富氫營(yíng)養(yǎng)液對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗形態(tài)及生理活動(dòng)的影響

關(guān)鍵詞：富氫營(yíng)養(yǎng)液；番茄；幼苗形態(tài)；光合作用：鹽脅迫

中圖分類號(hào)：S641.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2025）02-0073-05

氫氣作為一種新型的信號(hào)分子，在植物生長(zhǎng)發(fā)育及抗逆反應(yīng)中具有重要作用。有研究表明，氫氣對(duì)水稻、苜蓿、擬南芥等植物的種子萌發(fā)具有重要作用；氫氣處理不僅有利于種子萌發(fā)和莖根的伸長(zhǎng)，而且能夠促進(jìn)幼苗根系生長(zhǎng)，參與諸如黃瓜、萬(wàn)壽菊、豬籠草等植物不定根的發(fā)生。另有研究發(fā)現(xiàn)，氫氣對(duì)植物抵御多種非生物脅迫具有明顯作用：Xie等研究表明，施用富氫水可以減少擬南芥的氣孔開放，有助于抗旱：富氫水栽培的水稻根莖丙二醛含量有所下降，可以提高水稻抗氧化酶基因表達(dá)及抗氧化酶活性；閆梅等認(rèn)為，脫落酸通過提高抗氧化酶活性與基因表達(dá)參與富氫水增強(qiáng)番茄幼苗的抗旱性；鄭瑜瑋研究發(fā)現(xiàn)，富氫水調(diào)控番茄幼苗的耐低溫性。可見，盡管目前氫氣在植物應(yīng)對(duì)多種非生物脅迫方面的相關(guān)研究已有不少報(bào)道，但是關(guān)于富氫水對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗形態(tài)、生理活動(dòng)影響的研究還較少。因此，本研究利用富氫營(yíng)養(yǎng)液和鹽溶液處理番茄幼苗，初步探索氫氣對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗形態(tài)及生理活動(dòng)的影響，進(jìn)而為利用富氫水在鹽堿地種植番茄提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料及番茄培養(yǎng)

供試番茄品種為‘AC’。將番茄種子置于500mL燒杯中，先用3%次氯酸鈉消毒10min，隨后在50℃溫水中浸泡8h，再在28℃條件下進(jìn)行催芽，出芽后轉(zhuǎn)移至含有1/2霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液的水盆箱中，放置于人工氣候室內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)。人工氣候室條件設(shè)為：白天溫度（25±2）℃保持14 h，夜間（18±2）℃保持10 h，光照強(qiáng)度為200μmol·m^-2·s^-1，相對(duì)濕度為70%。幼苗生長(zhǎng)4周后，選擇生長(zhǎng)較為一致的幼苗進(jìn)行后續(xù)處理。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理方法

試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，分別為對(duì)照（CK）、鹽脅迫（S）和鹽脅迫下施加4個(gè)濃度的富氫（HR）營(yíng)養(yǎng)液處理（S+0.25H、S+0.50H、S+0.75H及S+1.00H），重復(fù)3次，每重復(fù)番茄幼苗10株。各處理方法如下：CK，澆1/2霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液；S處理，澆含有NaCl濃度為100mmol/L的1/2霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液；S+0.25H、S+0.50H、S+0.75H、S+1.00H處理為S處理?xiàng)l件下分別施加氫氣（H²）飽和度25%、50%、75%、100%的營(yíng)養(yǎng)液。連續(xù)處理7d，然后測(cè)定番茄幼苗形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)，并采集樣品儲(chǔ)存于-80℃超低溫冰箱中備用。

1.3富氫營(yíng)養(yǎng)液制備

農(nóng)業(yè)富氫水機(jī)（頻率：50 Hz;功率：0.9 kW;流量：1 T/H;制氫量：600mL/min）由青島朗茲科技設(shè)備有限公司生產(chǎn)，H₂以600mL/min的速度連續(xù)10 min吹入20L NaCl濃度為100 mmol/L的1/2霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液中，然后迅速稀釋到相應(yīng)試驗(yàn)處理所需H₂濃度。為了保持營(yíng)養(yǎng)液中的H2濃度，每12 h更換一次營(yíng)養(yǎng)液。

1.4測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1番茄幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 株高、莖粗、地上部干重、地下部干重、根冠比、番茄壯苗指數(shù)等指標(biāo)參照方雪娟等采用的方法測(cè)定。

1.4.2番茄幼苗生理指標(biāo)測(cè)定 葉片葉綠素a、b及類胡蘿卜素含量測(cè)定采用80%丙酮浸提法，丙二醛含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法。葉片SOD、POD、CAT酶液提取、反應(yīng)液配制、酶活性測(cè)定及計(jì)算參照杜天浩采用的方法。葉片光合參數(shù)和熒光參數(shù)采用Li-6400便攜式光合儀測(cè)定，具體參數(shù)的測(cè)定時(shí)間及方式參照杜天浩采用的方法。

1.5數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用Duncan’s法對(duì)各處理間的差異顯著性進(jìn)行分析（Plt;0.05）。

2結(jié)果與分析

2.1富氫營(yíng)養(yǎng)液對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗形態(tài)的影響

如表1所示，與對(duì)照（CK）相比，單一鹽脅迫處理（S）顯著降低番茄幼苗的株高、莖粗、單株地上部干重、單株地下部干重及壯苗指數(shù)。與S處理相比，各施加氫氣處理番茄幼苗的株高、莖粗、地上部干重、地下部干重、壯苗指數(shù)均有所增加，其中S+0.75H處理各項(xiàng)指標(biāo)較CK均無(wú)顯著差異，但均顯著高于S處理?？梢?，富氫營(yíng)養(yǎng)液緩解鹽脅迫抑制幼苗生長(zhǎng)的效果較為顯著。

2.2富氫營(yíng)養(yǎng)液對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片光合色素含量的影響

如表2所示，與對(duì)照（CK）相比，單一鹽脅迫處理（S）顯著降低番茄幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量及葉綠素a/b值。與S處理相比，S+0.25H處理葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量均無(wú)顯著差異，而較高濃度的氫氣（S+0.50H、S+0.75H和S+1.00H）處理在提高鹽脅迫下番茄幼苗葉片光合色素含量方面效果顯著，特別是高濃度氫氣（H₂飽和度75%和100%）處理葉片的光合色素含量及葉綠素a/b值與CK間均無(wú)顯著差異?？梢?，營(yíng)養(yǎng)液中含較高濃度的氫氣可能有緩解鹽脅迫對(duì)幼苗葉片光合色素?fù)p傷的作用。

2.3富氫營(yíng)養(yǎng)液對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片光合參數(shù)的影響

如表3所示，與對(duì)照（CK）相比，單一鹽脅迫處理（S）顯著降低番茄幼苗葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（Tr），但使胞間二氧化碳濃度（Ci）顯著增加。較低濃度氫氣（H₂飽和度25%）處理幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和胞間二氧化碳濃度與S處理間均無(wú)顯著差異，僅蒸騰速率顯著提高，而較高濃度氫氣處理（S+0.50H、S+0.75H和S+1.00H）均能較好地改善鹽脅迫下番茄幼苗葉片的光合性能，特別是S+0.50H處理其各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)最好，而S+0.75H和S+1.00H處理大多數(shù)指標(biāo)與CK間無(wú)顯著差異。

2.4富氫營(yíng)養(yǎng)液對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片熒光參數(shù)的影響

如表4所示，與對(duì)照（CK）相比，單一鹽脅迫（S）下番茄幼苗葉片的最小熒光（F₀）和非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）顯著升高，而其他葉片熒光參數(shù)則顯著降低。較低濃度氫氣處理（S+0.25H）番茄幼苗葉片的各項(xiàng)熒光參數(shù)與S處理間均無(wú)顯著差異，而較高濃度氫氣處理（S+0.50H和S+0.75H）番茄幼苗葉片的最小熒光較S處理顯著降低，且顯著提高表觀電子傳遞速率（ETR），明顯降低非光化學(xué)猝滅系數(shù)。與S處理相比，S+0.50H處理顯著提高番茄幼苗葉片的PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)量子產(chǎn)量（ΦPSⅡ）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）和表觀電子傳遞速率，并且這4項(xiàng)指標(biāo)連同最小熒光在內(nèi)與對(duì)照間均無(wú)顯著差異。

2.5富氫營(yíng)養(yǎng)液對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片保護(hù)酶活性及丙二醛含量的影響

由表5可知，單一鹽脅迫處理（S）下，番茄幼苗葉片的POD、SOD活性顯著低于對(duì)照（CK），CAT活性明顯低于CK，但差異不顯著，三者分別較CK降低53.8%、27.6%和13.6%。隨著營(yíng)養(yǎng)液中氫氣濃度增加，鹽脅迫下番茄幼苗葉片中保護(hù)酶活性均呈增加趨勢(shì)，較高氫氣濃度處理（S+0.50H、S+0.75H和S+1.00H）番茄幼苗葉片中三種保護(hù)酶活性大多顯著高于S處理，且與對(duì)照間差異不顯著或者高于對(duì)照。同時(shí)，單一鹽脅迫處理下番茄幼苗葉片丙二醛含量顯著高于對(duì)照，且增加2.69倍。隨著營(yíng)養(yǎng)液中氫氣濃度增加，鹽脅迫下番茄幼苗葉片丙二醛含量逐漸降低，但均顯著高于對(duì)照。

3討論與結(jié)論

趙銀萍等研究發(fā)現(xiàn)，氫處理土壤對(duì)黃瓜苗期生長(zhǎng)有顯著的促進(jìn)作用。鄭瑜瑋認(rèn)為，低溫脅迫后富氫水預(yù)處理的番茄幼苗株高、葉面積、鮮重、干物質(zhì)量和根系生長(zhǎng)量均顯著提高。本研究也表明，富氫營(yíng)養(yǎng)液能顯著提高鹽脅迫下番茄幼苗株高、莖粗、地上部干重、地下部干重和壯苗指數(shù)?？梢?，氫氣能緩解低溫脅迫、鹽脅迫對(duì)番茄生長(zhǎng)的抑制作用。Zeng等認(rèn)為，鹽處理能增加水稻氫化酶基因的表達(dá)，促進(jìn)內(nèi)源氫的產(chǎn)生。江宜龍研究發(fā)現(xiàn)，凍傷和富氫水預(yù)處理可使水稻幼苗釋放更多的內(nèi)源氫氣。而本研究對(duì)于鹽脅迫是否也能誘導(dǎo)番茄內(nèi)源氫氣釋放未涉及，尚待研究。

江宜龍研究發(fā)現(xiàn)，富氫水預(yù)處理能夠減緩因冷凍引起的葉片光合色素含量減少和光合速率下降，同時(shí)提升抗氧化酶活性。閆梅等研究發(fā)現(xiàn)，富氫水通過提高抗氧化酶活性而增強(qiáng)番茄幼苗的抗旱性。Zeng等的研究顯示，富氫水栽培的水稻根莖丙二醛含量有所下降。本研究也表明，富氫營(yíng)養(yǎng)液顯著降低鹽脅迫下番茄幼苗葉片丙二醛含量。可見，富氫營(yíng)養(yǎng)液能夠顯著促進(jìn)鹽脅迫下番茄幼苗葉片中光合色素的積累，有效保護(hù)光合機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定，維持反應(yīng)中心的活性，提高光合電子傳遞速率和光能利用率，增強(qiáng)番茄的光合作用，顯著提高鹽脅迫下葉片保護(hù)酶活性。同時(shí)能夠提高清除活性氧的能力，減少膜脂過氧化對(duì)細(xì)胞的傷害，進(jìn)而緩解鹽脅迫導(dǎo)致的氧化脅迫。

綜上，氫營(yíng)養(yǎng)液能夠緩解鹽脅迫對(duì)番茄幼苗形態(tài)及生理活動(dòng)的抑制，其效果以適中濃度氫氣處理（S+0.50H）為佳。Jin等研究認(rèn)為，氫氣作為一種新的生物活性分子，通過調(diào)節(jié)血紅素加氧酶信號(hào)系統(tǒng)來(lái)增強(qiáng)植物對(duì)百草枯誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激的耐受性：Chen等發(fā)現(xiàn)富氫水通過減少一氧化氮的產(chǎn)生來(lái)減輕鋁對(duì)苜蓿根系伸長(zhǎng)的抑制。倪卉研究表明，富氫水重建了水稻中的氧化還原平衡、抑制ROS的產(chǎn)生從而降低鎘毒害。葉福金等認(rèn)為，獨(dú)腳金內(nèi)酯可能參與富氫水增強(qiáng)番茄幼苗根系耐鹽性的過程?？梢姡嘘P(guān)富氫水應(yīng)對(duì)植物非生物脅迫機(jī)理的相關(guān)研究已有一些報(bào)道，而闡明氫氣緩解植物非生物脅迫的機(jī)理尚需更多更深入研究。