外源褪黑素對鹽脅迫下蘿卜幼苗生長的影響

彭笑潔 崔玉瑩 王浩 張梓賀 武春成 謝洋

摘 ? ?要：土壤鹽漬化嚴(yán)重制約蘿卜高效生產(chǎn)，褪黑素（melatonin，MT）作為天然抗氧化劑，在響應(yīng)植物非生物脅迫中發(fā)揮重要作用。以滿堂紅蘿卜為試驗(yàn)材料，分別采用濃度為0、50、100、150、200 μmol·L-1的MT進(jìn)行噴施處理，篩選對蘿卜生長最佳的MT濃度；采用基質(zhì)盆栽，以200 mmol·L-1 NaCl澆灌作為鹽脅迫環(huán)境，以0 μmol·L-1 MT（T1）和篩選出的最佳MT濃度（T2， 150 μmol·L-1）溶液噴施蘿卜幼苗為處理組，非鹽脅迫與未噴施MT作對照（CK）。結(jié)果表明，與CK相比，鹽脅迫顯著降低蘿卜幼苗株高（定植后29 d 除外）、莖粗、株幅、葉長、葉寬（定植后29 d 除外）等指標(biāo)，噴施150 μmol·L-1 MT可提高定植25 d 后的蘿卜幼苗株高、莖粗、株幅、葉長、葉寬和葉綠素含量，增強(qiáng)SOD和CAT活性，降低MDA含量；其中定植后29 d，噴施150 μmol·L-1 MT和0 μmol·L-1 MT相比，株高、莖粗、葉長、葉寬和葉綠素含量分別提高了26.79%、28.16%、16.81%、29.11%、7.72%，SOD和CAT活性分別顯著提高了32.12%和40.76%，MDA含量顯著降低了38.92%，表明噴施150 μmol·L-1外源 MT可有效緩解鹽脅迫對蘿卜幼苗的傷害，有效促進(jìn)蘿卜幼苗生長。

關(guān)鍵詞：蘿卜；鹽脅迫；褪黑素；幼苗生長

中圖分類號：S631.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）05-157-06

Effects of exogenous melatonin on growth of radish seedlings under salt stress

PENG Xiaojie， CUI Yuying， WANG Hao， ZHANG Zihe， WU Chuncheng， XIE Yang

（Hebei Key Laboratory of Horticultural Germplasm Excavation and Innovative Utilization/College of Horticulture Science and Technology， Hebei Normal University of Science and Technology ， Qinhuangdao 066004， Hebei， China）

Abstract： Soil salinization seriously restricts the efficient production of radish. Melatonin（MT）， as a natural antioxidant， plays an important role in responding to plant non-biological stress. Mantanghong radish was used as experimental material to be sprayed by MT with concentrations of 0， 50， 100， 150 and 200 μmol·L-1， respectively， to screen the best MT concentration for radish growth. Then， a matrix pot was used to irrigate radish with 200 mmol·L-1 NaCl as salt stress environment， spray radish with 0 μmol·L-1 MT（T1）and the optimal MT concentration（T2）solution as treatment group， and control group（CK）was used between non-salt stress and non-spray MT. The results showed that compared with CK， salt stress significantly decreased the plant height（except 29 d after planting）， stem diameter， leaf length and leaf width（except 29 d after planting）of radish seedlings. Spraying 150 μmol·L-1 MT could increase the plant height， stem diameter， plant width， leaf length， leaf width and chlorophyll content of radish seedlings on 25 days after implantation. The activity of SOD and CAT was increased， and the content of MDA was decreased. On 29 days after implantation， compared with 150 μmol·L-1 MT and 0 μmol·L-1 MT， plant height， stem diameter， leaf length， leaf width and chlorophyll content increased by 26.79%， 28.16%， 16.81%， 29.11% and 7.72%， respectively. SOD and CAT activities were significantly increased by 32.12% and 40.76%， respectively， and MDA content was significantly decreased by 38.92%， indicating that spraying 150 μmol·L-1 exogenous MT could effectively alleviate the damage of salt stress on radish seedlings and promote the growth of radish seedlings.

Key words： Radish; Salt stress; Melatonin; Seedling growth

中國鹽堿地的總面積達(dá)9913萬hm2，主要分布在東北、華北、西北地區(qū)，鹽堿地的開發(fā)利用具有重大價值[1]。鹽堿脅迫會破壞植物光合中心，抑制電子傳遞，加速葉綠素降解，降低光合速率和養(yǎng)分吸收能力[2-6]，嚴(yán)重影響植物生長[7-9]。由于設(shè)施內(nèi)的土壤長期處于封閉的環(huán)境中，缺少天然雨水的淋溶，作物栽培種類較為單一，長期不合理施肥等生產(chǎn)狀況導(dǎo)致設(shè)施內(nèi)的土壤鹽漬化程度越來越嚴(yán)重[10]。土壤鹽漬化對植物的形態(tài)發(fā)育表現(xiàn)為抑制器官和組織的生長，產(chǎn)量也因此降低[11-12]。

蘿卜（Raphanus sativus L.）是十字花科蘿卜屬重要的一、二年生根菜類蔬菜作物，在世界各地廣泛種植，具有一定的營養(yǎng)價值和藥用價值[13]。設(shè)施和露地均有蘿卜栽培，而鹽脅迫會抑制植物光合作用，一方面是無機(jī)鹽離子的毒害作用抑制了光合色素的活性；另一方面是過多的無機(jī)鹽離子影響植物細(xì)胞滲透勢，從而影響光合作用。植物在逆境脅迫下凈光合速率呈下降趨勢，有機(jī)物合成減少，導(dǎo)致植物無法正常生長[14]。因此鹽堿地種植蘿卜會造成種子發(fā)芽率低和植株生長發(fā)育不良的現(xiàn)象[15]。

褪黑素（melatonin，MT）是存在于眾多生物中的一種吲哚類物質(zhì)[16]，具有類似IAA的作用，可以促進(jìn)種子萌發(fā)、植物生長以及不定根形成[17]。Liang等[18]研究表明，外源MT可以通過促進(jìn)獼猴桃幼苗根系結(jié)構(gòu)的發(fā)育，減緩脂質(zhì)過氧化和色素降解，減輕細(xì)胞膜損傷，促進(jìn)滲透物質(zhì)積累，抑制或促進(jìn)某些蛋白的降解或合成，抑制氣孔關(guān)閉，提高光能吸收，通過促進(jìn)光系統(tǒng)中的電子傳遞來提高光合速率，從而增強(qiáng)幼苗對干旱脅迫的適應(yīng)性。有研究表明，化學(xué)藥劑脅迫可以誘導(dǎo)大麥根系中MT的合成，MT含量的增加可能在防御化學(xué)誘導(dǎo)的應(yīng)激和其他非生物/生物應(yīng)激中發(fā)揮重要的抗氧化作用[19]。外施MT能有效降低鹽脅迫下番茄幼苗的光系統(tǒng)功能，降低葉綠素含量和凈光合速率，增強(qiáng)番茄幼苗的耐鹽能力[20]。因此，通過施用MT等外源物質(zhì)或培育耐鹽堿品種等手段是開發(fā)利用鹽堿地的重要途徑。

MT是一種天然的抗氧化劑，已被證實(shí)在蘿卜抵抗鹽脅迫、鎘脅迫等非生物脅迫方面發(fā)揮重要作用[21-22]。筆者以滿堂紅蘿卜為試材，篩選對蘿卜生長的最佳MT濃度，研究噴施MT對鹽脅迫下蘿卜幼苗形態(tài)和生理方面的影響，以期為鹽漬環(huán)境下蘿卜高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021年11－12月在河北科技師范學(xué)院園藝園林試驗(yàn)站1號日光溫室進(jìn)行。供試材料滿堂紅蘿卜種子購于天津市薊農(nóng)種子有限公司，該品種近板葉型，葉片深綠色，肉質(zhì)根橢圓形，根地上部皮色綠，地下部皮色白，主根細(xì)長，肉色血紅，耐糠心，具有一定的抗病毒病、霜霉病、軟腐病和黑心病的特性。MT購于北京索萊寶科技有限公司，其他分析純等藥品由河北科技師范學(xué)院園藝科技學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 ? ?最佳MT濃度篩選 ? ?采用穴盤育苗，待幼苗2葉1心時，將其定植于口徑10 cm營養(yǎng)缽中，株行距均為15 cm，小區(qū)面積20 m2。定植7 d后，于每天18：00分別采用0 （CK0）、50（M1）、100（M2）、150（M3）、200 μmol·L-1（M4）的MT噴施葉片，以葉面有水珠滴落為處理標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)處理1周，于定植后15 d測定幼苗的株高、莖粗、株幅等生長指標(biāo)，篩選出最佳MT濃度。

1.2.2 ? ?MT噴施對鹽脅迫下蘿卜幼苗生長的影響 ? ?采用穴盤育苗，方法同1.2.1。以200 mmol·L-1 NaCl澆灌作為鹽脅迫環(huán)境，以噴施0 μmol·L-1 MT（T1）及前期篩選出最佳MT溶液（T2）噴施為處理組。于定植后15 d進(jìn)行鹽脅迫處理，定植后20 d噴施MT，處理方法同1.2.1。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置對照組（CK，0 μmol·L-1 MT+ 0 mmol·L-1 NaCl），每個處理12株，設(shè)置3個生物學(xué)重復(fù)。

1.3 生理指標(biāo)測定

于定植后15、20、25、27、29 d分別測定幼苗的株高、莖粗、株幅等生長指標(biāo)，每個處理測3株，3次重復(fù)。用SPAD-502Plus型葉綠素儀（美國KONICA MINOLTA公司）測定同一葉片葉綠素含量。將定植后29 d各處理與對照植株葉片取樣，參照劉永軍等編著的《植物生理生化實(shí)驗(yàn)》[23]測定生理指標(biāo)，采用氮藍(lán)四唑光化還原法測定葉片的超氧化物歧化酶（SOD）活性，采用紫外吸收法測定過氧化氫酶（CAT）活性，采用過氧化物酶試劑盒（蘇州科銘生物技術(shù)有限公司）測定過氧化物酶（POD）活性，采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2022軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖；采用DPS 9.01軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度MT對蘿卜幼苗株高、莖粗、株幅的影響

由表1可知，在定植后15 d，與對照CK0相比，150 μmol·L-1（M3）MT噴施對蘿卜幼苗株高、莖粗、株幅影響作用最大，分別顯著提高54.21%、22.00%、48.98%。因此選擇150 μmol·L-1MT為后續(xù)鹽脅迫下蘿卜幼苗噴施濃度。

2.2 外源MT對鹽脅迫下蘿卜幼苗株高、莖粗、株幅的影響

由圖1可知，在定植后15 d，蘿卜株高、莖粗、株幅無顯著差異。定植后20 d，T1和T2處理的株高、莖粗、株幅均較CK顯著降低，其中株高分別下降了16.57%、17.20%，說明鹽脅迫限制了蘿卜幼苗生長。定植后25 d，T2處理蘿卜株高最高，與T1相比呈顯著差異；定植后27 d，T2處理蘿卜株高較T1顯著提高20.61%；定植后29 d，T2株高最高，分別較CK和T1顯著提高29.09%和26.79%，說明噴施MT可以促進(jìn)蘿卜生長。

在定植后25、27、29 d，T2處理的莖粗分別較T1顯著提高18.51%、24.55%、28.16%。在定植后27、29 d，T2和CK相比株幅差異不顯著，在定植后20、25 d，T2和CK相比株幅差異顯著；其中在定植后25 d，T2處理的株幅較T1顯著提高了29.97%。

2.3 外源MT對鹽脅迫下蘿卜幼苗葉長、葉寬、葉片數(shù)的影響

由圖2可知，在定植后15 d，不同處理的蘿卜幼苗的葉長、葉寬均無顯著差異；但在定植后20 d，T1、T2處理的葉長、葉寬較CK顯著降低，說明鹽脅迫處理抑制了蘿卜幼苗的生長。在定植后25、27、29 d，CK和T2處理的葉長均顯著高于T1，但CK和T2處理無顯著差異。在定植后25、27、29 d，CK和T2處理的葉寬均高于T1，其中定植后29 d，T2處理顯著高于T1，但與CK差異不顯著。在定植后25 d，T2處理的葉片數(shù)顯著高于T1；定植27 d后，T1、T2處理葉片數(shù)差異不顯著，但均顯著低于CK。

2.4 外源MT對鹽脅迫下蘿卜幼苗葉綠素含量的影響

由圖3可知，在定植后20 d，與CK相比，鹽脅迫顯著降低了蘿卜幼苗葉片的葉綠素含量，T1處理葉綠素含量降低5.0%。在定植后27和29 d，T2處理的幼苗葉綠素含量均顯著高于CK和T1處理，分別較T1處理提高了5.31%、7.72%。說明噴施外源MT可促進(jìn)鹽脅迫下蘿卜苗期葉片葉綠素的合成。

2.5 外源MT對鹽脅迫下蘿卜幼苗酶活性和MDA含量的影響

由圖4可知，與CK相比，T1和T2處理的蘿卜幼苗SOD、POD、CAT活性均顯著提高。T2處理的SOD和CAT活性較T1處理分別顯著提高了32.12%、40.76%，但POD活性沒有顯著差異。與CK相比，T1處理的MDA含量顯著升高了236.81%，說明鹽脅迫造成蘿卜幼苗葉片細(xì)胞過氧化程度加??；T2處理的MDA含量較T1顯著降低了38.92%，說明施用MT能降低鹽脅迫下細(xì)胞內(nèi)MDA含量以緩解細(xì)胞脂質(zhì)過氧化對蘿卜幼苗的傷害。

3 討論與結(jié)論

鹽脅迫下植物生理生化代謝過程受到影響，植物通過主動或被動的形態(tài)調(diào)節(jié)可以提高對脅迫環(huán)境的適應(yīng)性[24]。徐玉偉等[25]研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫會顯著降低黃瓜幼苗的株高、莖粗和葉面積等指標(biāo)。夏銘等[26]研究表明，對江南圓白蘿卜施用褪黑素50～500 μmol·L-1，江南圓白蘿卜幼苗生長和抗性隨噴施濃度增加而升高，其中濃度為500 μmol·L-1時株高、莖粗、鮮質(zhì)量與干質(zhì)量顯著高于其他處理?？梢?，施用外源褪黑素對種子的萌發(fā)和幼苗生長具有一定的促進(jìn)作用，但因作物種類、生長環(huán)境、生長時期、試驗(yàn)條件的不同，適宜的褪黑素濃度亦有差別。在干旱條件下，外源MT可提高大豆、小麥光合同化能力和抗氧化酶活性，減少細(xì)胞膜損傷，提高抗旱能力和產(chǎn)量[27-29]。鹽脅迫能夠通過氣孔性限制和非氣孔性限制來調(diào)節(jié)植物的光合作用；同時也會影響植物葉綠素的合成，過多的NaCl會導(dǎo)致已經(jīng)合成的葉綠素降解，造成葉綠素含量下降[30]。何磊[31]研究發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫下，根施500 μmol·L-1外源MT可通過維持蘿卜幼苗葉表皮厚度、柵欄組織緊實(shí)度、海綿組織細(xì)胞的大小，提高凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率等光合指標(biāo)，以及SOD、POD、CAT、APX等抗氧化酶活性；同時，脯氨酸含量增加，MDA含量、相對電導(dǎo)率、H2O2含量、超氧陰離子含量等顯著降低，從而緩解低溫處理對蘿卜幼苗的氧化損傷。筆者研究表明，在苗期鹽脅迫下，施用150 μmol·L-1的MT可以提高植株株高、莖粗、葉長、葉寬、葉綠素含量、SOD和CAT活性，降低MDA含量等，與前人研究結(jié)果相一致。但是在蘿卜幼苗葉面噴施MT并沒有提高葉片的POD活性，推測MT緩解蘿卜幼苗鹽脅迫傷害主要是通過提高葉片內(nèi)SOD和CAT活性，而非POD活性。筆者的研究僅以外源物MT為例，探究鹽脅迫下MT噴施對蘿卜幼苗生理特性的影響，對鹽脅迫下蘿卜植株后期的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響還有待于進(jìn)一步研究。此外，筆者僅針對150 μmol·L-1外源MT處理對鹽脅迫下蘿卜幼苗生長的影響進(jìn)行研究，而其他濃度的外源MT處理對鹽脅迫的緩解效應(yīng)尚不清楚，還需要在后續(xù)的研究中開展相關(guān)試驗(yàn)。

綜上所述，與CK相比，鹽脅迫顯著降低蘿卜幼苗株高（定植后29 d 除外）、莖粗、株幅、葉長、葉寬（定植后29 d 除外）等指標(biāo)；鹽脅迫下噴施150 μmol·L-1 MT可提高定植25 d后的蘿卜幼苗株高、莖粗、株幅、葉長、葉寬和葉綠素含量，增強(qiáng)SOD和CAT活性，降低MDA含量，表明噴施150 μmol·L-1外源 MT可有效緩解鹽脅迫對蘿卜幼苗的傷害，有效促進(jìn)蘿卜幼苗生長。

參考文獻(xiàn)

[1] 江杰，王勝．我國鹽堿地成因及改良利用現(xiàn)狀[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48（13）：85-87．

[2] 張振興，孫錦，郭世榮，等．鈣對鹽脅迫下西瓜光合特性和果實(shí)品質(zhì)的影響[J]．園藝學(xué)報(bào)，2011，38（10）：1929-1938．

[3] 李樹華，許興，惠紅霞，等．不同小麥品種（系）對鹽堿脅迫的生理及農(nóng)藝性狀反應(yīng)[J]．麥類作物學(xué)報(bào)，2000，20（4）：63-67．

[4] 魏亦農(nóng)，孔廣超，曹連莆，等．新小黑麥1號光合速率及葉綠素?zé)晒馓匦缘难芯縖J]．麥類作物學(xué)報(bào)，2002，22（4）：91-93．

[5] 郭淑華，牛彥杰，翟衡，等．堿性鹽脅迫對葡萄雜交砧木熒光特性、葉黃素循環(huán)與抗氰呼吸的影響[J]．植物生理學(xué)報(bào)，2017，53（11）：2013-2021．

[6] 潘香逾，李瑜婷，劉立軍，等．鹽脅迫下14種綠肥植物種子萌發(fā)特性及耐鹽性評價[J]．草原與草坪，2019，39（3）：98-105．

[7] 石德成，盛艷敏，趙可夫，等．復(fù)雜鹽堿條件對向日葵脅迫作用主導(dǎo)因素的實(shí)驗(yàn)確定[J]．作物學(xué)報(bào)，2002，28（4）：461-467．

[8] 盧艷．不同蘋果砧穗組合耐鹽性研究[D]．陜西楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2011．

[9] 崔興國．鹽堿脅迫對不同品種飼用小黑麥種子萌發(fā)的影響[J]．現(xiàn)代農(nóng)村科技，2015（20）：54-55．

[10] 陳思奇，蔣毓婷．設(shè)施土壤次生鹽漬化的成因、危害及治理措施[J]．遼寧化工，2018，47（11）：1146-1148．

[11] 白龍強(qiáng)，李衍素，于賢昌，等．土壤含鹽量對有機(jī)基質(zhì)栽培番茄生長、光合特性及產(chǎn)量的影響[J]．中國蔬菜，2013（2）：41-45．

[12] 羅慶云，於丙軍，劉友良．NaCl脅迫下Cl－和Na+對大豆幼苗脅迫作用的比較[J]．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，36（11）：1390-1394．

[13] XIE Y，YING J L，XU L，et al．Genome-wide sRNA and mRNA transcriptomic profiling insights into dynamic regulation of taproot thickening in radish （Raphanus sativus L．）[J]．BMC Plant Biology，2020，20（1）：373．

[14] GAMBA M，ASLLANAJ E，RAGUINDIN P F，et al．Nutritional and phytochemical characterization of radish （Raphanus sativus）： A systematic review[J]．Trends in Food Science and Technology，2021，113：205-218．

[15] 林慶斌，廖升榮，熊亞紅，等．超氧化物歧化酶（SOD）的研究和應(yīng)用進(jìn)展[J]．化學(xué)世界，2006，47（6）：378-381．

[16] LERNER A B，CASE J D，TAKAHASHI Y，et al．Isolation of melatonin， the pineal gland factor that lightens melanocytes[J]．Journal of the American Chemical Society，1958，80（10）：2587．

[17] ARNAO M B，HERNANDEZ-RUIZ J．Melatonin：Plant growth regulator and/or biostimulator during stress[J]．Trends in Plant Science，2014，19（12）：789-797．

[18] LIANG D，NI Z Y，XIA H，et al．Exogenous melatonin promotes biomass accumulation and photosynthesis of kiwifruit seedlings under drought stress[J]．Scientia Horticulturae，2019，246：34-43．

[19] ARNAO M B，HERNANDEZ-RUIZ J．Chemical stress by different agents affects the melatonin content of barley roots[J]．Journal of Pineal Research，2009，46（3）：295-299．

[20] 尹賾鵬，王珍琪，齊明芳，等．外施褪黑素對鹽脅迫下番茄幼苗光合功能的影響[J]．生態(tài)學(xué)雜志，2019，38（2）：467-475．

[21] 姜海燕．外源褪黑素調(diào)控蘿卜耐鹽性研究[D]．南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017．

[22] 張飛．褪黑素緩解蘿卜幼苗鎘脅迫的分子機(jī)理[D]．南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017．

[23] 劉永軍，郭守華，楊曉玲．植物生理生化實(shí)驗(yàn)[M]．北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2002．

[24] JAVADI T，ROHOLLAHI D，GHADERI N，et al．Mitigating the adverse effects of drought stress on the morpho-physiological traits and anti-oxidative enzyme activities of Prunus avium through β-amino butyric acid drenching[J]．Scientia Horticulturae，2017，218：156-163．

[25] 徐玉偉，郭世榮，程玉靜，等．Ca（NO3）2對鹽脅迫下黃瓜幼苗生長及膜質(zhì)過氧化的影響[J]．中國蔬菜，2010（4）：14-18．

[26] 夏銘，李經(jīng)緯，羅章瑞，等．外源褪黑素影響蘿卜生長及對鏈格孢菌抗性的機(jī)理研究[J]．園藝學(xué)報(bào)，2022，49（3）：548-560．

[27] 鄒京南，于奇，金喜軍，等．外源褪黑素對干旱脅迫下大豆鼓粒期生理和產(chǎn)量的影響[J]．作物學(xué)報(bào)，2020，46（5）：745-758．

[28] 鄒京南，曹亮，王夢雪，等．外源褪黑素對干旱脅迫下大豆結(jié)莢期光合及生理的影響[J]．生態(tài)學(xué)雜志，2019，38（9）：2709-2718．

[29] CUI G B，ZHAO X X，LIU S D，et al．Beneficial effects of melatonin in overcoming drought stress in wheat seedlings[J]．Plant Physiology and Biochemistry，2017，118：138-149．

[30] SCHREIBER U，BILGER W，HORMANN H，et al．Chlorophyll fluorescence as a diagnostic tool： Basics and some aspects of practical relevance[M]．Cambridge： Cambridge University Press，1998．

[31] 何磊．外源褪黑素對蘿卜花芽分化和抽薹的影響[D]．貴陽：貴州大學(xué)，2020．