外源硫化氫對鹽脅迫下加工番茄幼苗生理生化特性的影響

鄭州元，林海榮，崔輝梅

(1.石河子大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，新疆 石河子 832003；2.特色果蔬栽培生理與種質(zhì)資源利用兵團重點實驗室，新疆 石河子 832003)

新疆太陽輻射量大，光照時間長，晝夜溫差大，降水量少，有利于植物干物質(zhì)的形成積累，十分適合番茄生長，其中加工番茄生產(chǎn)能力占全國總產(chǎn)90%以上，而新疆屬于內(nèi)陸干旱地區(qū)，降水稀少、高溫、地表水蒸發(fā)量大、荒漠等自然環(huán)境，容易形成土壤鹽漬化[1]。鹽脅迫對植物的生長發(fā)育造成了許多不利影響，主要表現(xiàn)為植物細胞內(nèi)含物外滲引起滲透脅迫、有毒離子積累造成離子毒害、抑制營養(yǎng)物質(zhì)吸收形成營養(yǎng)失衡和氧化破壞[2]。鹽脅迫使活性氧(H2O2、O2-、HO·等)的產(chǎn)生與清除平衡遭到破壞，使活性氧含量增加，導(dǎo)致細胞產(chǎn)生氧化脅迫和膜系統(tǒng)損傷及代謝紊亂[3]，使葉綠素降解，核酸斷裂及蛋白質(zhì)變性，嚴(yán)重時引起細胞死亡[4]，還會使根系活力下降[5]，脯氨酸和丙二醛含量增加[6]。因此，研究加工番茄幼苗抗鹽性對新疆加工番茄種植加工具有重要意義。

施加外源物質(zhì)緩解鹽脅迫是增強抗鹽性的一種方式，已成為近年來研究的熱點[7]。研究表明，施加水楊酸能促進鹽脅迫下花椰菜幼苗的生長發(fā)育[8]，外源Ca(NO3)2能降低鹽脅迫下番茄幼苗葉片葉綠素的降解和根系活力的下降，以及降低MDA的含量[9]，外源H2S可提高鹽脅迫下大豆葉片中SOD、POD、CAT 的活性[10]。H2S作為一種內(nèi)源氣體信號分子，參與多種植物生理過程[11]， H2S可以提高干旱脅迫下玉米種子的萌發(fā)和根的建成[12]、調(diào)節(jié)切花花期[13]、促進菠菜葉片光合作用[14]、調(diào)節(jié)擬南芥氣孔運動[15]等生理功能，還可以提高對多種非生物脅迫的耐受力，包括干旱、滲透、高鹽、溫度、重金屬等[15-19]。然而，H2S對鹽脅迫下加工番茄幼苗生長及生理特性的影響未見報道。為此，本研究采用H2S供體NaHS處理鹽脅迫下加工番茄幼苗，觀察幼苗形態(tài)特征，以明確H2S對鹽脅迫下加工番茄幼苗生長及生理特性的影響，同時找出最適的NaHS處理濃度。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

以前期在石河子大學(xué)試驗站篩選的耐鹽性強的KT-7和耐鹽性弱的KT-32 2個加工番茄品系為試驗材料。外源硫化氫(H2S)供體為NaHS，購自Sigma 公司，其他化學(xué)試劑購于當(dāng)?shù)鼗瘜W(xué)試劑公司。

1.2 試驗設(shè)計

挑選大小一致且飽滿的加工番茄種子，催芽后播種于以蛭石為基質(zhì)的72穴發(fā)芽盤中，待子葉展平時每天用配置的Hoagland營養(yǎng)液(pH 值6.2)澆灌。幼苗長至三葉一心時選取長勢整齊一致的移入以蛭石為基質(zhì)的小花盆繼續(xù)培養(yǎng)至四葉一心時進行不同處理。其中NaCl在處理時直接溶于營養(yǎng)液中進行澆灌，NaHS溶液以葉片噴施的方式于每日18∶00噴施。

試驗設(shè)置6個處理：澆營養(yǎng)液，葉面噴施蒸餾水(CK)；澆營養(yǎng)液，加入250 mmol/L NaCl和葉面噴施蒸餾水(NaCl)；澆營養(yǎng)液，加入250 mmol/L NaCl和葉面噴施20 μmol/L NaHS(T1)；澆營養(yǎng)液，加入250 mmol/L NaCl和葉面噴施50 μmol/L NaHS(T2)；澆營養(yǎng)液，加入250 mmol/L NaCl和葉面噴施100 μmol/L NaHS(T3)；澆營養(yǎng)液，加入250 mmol/L NaCl和葉面噴施150 μmol/L NaHS(T4)。每個處理3個重復(fù)，共處理12 d后測定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 測試指標(biāo)及方法

處理12 d后測定幼苗株高、莖粗、苗鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量，105 ℃殺青15 min，80 ℃烘24 h后測定苗干質(zhì)量，根干質(zhì)量。葉片相對含水量測定采用稱重法[20]；葉綠素含量、脯氨酸含量、丙二醛含量、根系活力的測定參照高俊鳳[21]的方法；葉片電解質(zhì)滲透率測定采用電導(dǎo)法[22]；SOD測定采用氮藍四唑(NBT)法；POD測定采用愈創(chuàng)木酚法；CAT活性測定參照文獻[23]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2010進行原始數(shù)據(jù)處理，用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并運用Duncan法進行差異顯著性檢驗，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(Means±SD)表示，用Origin 9.0 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 H2S對NaCl脅迫下加工番茄幼苗生長的影響

從表1來看，鹽脅迫都顯著抑制了2個加工番茄品系的株高、莖粗、苗鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、苗干質(zhì)量、根干質(zhì)量。葉面噴施不同濃度的NaHS溶液后，鹽脅迫下2個品系幼苗生長指標(biāo)都有不同程度的增加，整體呈現(xiàn)出隨NaHS濃度增加先上升后下降的趨勢，在T2時鹽脅迫下各生長指標(biāo)達到最大，其中KT-7各生長指標(biāo)比鹽脅迫單獨處理提升30.8%～66.7%，KT-32各生長指標(biāo)比鹽脅迫單獨處理提升24.0%～96.4%。說明鹽脅迫顯著抑制了加工番茄幼苗的生長，而NaHS能有效緩解鹽脅迫引起的抑制效應(yīng)，在T2處理下緩解效應(yīng)達到最佳。

表1 外源NaHS對NaCl脅迫下加工番茄幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響Tab.1 Effect of exogenous NaHS on the growth characteristics of processing tomato seedlings under NaCl stress

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示不同處理間差異達到0.05的顯著性水平。表2同。

Note：Values followed by different letters in a column are significant difference among treatment at the 0.05 level.The same as Tab.2.

2.2 H2S對NaCl脅迫下加工番茄幼苗光合色素的影響

表2表明，鹽脅迫顯著降低了2個加工番茄品系的光合色素含量。葉面噴施不同濃度的NaHS后光合色素都有不同程度的增加，在T2時光合色素含量在2個品系中都達到了最大，其中在KT-7中，葉綠素a、b、類胡蘿卜素含量比鹽脅迫單獨處理分別提升了61.8%，56.3%和57.0%；在KT-32中葉綠素a、b、類胡蘿卜素含量比鹽脅迫單獨處理分別提升了49.8%，52.0%和46.7%。隨著NaHS濃度的進一步增加光合色素含量開始出現(xiàn)下降趨勢，其中在KT-7中，在T4時光合色素含量接近鹽脅迫水平。說明低濃度的NaHS能夠緩解因鹽脅迫而引起的光合色素的下降，其中在T2時緩解效應(yīng)最好。

2.3 H2S對NaCl脅迫下加工番茄幼苗葉片相對含水量和根系活力的影響

由圖1-A可知，鹽脅迫顯著降低了處理12 d的加工番茄幼苗葉片相對含水量，在KT-7中T1、T2、T3處理葉片中相對含水量與鹽脅迫單獨處理相比顯著提高，在KT-32中T1、T2處理葉片中相對含水量與鹽脅迫單獨處理相比顯著提高，其中兩品系在T2時都達到最高，接近CK水平，緩解作用顯著。在T4時，其中KT-32相對含水量恢復(fù)至與鹽脅迫單獨處理不顯著水平。說明NaHS對加工番茄幼苗鹽脅迫的緩解作用與濃度有關(guān)，低濃度緩解作用顯著，超過150 μmol/L的NaHS對鹽脅迫的緩解作用降低，甚至可加劇鹽脅迫。

表2 外源NaHS對NaCl脅迫下加工番茄幼苗光合色素的影響Tab.2 Effect of exogenous NaHS on photosynthetic pigment of processing tomato seedlings under NaCl stress mg/L

圖中不同小寫字母表示處理間差異達0.05顯著水平。圖2-3同。Different small letters in the figure mean significant difference among treatment at 0.05 level. The same as Fig.2-3.

由圖1-B來看，NaCl脅迫顯著降低了加工番茄幼苗根系活力，葉面噴施NaHS后分別顯著提高了鹽脅迫下2個加工番茄品系的根系活力，隨著NaHS濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在T2時根系活力在鹽脅迫下達到最高，分表比鹽脅迫單獨處理提高0.8(KT-7)，1.4倍(KT-32)。表明50 μmol/L外源NaHS可以顯著緩解因鹽脅迫引起的根系活力的下降。

2.4 H2S對NaCl脅迫下加工番茄幼苗電解質(zhì)滲出率、丙二醛含量和脯氨酸含量的影響

鹽脅迫通常會引起細胞膜透性的改變或喪失，電解質(zhì)滲透率作為一個重要的生理指標(biāo)被用來檢測細胞膜透性變化。由圖2-A可以看出，鹽脅迫使2個品系幼苗電解質(zhì)滲出率都顯著升高，葉面噴施20～150 μmol/L外源NaHS后電解質(zhì)滲出率表現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，在T2時電解質(zhì)滲出率降至最低，分別比NaCl脅迫單獨處理下降30.0(KT-7)，33.3個百分點(KT-32)，其中KT-32與CK相比達到差異不顯著水平。說明外源NaHS能保護因鹽脅迫引起的膜透性變化。

圖 2 外源NaHS對NaCl脅迫下加工番茄幼苗電解質(zhì)滲出率，脯氨酸含量和丙二醛含量的影響Fig. 2 Effect of exogenous NaHS on electrolytic leakage，proline and MDA content of processing tomato seedlings under NaCl stress

由圖2-B可以看出，丙二醛含量(以鮮質(zhì)量計)在各處理間的變化與電解質(zhì)滲透率變化趨勢一致，在鹽脅迫條件下T2時丙二醛含量在兩品系中都降至最低，分別比鹽脅迫單獨處理下降15(KT-7)，12個百分點(KT-32)。鹽脅迫明顯增加丙二醛含量，說明細胞已經(jīng)受到傷害，而葉面噴施NaHS顯著緩解了鹽脅迫下葉片丙二醛的積累，其中50 μmol/L緩解效果最佳。

脯氨酸是植物細胞內(nèi)一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。由圖2-C表明，鹽脅迫顯著增加了脯氨酸含量(以鮮質(zhì)量計)，從T1～T3脯氨酸含量進一步增加，T2時在兩品系中都增至最大，在T4時脯氨酸含量比鹽脅迫單獨處理有下降趨勢，其中在KT-7中達到顯著水平。

2.5 H2S對NaCl脅迫下加工番茄幼苗SOD、POD、CAT活性的影響

由圖3-A可知，鹽脅迫顯著降低了加工番茄幼苗的SOD活性(以鮮質(zhì)量計)，葉面噴施不同濃度的NaHS后，SOD活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，T2時SOD活性是除CK外在各處理中最高的，其中KT-32達到與CK差異不顯著的水平，活性分別比鹽脅迫單獨處理提高9.1%(KT-7)和10.2%(KT-32)。同樣(以鮮質(zhì)量計)鹽脅迫單獨處理顯著降低了幼苗葉片的POD活性，葉面噴施NaHS能不同程度的提升POD活性，在KT-7中，T2時POD活性比鹽脅迫單獨處理提高1.4倍，達到鹽脅迫下最高水平；在KT-32中，T1～T3 POD活性都比CK高且達到顯著水平，其中T2時達到最高，比鹽脅迫高出66.0%(圖3-B)。CAT活性(以鮮質(zhì)量計)的變化表現(xiàn)出與SOD、POD相同的趨勢，T2、T3時在2個品系中CAT活性都比CK高，其中在KT-7中都能達到顯著水平，KT-32在T2時也達到顯著水平(圖3-C)。說明外源NaHS能提高鹽脅迫下SOD、POD、CAT 3種抗氧化酶的活性，其中以50 μmol/L的效果最好。

圖 3 外源NaHS對NaCl脅迫下加工番茄幼苗SOD、POD、CAT活性的影響Fig. 3 Effect of exogenous NaHS on SOD，POD，CAT activity of processing tomato seedlings under NaCl stress

3 討論

鹽脅迫通常會嚴(yán)重影響植株碳同化，影響植株的生長發(fā)育，使植株生長量和干物質(zhì)積累量減少[24]。鹽脅迫還會引起植物光合碳同化能力的減弱，造成光合色素降解，引起膜脂過氧化，從而破壞植物的光合機構(gòu)[25]。本研究中NaCl脅迫顯著降低了加工番茄幼苗的光合色素含量和抑制了加工番茄幼苗的生長，而葉面噴施NaHS后不同程度增加了植株的株高、莖粗、苗鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、苗干質(zhì)量、根干質(zhì)量；同時提高了鹽脅迫下光合色素含量，這個結(jié)果與單長卷等[26]的結(jié)果一致，本試驗中NaHS濃度為50 μmol/L效果最好。說明低濃度的NaHS能有效緩解NaCl脅迫對加工番茄幼苗生長的抑制作用和因鹽脅迫而引起的光合色素含量的下降，提高了幼苗鹽適應(yīng)性。

鹽脅迫常會引起植物吸水能力下降，引起植物生理干旱。相對含水量是植物耐旱和抗旱性的重要指標(biāo)，相對含水量越高，適應(yīng)環(huán)境的能力越高[27]。鹽脅迫還會抑制番茄幼苗根系生長，引起根系呼吸能力減弱，對土壤中水分和礦物質(zhì)的吸收能力下降，進而影響整個番茄幼苗的正常生長發(fā)育[28]。本試驗中結(jié)果表明，低濃度的NaHS能夠提高鹽脅迫下葉片的相對含水量和根系活力，說明NaHS可提高鹽脅迫下加工番茄幼苗的相對含水量和增強根系活力來提高植株的抗鹽性，特別是濃度為50 μmol/L的NaHS效果最好。

電解質(zhì)滲透率和丙二醛含量的高低通常能夠反映植物細胞膜脂過氧化強弱和細胞質(zhì)膜破壞程度[29]，而脯氨酸是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在逆境條件下有助于細胞或組織的保水，還可以作為細胞結(jié)構(gòu)或細胞內(nèi)多種酶的保護劑[30]。本試驗中鹽脅迫都顯著增加了2個品系加工番茄幼苗的電解質(zhì)滲出率和丙二醛含量，而噴施NaHS能不同程度的降低電解質(zhì)滲出率和丙二醛含量，這個結(jié)果與李永生等[12]NaHS顯著降低了干旱脅迫下玉米葉片中丙二醛含量的結(jié)果一致。表明NaHS能降低鹽脅迫下加工番茄幼苗膜脂過氧化程度，減少胞內(nèi)物質(zhì)滲漏，降低鹽脅迫對植株造成的傷害。本試驗中鹽脅迫使脯氨酸含量顯著增加，噴施低濃度的NaHS使兩加工番茄葉片內(nèi)脯氨酸含量進一步增加，這個結(jié)果與Li等[31]和李永生等[12]的結(jié)果基本一致。

SOD、POD、CAT是植物組織中重要的酶促抗氧化劑，孟德云等[32]在盆栽花生的研究表明，SOD、POD、CAT活性的變化呈現(xiàn)出了相同的變化趨勢，三者協(xié)調(diào)一致，通過清除植物體內(nèi)積累的活性氧，增強植株抗氧化能力。本研究遵循了上面的規(guī)律，不同濃度的NaHS不同程度的增加了鹽脅迫下兩加工番茄幼苗葉片中SOD、POD、CAT的活性，并且在鹽脅迫下都能在50 μmol/L的NaHS處理下活性達到最高。說明外源NaHS可以增強幼苗葉片抗氧化酶的活性，增強植株的耐鹽性，可以有效緩解鹽脅迫對抗氧化酶活性的抑制作用。