA積累越多。

2.3鹽脅迫對菊花‘紫燕翻飛’葉片相對電導(dǎo)率（REC）的影響

菊花‘紫燕翻飛’葉片REC隨著NaCl濃度升高及處理時間延長呈逐漸升高趨勢（圖3），與MDA含量變化趨勢相似。鹽脅迫2d時，50mmol/L NaCl處理葉片REC為52.37%，與對照差異不顯著，從鹽脅迫4d起較對照均顯著升高；鹽脅迫2～10 d時，100、150、200 mmol/L NaCl處理葉片REC較對照均顯著升高：鹽脅迫10 d時各處理葉片REC達(dá)到最大值，較對照顯著升高10.65%～31.32%。以上結(jié)果表明，長時間、高濃度鹽脅迫導(dǎo)致菊花‘紫燕翻飛’葉片細(xì)胞的膜脂過氧化作用增強(qiáng)，對細(xì)胞的損傷加劇。

2.4鹽脅迫對菊花‘紫燕翻飛’葉片脯氨酸含量的影響

隨著NaCl濃度升高及脅迫時間延長，菊花‘紫燕翻飛’葉片脯氨酸含量呈現(xiàn)逐漸上升趨勢（圖4）。鹽脅迫2d時，50 mmol/L NaCl處理葉片脯氨酸含量為14.32 μg/g，與對照差異不顯著，100、150、200 mmol/L NaCl處理葉片脯氨酸含量分別為15.12、16.68、19.21μg/g，較對照顯著升高。4個鹽濃度處理的葉片脯氨酸含量均在脅迫10 d時達(dá)到峰值，較對照分別增加21.82%、48.96%、90.19%和111.61%。以上結(jié)果表明，鹽脅迫下菊花‘紫燕翻飛’葉片內(nèi)脯氨酸積累增加，以維持滲透平衡、減少鹽脅迫對質(zhì)膜的損傷。

2.5鹽脅迫對菊花‘紫燕翻飛’葉片抗氧化酶活性的影響

2.5.1對SOD活性的影響 在50、100 mmol/LNaCl脅迫下，菊花‘紫燕翻飛’葉片SOD活性隨著鹽濃度升高及處理時間延長呈升高趨勢（圖5A）；150、200 mmol/L NaCl脅迫下，隨著處理時間延長葉片SOD活性呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢，且均顯著高于對照。低濃度（50、100 mmol/LNaCl）脅迫10 d時，葉片SOD活性達(dá)到峰值，分別較對照增加7.06%和11.38%；高濃度（150、200mmol/L NaCl）脅迫4d時，葉片SOD活性達(dá)到最大值，分別為201.24、217.19 U/g，較對照分別增加20.27%和29.80%，隨后開始下降。由此可見，菊花‘紫燕翻飛’可通過提高SOD活性清除活性氧，緩解自由基對細(xì)胞膜系統(tǒng)造成的損傷，以維持細(xì)胞的正常狀態(tài)。

2.5.2對POD活性的影響 低濃度（50、100mmol/L NaCl）脅迫下菊花‘紫燕翻飛’POD活性隨著鹽濃度升高及處理時間延長呈現(xiàn)逐漸升高趨勢（圖SB），并在脅迫10 d時達(dá)到峰值；高濃度（150、200 mmol/L NaCl）下POD活性先升后降，與SOD活性的變化趨勢相似。50、100 mmol/LNaCl處理10 d葉片POD活性分別為346.52、357.76 U/g，分別是對照的1.23、1.27倍；150、200mmol/L NaCl處理4d時葉片POD活性達(dá)到最大值，較對照分別升高30.10%、33.01%，且差異顯著，隨后POD活性呈現(xiàn)下降趨勢，脅迫10 d時仍大于對照且差異顯著。以上結(jié)果表明，POD在菊花‘紫燕翻飛’抵御鹽脅迫過程中發(fā)揮了顯著作用，可有效緩解鹽脅迫產(chǎn)生的自由基對植物細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷。

2.6鹽脅迫對菊花‘紫燕翻飛’葉片葉綠素含量的影響

隨著鹽濃度升高及處理時間延長，菊花‘紫燕翻飛’葉片葉綠素含量逐漸降低（圖6）。鹽脅迫10 d時，不同鹽濃度處理葉片葉綠素含量達(dá)到最小值，分別為0.51、0.49、0.46、0.42 mg/g，與對照相比分別下降15.31%、18.63%、23.61%、30.42%，且均達(dá)到顯著水平。說明，鹽脅迫抑制菊花‘紫燕翻飛’的葉綠素合成，葉片葉綠素含量降低，且鹽濃度越高、處理時間越長，葉綠素含量降幅越大。

2.7鹽脅迫對菊花‘紫燕翻飛’葉片相對含水量的影響

隨著鹽濃度升高和脅迫時間延長，菊花‘紫燕翻飛’葉片相對含水量呈逐漸下降趨勢（圖7）。50 mmol/L NaCl處理下，葉片相對含水量在脅迫前期變化不大，與對照無顯著差異：脅迫處理8d時，葉片相對含水量顯著下降，為對照的96.11%。100、150、200 mmol/L NaCl處理下，葉片相對含水量均在脅迫處理2d時較對照顯著下降，且處理時間越長降幅越大。脅迫10 d時，各鹽處理葉片相對含水量達(dá)到最小值，較對照降幅分別為4.88%、10.46%、14.34%和16.54%。以上結(jié)果表明，鹽脅迫使細(xì)胞失水，導(dǎo)致葉片相對含水量下降。

3討論與結(jié)論

植株形態(tài)特征和生物量變化是反映其受鹽害最直觀的指標(biāo)，可評估鹽脅迫程度及植物的耐鹽性。研究表明，鹽脅迫下栝樓幼苗生長受到抑制，尤其當(dāng)鹽濃度超過0.3 mol/L時會受到嚴(yán)重抑制，生物量積累顯著減少。本試驗中，50mmol/L NaCl處理下，菊花‘紫燕翻飛’株高、地上部干重、地下部干重及根冠比與對照相比無顯著變化；NaCl濃度增至100、150、200 mmol/L時，株高、地上部干重、地下部干重等較對照均顯著下降（100 mmol/L NaCl處理的株高除外），根冠比較對照均顯著升高。這與前人研究結(jié)果相似，說明鹽脅迫一定程度上對菊花‘紫燕翻飛’生長造成影響，同時也說明它具有一定的耐鹽能力。

鹽脅迫會導(dǎo)致植物細(xì)胞膜的脂質(zhì)過氧化損傷，加速細(xì)胞水解，細(xì)胞膜透性增加。MDA作為膜脂過氧化的重要產(chǎn)物，常作為衡量植物細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化損傷的指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，芙蓉菊植株體內(nèi)的MDA含量在鹽脅迫下增幅較小，而兩種菊屬栽培品種‘繁花似錦’和‘寒露紅’在鹽脅迫下積累大量的丙二醛，說明相同鹽脅迫下不同菊屬植物細(xì)胞膜的氧化損傷程度存在差異。本試驗中，菊花‘紫燕翻飛’葉片丙二醛含量隨著鹽脅迫濃度升高和處理時間延長呈上升趨勢，這一結(jié)論與前人的研究結(jié)果相似，表明鹽脅迫使細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生過量的活性氧自由基，進(jìn)而對細(xì)胞膜的穩(wěn)定性造成破壞。葉片相對電導(dǎo)率可反映植物葉片細(xì)胞的細(xì)胞膜透性。研究發(fā)現(xiàn)，隨著NaCl濃度增大，10個紫薇品種的葉片相對電導(dǎo)率呈上升趨勢，且不同品種間差異較大。本研究中，菊花‘紫燕翻飛’葉片相對電導(dǎo)率隨著NaCl脅迫程度的加重而逐漸上升，與前人研究結(jié)果相一致，表明鹽脅迫下植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損，細(xì)胞膜透性增強(qiáng)。

研究發(fā)現(xiàn)，脯氨酸是植物體內(nèi)的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一。鹽脅迫可導(dǎo)致植物體內(nèi)脯氨酸的大量積累，從而加強(qiáng)植物對水分的吸收，調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透勢，防止因過度失水對細(xì)胞造成傷害，從而維持細(xì)胞的正常生理功能。本研究發(fā)現(xiàn)，菊花‘紫燕翻飛’葉片脯氨酸含量隨著鹽脅迫濃度升高和處理時間延長呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，這與在甜櫻桃砧木、紫花苜蓿上的相關(guān)研究結(jié)果相一致。其原因可能是鹽脅迫下菊花‘紫燕翻飛’通過積累脯氨酸來調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢，進(jìn)而增強(qiáng)其對鹽脅迫的抗性。

當(dāng)遭受鹽脅迫等不良環(huán)境的傷害時，植物體內(nèi)會產(chǎn)生大量活性氧，從而破壞細(xì)胞內(nèi)的大分子物質(zhì)和其他組分，進(jìn)而阻礙植物的正常新陳代謝和生長發(fā)育。植物體內(nèi)存在著復(fù)雜的抗氧化系統(tǒng)，可有效清除外在脅迫產(chǎn)生的過量活性氧，從而減少對膜系統(tǒng)的損害，平衡活性氧代謝。研究發(fā)現(xiàn)，抗氧化系統(tǒng)里存在著多種參與調(diào)節(jié)活性氧積累的關(guān)鍵酶，研究較多的主要有SOD和POD等。SOD作為植物抗氧化酶系統(tǒng)中的核心酶，可催化細(xì)胞中多余的超氧陰離子自由基生成H₂O₂和O₂；POD則可清除H₂O₂。本研究發(fā)現(xiàn)，低濃度（50、100 mmol/L NaCl）處理下，葉片SOD、POD活性隨著鹽濃度升高及處理時間延長呈升高趨勢，這可能是由于菊花‘紫燕翻飛’在低濃度鹽脅迫下能夠通過產(chǎn)生SOD、POD清除活性氧，緩解自由基對細(xì)胞膜系統(tǒng)造成的損傷；高濃度（150、200 mmol/L NaCl）處理下，葉片SOD、POD活性呈先上升后下降趨勢，這與對裸果木的研究結(jié)果一致，其原因可能是高濃度鹽脅迫前期，植株可產(chǎn)生大量SOD和POD來清除過多的活性氧，以維持細(xì)胞的正常狀態(tài)，但隨著高濃度鹽脅迫時間延長，所產(chǎn)生的活性氧量已遠(yuǎn)超兩者的清理能力范圍，因此對植物造成的損傷加重。

逆境脅迫下，植物的光合作用和水分吸收也會受到一定程度的抑制。光合作用是植物體內(nèi)重要的生理代謝過程，可將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。葉綠素是光合作用過程中光能吸收、傳遞的主要物質(zhì)，其含量的多少能直接反映出植物葉片光合作用的強(qiáng)弱。鹽脅迫會導(dǎo)致植物細(xì)胞中的葉綠體結(jié)構(gòu)損傷，葉綠素和葉綠素蛋白發(fā)生解離，葉綠素酶活性降低，從而使葉綠素加快分解，導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)的葉綠素含量下降。有研究指出，寧夏枸杞葉片葉綠素含量隨著NaCl脅迫程度的增加而呈現(xiàn)顯著降低趨勢，且在200、300 mmol/L NaCl處理下與對照差異顯著，同樣，本研究也發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下菊花‘紫燕翻飛’葉片葉綠素含量呈下降趨勢，且鹽脅迫處理濃度越高、時間越長葉綠素含量降幅越顯著。這可能是由于高濃度的鹽離子降低了葉綠素與葉綠素蛋白的親和能力，破壞了植物細(xì)胞內(nèi)的葉綠體結(jié)構(gòu)，使葉綠素分解，進(jìn)而使葉綠素含量降低，最終導(dǎo)致光合作用下降。水分參與植物的各種生理過程，而葉片相對含水量不僅能夠反映植物體內(nèi)的水分缺失情況，也可反映植物的保水能力。鹽脅迫會造成植物的生理缺水，葉片相對含水量下降越多，表示細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭受破壞的程度越大。本試驗中，鹽脅迫也使‘紫燕翻飛’葉片相對含水量下降，此結(jié)果也在鹽脅迫下的巴西蕉上得到驗證，表明鹽脅迫可導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)受損，且鹽濃度越高受損程度越重。

綜上看出，鹽脅迫在一定范圍內(nèi)抑制菊花‘紫燕翻飛’的植株生長：50 mmol/L NaCl濃度下，植株表現(xiàn)出較好的耐鹽性，株高、地上部干重、地下部干重及根冠比與對照（0 mmol/L NaCl）相比無顯著差異；當(dāng)NaCl濃度增至100、150、200mmol/L時，株高、地上部干重、地下部干重較對照均顯著降低（100 mmol/L NaCl處理的株高除外），根冠比均顯著增大；不同鹽濃度處理下葉長和葉寬無顯著變化。隨著鹽濃度升高和處理時間延長，菊花‘紫燕翻飛’各項生理指標(biāo)變化差異較大：鹽脅迫4d后各處理葉片丙二醛含量、脯氨酸含量、相對電導(dǎo)率的值較對照均顯著增大，均在鹽脅迫10 d時達(dá)到峰值；葉片SOD、POD活性總體上顯著增強(qiáng)，其中低濃度（50、100 mmol/L NaCl）鹽脅迫下呈逐漸上升趨勢，高濃度（150、200mmol/L NaCl）鹽脅迫下呈先升后降趨勢并在處理4d時達(dá)到最大值；100、150、200 mmol/L NaCl脅迫下葉片葉綠素含量、相對含水量較對照均顯著下降。由此可見，鹽脅迫下菊花‘紫燕翻飛’可通過增加植株體內(nèi)脯氨酸含量來緩解滲透脅迫對植株造成的傷害，同時也可通過提高SOD和POD活性以清除植株體內(nèi)過量的活性氧，減輕細(xì)胞的氧化損傷。