外源ABA與鹽脅迫對(duì)銀邊吊蘭生長及生理特性的影響

寧 朋，王 菲，肖 雨，黃曉霞

（西南林業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院∕國家林業(yè)與草原局西南風(fēng)景園林工程技術(shù)研究中心，云南昆明 650224）

【研究意義】近年來，土壤鹽漬化嚴(yán)重影響了地球的生態(tài)平衡，限制了農(nóng)業(yè)和林業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)高效發(fā)展，已成為全球農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)中普遍存在而亟待解決的難題[1]。耕地鹽漬化對(duì)我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅[2]，而施用外源物質(zhì)是提高植物對(duì)鹽漬化土壤適應(yīng)性的有效手段之一[3]。園林草本植物具有獨(dú)特的觀賞價(jià)值，并且栽培簡單，養(yǎng)護(hù)管理成本低，近年來越來越多地被運(yùn)用到鹽堿地園林的建設(shè)中和城市土壤的改善中[4]。因此，探究外源物質(zhì)對(duì)鹽脅迫環(huán)境下園林草本植物的生長及生理特性的影響對(duì)于當(dāng)前鹽漬化土地的美化與改善具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】鹽脅迫破壞細(xì)胞的電離平衡，造成滲透脅迫和氧化脅迫，使植物葉片擴(kuò)展速率降低，從而使植物的光合作用和生長發(fā)育受抑制。同時(shí)，NaCl脅迫還會(huì)引起細(xì)胞內(nèi)有害物質(zhì)大量積累，造成植物脂膜過氧化傷害，最終導(dǎo)致植物生長發(fā)育受到抑制甚至導(dǎo)致植物死亡[3]。前人研究表明，施用外源物質(zhì)可緩解鹽脅迫對(duì)植物生長及生理特性的抑制作用。山思雨等[5]研究發(fā)現(xiàn)，外源茉莉酸甲酯（MeJA）和水楊酸（SA）提高了鹽脅迫下顛茄葉片的光合色素含量、可溶性物質(zhì)含量和抗氧化酶活性。高山[4]研究認(rèn)為，外源SA和ABA可提升鹽脅迫下玉米的抗氧化酶活性，降低葉片中丙二醛（MDA）的含量，有效緩解鹽脅迫引起的膜脂過氧化。Miao等[6]研究認(rèn)為，外源SA改善了鹽脅迫下黃瓜幼苗的葉片光合作用和根系結(jié)構(gòu)。【本研究切入點(diǎn)】ABA又被稱為脫落素（Abscisin）或休眠素（Dormin），普遍分布于高等植物細(xì)胞中，可以加快植株葉片脫落和植物種子的休眠，促進(jìn)種子（果實(shí)）的發(fā)育成熟，加速器官脫落，在植物對(duì)逆境脅迫反應(yīng)中也具有重要的作用[7]，其作為一種信號(hào)物質(zhì)，誘導(dǎo)植物體內(nèi)抗逆基因的表達(dá)，促進(jìn)植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)的積累，緩解鹽濃度過高造成的滲透脅迫和離子脅迫，維持細(xì)胞水分平衡，維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高保護(hù)性酶的活性，從而減輕植物的鹽害[8]。吊蘭（Chlorophytum comosum）屬百合科（Liliaceae）多年生常綠草本。銀邊吊蘭（Chlorophyt comosumvar.variegatum）是吊蘭的園藝栽培變種，其葉邊緣為白色中間為綠色，可常年養(yǎng)護(hù)，無季節(jié)限制[9]；其對(duì)室內(nèi)甲醛污染[10]和土壤重金屬污染[11]具有凈化作用，而對(duì)于其在鹽脅迫下的生長及生理特性變化卻未見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究以銀邊吊蘭為研究對(duì)象，探究外源ABA對(duì)不同濃度鹽脅迫下銀邊吊蘭的生長和生理特征的影響，旨在為園林草本植物對(duì)于鹽漬化土壤的適應(yīng)性研究與當(dāng)前鹽漬化土壤的改善奠定一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料于2019年8月至2020年9月在云南省昆明市西南林業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院7樓天臺(tái)進(jìn)行培養(yǎng)。銀邊吊蘭插穗于2019年8月采集于西南林業(yè)大學(xué)后山樹木園，無病蟲害，長短一致，采集后立即在清水中進(jìn)行扦插培養(yǎng)，于9月選取已生根且生長健壯、長勢(shì)良好并生長一致的成株，采用不加蔗糖的瓊脂DWK培養(yǎng)基進(jìn)行水培培養(yǎng)。處理期間，所有吊蘭均置于培養(yǎng)架上，每隔3 d更換1次營養(yǎng)液。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用2因素的完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，設(shè)置3個(gè)鹽濃度梯度處理（分別為0，100，200 mmol∕L）×2個(gè)ABA噴施（噴施與不噴施），共為6組（表1），每處理10盆，每盆1株。脫落酸處理組每天每株噴施10 mL 50μmol∕L的ABA溶液，不噴施外源ABA組的植株噴施10 mL的蒸餾水作為對(duì)照。處理時(shí)間共1個(gè)月，處理結(jié)束時(shí)進(jìn)行各項(xiàng)生理生化指標(biāo)及生長形態(tài)指標(biāo)的測定，每處理至少5株重復(fù)。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 Experimental design

1.3 測定項(xiàng)目

1.3.1 生長形態(tài)指標(biāo)測定 選取有代表性的植株進(jìn)行葉片數(shù)的統(tǒng)計(jì)；用CI-202激光葉面積儀進(jìn)行葉面積的測定；用游標(biāo)卡尺和卷尺分別進(jìn)行葉長、葉寬、根長的測量。

1.3.2 葉生物量和根生物量的測定 處理結(jié)束時(shí)收取所有銀邊吊蘭植株，洗凈，量取根系長度，并將根、葉分開處置，放入烘箱80 ℃烘至恒質(zhì)量，稱量植株根、葉生物量及總生物量。

1.3.3 凈光合速率的測定 光合參數(shù)采用Li-6400便攜式光合儀（美國LI-COR Biosciences公司）測定。選擇晴朗的天氣，測定時(shí)間為光合作用比較活躍的09:00—11:00（溫度24 ℃，選取無病蟲害、長勢(shì)較一致樣株的成熟功能葉片進(jìn)行光合參數(shù)的測定，每株測3片葉子，每片葉子重復(fù)5次。測定植株凈光合速率（Pn，μmolCO2∕（m2·s））、蒸騰速率（Tr，mmol∕（m2·s））。測定時(shí)使用CO2鋼瓶，濃度設(shè)定為400μmoL∕moL，空氣流速為0.5 L∕min，測定光強(qiáng)為800μmoL光量子，葉溫25 ℃，相對(duì)濕度60%。

1.3.4 其他生理指標(biāo)的測定 光合色素采用丙酮-乙醇（等體積比）混合液浸提法進(jìn)行測定；丙二醛采用硫代巴比妥酸法測定；游離脯氨酸采用茚三酮比色法測定；可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)G-520染色法；過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測定，抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性采用紫外吸收法測定，可溶性糖和淀粉用蒽酮比色法測定[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫和外源ABA對(duì)銀邊吊蘭葉片生長形態(tài)的影響

由表2可知，鹽脅迫對(duì)銀邊吊蘭葉片數(shù)量和葉面積造成了極顯著的影響（P＜0.01），對(duì)葉長寬比影響不顯著，與對(duì)照（S0）相比，S1處理下葉片數(shù)、單葉面積和總?cè)~面積分別下降了40.78%、55.45%和73.53%，S2處理下分別下降了67.36%、68.52%和89.47%。外源ABA處理后，S0葉長、總?cè)~面積、長寬比顯著下降，而葉片數(shù)量及單葉面積變化不顯著。S1的葉片數(shù)、單葉面積和總?cè)~面積均分別增加24.10%、45.25%和79.34%，S2分別增加37.52%、37.28%和86.67%。

表2 鹽脅迫和外源ABA對(duì)銀邊吊蘭的葉片形態(tài)的影響Tab.2 Effects of salt stress and ABA on the leaf growth and morphology of Chlorophytum comosum var. variegatum

2.2 鹽脅迫和外源ABA對(duì)銀邊吊蘭生物量累積的影響

由表3可以看出，隨著NaCl濃度的增加，銀邊吊蘭根系長度、根、地上部分生物量和根冠比變化極顯著（P＜0.01）。與對(duì)照（S0）相比，S1的總生物量下降79.10%，根冠比增加29.63%；S2總生物量下降85.85%，根冠比增加40.74%。鹽脅迫下的生物量和根冠比在噴施ABA后增加極顯著（P＜0.01），S1處理組分別提高了33.85%和7.14%，S2處理組分別提高了31.82%和6.58%。

表3 鹽脅迫和外源ABA對(duì)銀邊吊蘭生物量累積的影響Tab.3 Effects of salt stress and ABA on biomass accumulation of Chlorophytum comosum var. variegatum

2.3 鹽脅迫與外源ABA對(duì)銀邊吊蘭光合色素含量的影響

由表4可以看出，鹽脅迫對(duì)銀邊吊蘭的光合色素含量的影響極顯著（P＜0.01）。與對(duì)照（S0）相比，銀邊吊蘭總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量分別下降27.22%、5.75%，S2分別下降57.80%、23.37%。S0處理下，噴施外源ABA后總?cè)~綠素含量顯著降低了2.99%，而在S1與S2處理下經(jīng)外源ABA噴施的植株，其總?cè)~綠素分別增加9.20%和30.22%，差異顯著。而葉綠素a∕葉綠素b比值在各處理組間均無顯著差異。

表4 鹽脅迫與外源ABA對(duì)銀邊吊蘭光合色素含量的影響Tab.4 Effects of salt stress and ABA on photosynthetic pigments contents of Chlorophytum comosum var. variegatum

2.4 鹽脅迫和外源ABA對(duì)銀邊吊蘭凈光合和蒸騰速率的影響

由圖1可以看出，鹽脅迫對(duì)銀邊吊蘭的凈光合速率（Pn）和蒸騰速率（Tr）的影響極顯著（P＜0.01）。與對(duì)照（S0）相比，鹽脅迫S1和S2組的凈光合速率（Pn）分別下降90.33%和97.35%，蒸騰速率（Tr）分別下降13.16%、47.62%。無鹽脅迫（S0處理組）下，噴施外源ABA的植株凈光合速率（Pn）顯著降低，而鹽脅迫下（S1、S2處理組），噴施外源ABA使得凈光合速率（Pn）有一定程度升高但并不顯著，蒸騰速率（Tr）分別下降28.00%和31.25%。

圖1 鹽脅迫和外源ABA對(duì)銀邊吊蘭凈光合蒸騰速率的影響Fig.1 Effects of salt stress and ABA on net photosynthetic rate and transpiration rate of Chlorophytum comosum var.variegatum

2.5 鹽脅迫與外源ABA對(duì)銀邊吊蘭丙二醛（MDA）含量的影響

由圖2可以看出，鹽脅迫和外源ABA對(duì)銀邊吊蘭MDA含量影響極顯著（P＜0.01），與對(duì)照（S0處理）相比，S1處理下的MDA含量無顯著變化，S2處理下的MDA含量上升了213.10%，表明鹽脅迫程度越高，銀邊吊蘭脂膜過氧化的程度越高。各處理組噴施外源ABA后MDA含量均顯著下降，S0、S1、S2處理組分別下降了23.64%、11.53%和45.32%。

2.6 鹽脅迫與外源ABA對(duì)銀邊吊蘭可溶性滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

圖3得知，鹽脅迫對(duì)銀邊吊蘭脯氨酸、可溶性糖和可溶性淀粉含量的影響極顯著（P＜0.01），與對(duì)照（S0處理）相比，S1處理下脯氨酸含量無顯著變化，可溶性糖和可溶性淀粉含量分別增加63.65%和43.78%；S2處理下脯氨酸含量增加5.31%，可溶性糖、可溶性淀粉含量分別下降62.24%、58.91%。噴施外源ABA后，S0可溶性糖和可溶性淀粉含量顯著降低，脯氨酸含量變化不顯著；S1脯氨酸、可溶性糖和可溶性淀粉含量分別增加51.83%、100.00%、41.89%；S2分別增加119.38%%、56.56%和43.75%。

圖2 鹽脅迫與外源ABA對(duì)銀邊吊蘭MDA含量的影響Fig.2 Effects of salt stress and ABA on MDA content of Chlorophytum comosum var.variegatum

圖3 鹽脅迫與外源ABA對(duì)銀邊吊蘭可溶性滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響Fig.3 Effects of salt stress and ABA on soluble osmotic regulator substances of Chlorophytum comosum var.variegatum

圖4 鹽脅迫與外源ABA對(duì)銀邊吊蘭抗氧化酶活性的影響Fig.4 Effects of salt stress and ABA on antioxidant enzyme activities of Chlorophytum comosum var.variegatum

2.7 鹽脅迫與外源ABA對(duì)銀邊吊蘭抗氧化酶活性的影響

從圖4可以看出，鹽脅迫對(duì)銀邊吊蘭抗氧化酶活性的影響極顯著（P＜0.01），與S0相比，S1的POD酶和APX酶活性分別增加8.61%和449.74%，S2分別增加85.37%和669.06%。噴施外源ABA對(duì)S0和S1處理下的抗氧化酶活性無顯著影響；而使S2處理組的POD及APX酶活性分別增加了87.41%、57.98%。

3 討論

3.1 鹽脅迫對(duì)銀邊吊蘭生長及生理特性的影響

本研究中，銀邊吊蘭的生長及生理特性均受到鹽脅迫的顯著影響。已有研究表明，鹽脅迫下，植物的生長及干物質(zhì)的積累會(huì)受到抑制，如石榴幼苗干質(zhì)量下降[13]，大豆的株高降低[14]。本研究中，鹽脅迫下銀邊吊蘭的葉面積、葉片數(shù)、根、葉生物量均顯著下降，表明鹽脅迫顯著抑制了銀邊吊蘭的葉片生長和生物量的積累。同時(shí)其根冠比顯著增高，表明其為適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境做出了積極響應(yīng)，因?yàn)橹参锟赏ㄟ^增加對(duì)地下部分的投資比例以增強(qiáng)在脅迫環(huán)境中的耐受能力[15]。葉綠素是植物細(xì)胞吸收、轉(zhuǎn)換光能的載體，葉綠素a和葉綠素b分別是光系統(tǒng)中主要的反應(yīng)中心色素和天線色素[16]，類胡蘿卜素可以清除光呼吸產(chǎn)生的H2O2[17]。葉綠素含量的下降表明鹽脅迫降低了銀邊吊蘭葉片對(duì)光能的同化能力，這可能是由于鹽脅迫使葉綠體超微結(jié)構(gòu)遭受破壞[18]、葉綠素酶活性得到增強(qiáng)[19]。而鹽脅迫使類胡蘿卜素含量降低，進(jìn)一步增加了細(xì)胞內(nèi)的活性氧含量，加劇了葉綠素的分解[17,19]。銀邊吊蘭的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）在鹽脅迫下顯著降低，這與自海云等[20]對(duì)八角金盤的研究結(jié)果一致，表明鹽脅迫抑制了銀邊吊蘭的光合特性。鹽脅迫降低外界的滲透勢(shì)，造成滲透脅迫，引發(fā)植物水分虧缺。前人研究表明，鹽脅迫下植物體內(nèi)脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量提高，有助于平衡滲透勢(shì)，維持細(xì)胞正常吸水[16,21]。本研究結(jié)果顯示在高濃度鹽脅迫下，銀邊吊蘭脯氨酸含量增加，與前人研究一致，這是銀邊吊蘭為應(yīng)對(duì)逆境做出的積極響應(yīng)。而可溶性糖含量降低，這可能與鹽脅迫抑制了植物的光合特性，使其碳和能量代謝減弱有關(guān)[19,22]。在鹽脅迫下，植物體內(nèi)活性氧代謝系統(tǒng)被破壞，引發(fā)細(xì)胞膜脂過氧化作用，造成MDA的積累，加劇細(xì)胞膜受到的傷害，破壞膜的結(jié)構(gòu)與功能，從而使植物受到傷害甚至死亡，因此，MDA含量是反映植物在鹽脅迫下受傷害程度的重要指標(biāo)[3,19]。植物通過提高抗氧化酶的活性來清除多余的活性氧，以緩解鹽脅迫環(huán)境所造成的氧化脅迫[23]，其中，POD和APX主要參與H2O2的清除[16]。本研究中，銀邊吊蘭MDA含量在鹽脅迫下增加，表明銀邊吊蘭細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能受到破壞，而POD和APX活性的升高表明銀邊吊蘭抗氧化酶系統(tǒng)在鹽脅迫下被激活，以應(yīng)對(duì)氧化脅迫。

3.2 外源ABA對(duì)鹽脅迫下銀邊吊蘭生長及生理特性的影響

本研究中，所測定25個(gè)指標(biāo)中，17個(gè)受外源ABA的影響顯著，18個(gè)受外源ABA與鹽脅迫的交互影響顯著。與未噴施組相比，噴施外源ABA使銀邊吊蘭根冠比進(jìn)一步增加，葉面積和生物量顯著提高，表明外源ABA增強(qiáng)了銀邊吊蘭對(duì)鹽脅迫的耐受能力，緩解了鹽脅迫對(duì)銀邊吊蘭生長和營養(yǎng)物質(zhì)積累的抑制。此外，外源ABA能有效緩解鹽脅迫對(duì)銀邊吊蘭光合機(jī)構(gòu)的傷害，增加光合色素的含量，減少因鹽害引起的凈光合速率的下降。究其原因，可能是外源ABA加速了PSII核心復(fù)合物從失活狀態(tài)恢復(fù)的過程[16,24]，增強(qiáng)了類囊體膜的穩(wěn)定性[25]。從研究結(jié)果可以看出，噴施外源ABA后，蒸騰速率（Tr）進(jìn)一步降低，而凈光合速率（Pn）增加，可能是由于外源ABA處理促使保衛(wèi)細(xì)胞胞質(zhì)Ca2+濃度升高，誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉[26-27]，從而抑制由蒸騰流進(jìn)行的鹽離子運(yùn)輸[28]，減少了鹽離子對(duì)光合機(jī)構(gòu)的破壞[29-30]。外源ABA能有效提升植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，緩解其逆境下的滲透脅迫，這在Marcinska等[31]對(duì)小麥的研究和李波等[21]對(duì)紫花苜蓿的研究均得到驗(yàn)證，本研究結(jié)果也表明外源ABA能有效促進(jìn)銀邊吊蘭滲透保護(hù)物質(zhì)脯氨酸和可溶性糖的積累，緩解鹽脅迫對(duì)其造成的滲透脅迫。ABA作為一種信號(hào)物質(zhì)，可以誘導(dǎo)抗氧化基因激活，提高植物抗氧化酶的活性[8,32]，以減少細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的產(chǎn)生，緩解細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化作用，減少M(fèi)DA積累，增強(qiáng)其抗逆性[33]。這在前人的研究中得到證實(shí)，外源ABA提升了鹽脅迫下紫花苜蓿[21]和黃瓜幼苗[16]的抗氧化酶活性，降低了其MDA含量。本研究結(jié)果與前人結(jié)論一致，噴施外源ABA的吊蘭植株在鹽脅迫下比未噴施的有著更高的抗氧化酶活性，且MDA含量顯著降低，進(jìn)一步驗(yàn)證了外源ABA提高植物在鹽脅迫下抗氧化酶活性、緩解其氧化傷害的有效性。

4 結(jié)論

鹽脅迫顯著抑制了銀邊吊蘭的生長，使其光合速率、生物量、光合色素、可溶性糖含量顯著減少，MDA含量顯著增加，同時(shí)提高了其根冠比、脯氨酸含量和抗氧化酶活性，且高濃度鹽脅迫比低濃度的影響更大。噴施外源ABA能顯著提高鹽脅迫下銀邊吊蘭的根冠比以增強(qiáng)其耐鹽能力，且增加了鹽脅迫下的葉面積和生物量，降低了蒸騰速率以緩解鹽離子的運(yùn)輸，進(jìn)一步提高了抗氧化酶活性以緩解由鹽脅迫所造成的氧化脅迫，提高其滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，降低了MDA含量，緩解鹽脅迫對(duì)其造成的傷害。