低鹽鍛煉對(duì)苗期番茄生長(zhǎng)及抗氧化酶活性的影響

劉 抗，阿依夏·恩特馬克，賈 凱，寧繁華，許紅軍

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆東魯水控農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，新疆 烏魯木齊 844100）

番茄（LycopersiconesculentumMill.）是茄科番茄屬植物，具有適應(yīng)性強(qiáng)、栽培容易、產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富、口味獨(dú)特、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)設(shè)施蔬菜中常見(jiàn)的果菜品種之一[1-2]。目前新疆鮮食番茄種植面積達(dá)到9.2萬(wàn)hm2，每年可生產(chǎn)910萬(wàn)t鮮果[3]。

新疆位于北緯34°25'—48°10'，該區(qū)域光照充足，氣候溫和，年活動(dòng)積溫量高，晝夜溫差較大，年平均日溫差為14～16 ℃[4]，擁有良好的光熱條件，適宜番茄的生長(zhǎng)，且適合設(shè)施番茄的種植，但是特殊的地理、氣候條件使得當(dāng)?shù)赝寥廊菀桩a(chǎn)生鹽漬化問(wèn)題。土壤鹽漬化造成的滲透脅迫[5]、氧化脅迫[6]、離子毒害[7]等嚴(yán)重影響著作物的生長(zhǎng)發(fā)育，成為產(chǎn)量和品質(zhì)的重要限制因素。研究表明給予植物一定的非致死的脅迫處理，如干旱[8]、漬水[9]、高溫[10]、冷凍[10-11]、鹽[12]、堿[13]脅迫等，植物體會(huì)產(chǎn)生一些有效的變化來(lái)應(yīng)對(duì)隨之而來(lái)的更惡劣的逆境，與未經(jīng)脅迫處理的植物相比其抗逆性增強(qiáng)。這種現(xiàn)象像是植物具有了對(duì)脅迫的“記憶力”或者“印記”，不僅能提高當(dāng)代植物的抗逆性，有些甚至產(chǎn)生遺傳效力[14]。

低鹽鍛煉能夠有效提高植物的耐鹽性。王瑞苓等[15]使用200 mmol/L NaCl浸種后，發(fā)現(xiàn)低鹽鍛煉可以提高華山松的株高和干鮮質(zhì)量；宿梅飛等[16]使用50～100 mmol/L NaCl對(duì)櫻桃番茄進(jìn)行低鹽鍛煉，發(fā)現(xiàn)可有效增加超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）和過(guò)氧化物酶（POD）活性；李振慶[17]使用100 mmol/L NaCl對(duì)棉花幼苗進(jìn)行低鹽鍛煉，使其過(guò)氧化氫（H2O2）、丙二醛（MDA）含量顯著下降。但已有研究主要集中在水稻、柑橘、辣椒等，針對(duì)低鹽鍛煉能否提高番茄抗鹽能力的報(bào)道較少。本研究通過(guò)使用不同低濃度鹽溶液對(duì)番茄幼苗進(jìn)行低鹽鍛煉，分析低鹽鍛煉對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗表型指標(biāo)、生長(zhǎng)量以及抗氧化酶活性的影響，以期篩選苗期低鹽鍛煉適宜濃度，為提高番茄苗期的耐鹽性提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試番茄品種為“KT636”，基質(zhì)為草炭與蛭石（體積比3∶1），均購(gòu)于當(dāng)?shù)剞r(nóng)資市場(chǎng)。

1.2 試驗(yàn)方法

當(dāng)番茄幼苗長(zhǎng)至2葉1心時(shí)，參照苗期常規(guī)管理，分別澆灌含有0、25、50、75、100 mmol/L NaCl的1/2霍格蘭德溶液，進(jìn)行低鹽鍛煉。7 d后將幼苗均移入含有100 mmol/L NaCl的霍格蘭德?tīng)I(yíng)養(yǎng)液中進(jìn)行水培，模擬重度鹽脅迫，分別標(biāo)記為NS-100、T25-100、T50-100、T75-100、T100-100，以1/2霍格蘭德?tīng)I(yíng)養(yǎng)液正常培養(yǎng)的幼苗為對(duì)照，具體見(jiàn)表1。高鹽脅迫處理5 d后在各處理中挑選大小、長(zhǎng)勢(shì)一致的5株幼苗測(cè)定株高、莖粗、地上部干/鮮質(zhì)量、地下部干/鮮質(zhì)量、葉片干/鮮質(zhì)量，選擇相同部位的新鮮葉片測(cè)定酶活性。

表1 不同處理NaCl用量設(shè)計(jì) mmol/L

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

用卷尺測(cè)量番茄植株基部至生長(zhǎng)點(diǎn)的距離，記為株高（mm）；用游標(biāo)卡尺測(cè)量從下往上第2片真葉與第3片真葉之間的節(jié)間，記為莖粗（mm）；用直尺測(cè)量第2片真葉的葉長(zhǎng)、葉寬，葉面積＝葉長(zhǎng)×葉寬×葉面積指數(shù)[18]。

用天平測(cè)完鮮質(zhì)量（地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、葉片新鮮質(zhì)量）后將樣品放入風(fēng)干機(jī)中，風(fēng)干后測(cè)定相應(yīng)干質(zhì)量（g）。植株干質(zhì)量＝地上部干質(zhì)量+地下部干質(zhì)量+葉片干質(zhì)量。

1.3.2 酶活性測(cè)定

SOD活性采用氮藍(lán)四唑（NBT）顯色法測(cè)定；CAT活性參照陳建勛等[19]的方法測(cè)定，略有改動(dòng)；POD活性參照王魯陽(yáng)[20]的方法測(cè)定，略有改動(dòng)；抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）、谷胱甘肽還原酶（GR）活性按照施建濤[21]的方法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2017和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低鹽鍛煉對(duì)番茄幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

由表2可知，在100 mmol/L的NaCl鹽脅迫下，一定濃度的低鹽鍛煉處理可緩解鹽脅迫的抑制作用。與對(duì)照組相比，未經(jīng)低鹽鍛煉的NS-100組番茄幼苗的株高顯著降低了11.2%，低鹽鍛煉組中T25-100、T50-100組的株高均高于NS-100處理，但與對(duì)照組均無(wú)顯著差異，而T75-100組、T100-100組的株高均顯著低于對(duì)照組。這表明25、50 mmol/L的低鹽鍛煉可緩解鹽脅迫對(duì)番茄幼苗株高的抑制作用，但是75、100 mmol/L的低鹽鍛煉則未起到鍛煉作用，反而抑制了番茄幼苗的生長(zhǎng)。

表2 低鹽鍛煉對(duì)鹽脅迫下番茄苗期株高、莖粗與葉面積的影響

未經(jīng)低鹽鍛煉的NS-100組番茄幼苗的莖粗較對(duì)照組顯著降低了22.1%，而各低鹽鍛煉處理的莖粗均高于NS-100組且低于對(duì)照組，但與對(duì)照組均無(wú)顯著差異。其中，T75-100組較對(duì)照組下降得最少，下降了5.3%，T25-100、T50-100、T100-100組分別下降了17.1%、13.5%、8.5%，這表明25、50、75、100 mmol/L的低鹽鍛煉均可緩解鹽脅迫對(duì)番茄幼苗莖粗的抑制作用，其中75 mmol/L的低鹽鍛煉效果最好（表2）。

未經(jīng)低鹽鍛煉的NS-100組番茄幼苗的葉面積較對(duì)照組顯著減小22.5%，而低鹽鍛煉組中T25-100、T50-100組與對(duì)照組均無(wú)顯著差異，且均大于NS-100處理，T75-100組顯著小于對(duì)照組且與NS-100組無(wú)顯著差異，T100-100組則顯著小于對(duì)照組和NS-100組。這表明25、50 mmol/L的低鹽鍛煉均可緩解鹽脅迫對(duì)番茄幼苗葉面積的抑制作用，而100 mmol/L的鹽鍛煉則未起到鍛煉作用，反而顯著抑制了植株葉片的生長(zhǎng)（表2）。

2.2 低鹽鍛煉對(duì)番茄幼苗干物質(zhì)量的影響

由表3可知，在100 mmol/L的NaCl鹽脅迫下，未經(jīng)低鹽鍛煉的NS-100組番茄幼苗的地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量、葉片干質(zhì)量、植株干質(zhì)量均較對(duì)照組降低，分別下降了37.3%、43.6%、11.1%、37.1%，且除葉片干質(zhì)量外均與對(duì)照組差異顯著。與未經(jīng)低鹽鍛煉的NS-100組相比，T25-100在地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量、植株干質(zhì)量方面均有顯著提升，而T100-100組在地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量與植株干質(zhì)量方面均顯著下降，T50-100、T75-100組則與NS-100組間差異均不顯著。這表明25 mmol/L的低鹽鍛煉可緩解鹽脅迫對(duì)番茄幼苗干物質(zhì)積累的抑制作用，但是100 mmol/L低鹽鍛煉則未起到鍛煉作用，反而顯著影響了植株地上部分的生長(zhǎng)。

表3 低鹽鍛煉對(duì)鹽脅迫下番茄苗期干物質(zhì)量的影響

2.3 低鹽鍛煉對(duì)番茄幼苗抗氧化酶活性的影響

由圖1可知，在100 mmol/L的NaCl鹽脅迫下，與對(duì)照組相比，未經(jīng)低鹽鍛煉的NS-100組番茄幼苗的SOD活性顯著增加了51.1%；在低鹽鍛煉組中，T25-100組SOD活性最高，較對(duì)照組顯著上升58.3%，T50-100、T75-100組分別顯著上升44.1%、37.2%，而T100-100組則下降了2.1%，但與對(duì)照組差異不顯著。T25-100、T50-100、T75-100組與NS-100組差異均不顯著，說(shuō)明25、50、75 mmol/L低鹽處理均未起到鍛煉作用，而100 mmol/L反而降低了番茄幼苗的SOD活性。

圖1 各處理SOD活性比較

由圖2可知，與對(duì)照組相比，未經(jīng)低鹽鍛煉的N S-100組番茄幼苗的P O D活性顯著升高了86.7%；在低鹽鍛煉組中T50-100組POD活性最高，較對(duì)照組顯著增加247.5%，T25-100、T75-100、T100-100組則較對(duì)照組分別顯著增加188.6%、55.1%、51.7%；與未經(jīng)低鹽鍛煉的NS-100組相比，T25-100、T50-100組的POD酶活性均顯著上升，說(shuō)明25、50 mmol/L低鹽處理均起到了鍛煉作用。

圖2 各處理POD活性比較

由圖3可知，與對(duì)照組相比，未經(jīng)低鹽鍛煉的NS-100組番茄幼苗的APX活性顯著升高了78.6%；在低鹽鍛煉組中T25-100組APX活性最高，較對(duì)照組顯著增加126.9%，其次是T75-100組，較對(duì)照組顯著增加36.8%，T50-100、T100-100組與對(duì)照組間均無(wú)顯著差異。與未經(jīng)低鹽鍛煉的NS-100組相比，T25-100組APX活性顯著提升，這表明25 mmol/L低鹽處理可提高鹽脅迫時(shí)番茄幼苗的APX活性。

圖3 各處理APX活性比較

由圖4可知，與對(duì)照組相比，未經(jīng)低鹽鍛煉的NS-100組番茄幼苗的CAT活性顯著升高了170.3%；在低鹽鍛煉組中T25-100組CAT活性最高，較對(duì)照組顯著增加211.7%，T50-100、T75-100、T100-100組也較對(duì)照組均顯著增加，分別提升了50.2%、74.3%、103.8%。與未經(jīng)低鹽鍛煉的NS-100組相比，T25-100組CAT活性有所上升，但二者間差異不顯著，說(shuō)明25 mmol/L低鹽鍛煉并未起到鍛煉作用，T50-100、T75-100、T100-100處理CAT活性均顯著降低，不僅沒(méi)有起到鍛煉作用，還抑制了番茄幼苗的抗氧化活性。

圖4 各處理CAT活性比較

由圖5可知，與對(duì)照組相比，未經(jīng)低鹽鍛煉的N S-100組番茄幼苗的G R活性顯著升高了70.9%；低鹽鍛煉組中T50-100組的GR活性最高，較對(duì)照組顯著增加194.9%，T25-100、T75-100、T100-100組也均較對(duì)照組顯著增加，分別提升了188.7%、64.2%、90.1%。與未經(jīng)低鹽鍛煉的NS-100組相比，T25-100、T50-100、T100-100處理GR活性均顯著上升，說(shuō)明25、50、100 mmol/L低鹽處理均起到了鍛煉作用，75 mmol/L 低鹽處理鍛煉作用不大。

圖5 各處理GR活性比較

3 討論與結(jié)論

番茄鹽害表型與形態(tài)特征由外部的鹽脅迫環(huán)境與內(nèi)部基因互作產(chǎn)生，可以直觀反映出鹽脅迫對(duì)植株的傷害[22]。鹽脅迫條件下番茄植株體內(nèi)有些生理生化指標(biāo)的變化是對(duì)鹽脅迫的一種適應(yīng)性反應(yīng)，可用于進(jìn)行耐鹽性的間接鑒定[23]。番茄在不同發(fā)育期的耐鹽機(jī)制不同，其中在種子發(fā)芽期和幼苗生長(zhǎng)期對(duì)鹽脅迫最敏感[24]。秦立金[25]通過(guò)采用5種不同濃度Na2SO4浸種櫻桃番茄種子，結(jié)果番茄幼苗的株高、最大葉面積均隨鹽脅迫濃度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，這與本試驗(yàn)中25 mmol/L低鹽鍛煉提高番茄幼苗的株高、莖粗、葉面積的結(jié)果相似。閆妮[26]的研究表明，在Na2SO4鹽脅迫下番茄幼苗干質(zhì)量明顯受到抑制，但低鹽脅迫有利于番茄幼苗的生長(zhǎng)。這與本試驗(yàn)中25、50 mmol/L低鹽鍛煉均可緩解鹽脅迫對(duì)番茄幼苗植株干質(zhì)量的抑制作用的結(jié)果一致。劉翔等[27]的試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了番茄株高、莖粗的變化趨勢(shì)與其耐鹽性變化趨勢(shì)相似，能夠反映出植株耐鹽性的強(qiáng)弱。

鹽漬化造成的傷害和活性氧對(duì)植株的損傷有關(guān)。由于鹽漬環(huán)境抑制了植物正常的光合磷酸化和呼吸作用，從而引起和促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生。劉俊英[28]研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫下加入外源脯氨酸后，番茄幼苗葉片中的SOD、POD、CAT、PAX活性均呈下降趨勢(shì)，與本研究中25 mmol/L的低鹽鍛煉可緩解鹽脅迫對(duì)番茄幼苗SOD、POD、CAT、PAX、GR活性的抑制作用的結(jié)果一致。其中的作用機(jī)制可能是植物具有“記憶力”，前期的低鹽鍛煉激活了POD等抗氧化酶的基因表達(dá)，抗氧化酶相關(guān)基因在低鹽鍛煉時(shí)得以表達(dá)，并在之后持續(xù)轉(zhuǎn)錄表達(dá)，一旦再次受到鹽脅迫就會(huì)快速響應(yīng)[29-30]。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，番茄幼苗在100 mmol/L鹽脅迫下的株高、莖粗、葉面積、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量、植株干質(zhì)量均較對(duì)照降低，POD、CAT、GR活性則均顯著上升。與未經(jīng)低鹽鍛煉的幼苗相比，經(jīng)過(guò)25、50、75、100 mmol/L低鹽鍛煉的處理在株高、莖粗、葉片干質(zhì)量方面并沒(méi)有顯著變化；25 mmol/L低鹽鍛煉可以顯著提高鹽脅迫下番茄幼苗的葉面積、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量和植株干質(zhì)量以及POD、APX、GR的活性。綜上所述，25 mmol/L低鹽鍛煉可在一定程度上提高番茄幼苗的耐鹽性。