亞精胺對(duì)鹽脅迫下遼東櫟生理特性的影響

范秀娟

（山西省國(guó)有林場(chǎng)和種苗工作總站，山西 太原030012）

施用化學(xué)肥料是促進(jìn)植物快速生長(zhǎng)的有效措施，但是施用不當(dāng)會(huì)引起土壤鹽漬化、土壤板結(jié)等一系列問(wèn)題[1]。土壤鹽漬化是限制農(nóng)林產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸，由于改良困難并且耗時(shí)長(zhǎng)，土壤改良難以快速達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，因此探尋植物耐鹽機(jī)理，選擇和培育抗鹽性強(qiáng)的植物種類是面對(duì)土壤鹽漬化最有效的途徑[2]。遼東櫟（Quercus wutaishanica）是我國(guó)北方地區(qū)闊葉混交林重要組成樹(shù)種，很多地區(qū)都有大量的人工栽培林，并且也較多的應(yīng)用于城市園林建設(shè)中。為適應(yīng)造林工作的需要，山西省很多苗圃也大量培育遼東櫟苗木[3]。育苗實(shí)踐中，由于連年重茬栽培和不恰當(dāng)?shù)氖┓始夹g(shù)，部分苗圃土壤已經(jīng)發(fā)生了次生鹽漬化現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了遼東櫟的優(yōu)質(zhì)壯苗培育。鑒于此，研究亞精胺對(duì)鹽脅迫下遼東櫟生理特性的影響規(guī)律，對(duì)揭示亞精胺的抗鹽調(diào)控機(jī)理和育苗實(shí)踐中進(jìn)行化學(xué)調(diào)控植物抗鹽性具有重要理論與實(shí)踐意義。亞精胺是一種多胺類物質(zhì)，鹽脅迫下，其可以作為植物的信號(hào)物質(zhì)用于植物抗鹽機(jī)制的形成[4]，大量試驗(yàn)研究表明，外源亞精胺可以顯著提高植物的抗鹽性[5]。從機(jī)理上來(lái)看，外源亞精胺對(duì)植物鹽脅迫的緩解作用主要與亞精胺作為γ-氨基丁酸（GABA）合成的前提物質(zhì)來(lái)促進(jìn)其合成以維持植物細(xì)胞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定，降低丙醛（MDA）含量，保證植物在鹽脅迫條件下正常生理生化活動(dòng)的進(jìn)行并促進(jìn)植物生長(zhǎng)[6]。亞精胺作為一種緩解植物抗鹽性的多胺類物質(zhì)，在大豆[6]、桑樹(shù)[2]等植物上進(jìn)行了初步的研究工作，但是其對(duì)遼東櫟抗逆生理的相關(guān)研究較少。本文通過(guò)分析外源亞精胺對(duì)遼東櫟根系活力及MDA、可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量的影響規(guī)律，探討外源亞精胺對(duì)遼東櫟的抗鹽生理機(jī)制，為探索遼東櫟耐鹽栽培的新途徑提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020 年4 月至2020 年7 月在山西省國(guó)有林場(chǎng)和種苗工作站試驗(yàn)苗圃內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)所選遼東櫟為2a 生實(shí)生苗。該苗木于2018 年3 月播種，2018 年7 月15 日移栽入長(zhǎng)×寬×高為30cm×30cm×35cm 的栽植盆中，2018 年和2019 年在栽植盆中生長(zhǎng)，并未發(fā)生干旱與水分脅迫，也未發(fā)生病蟲(chóng)危害。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5 個(gè)處理，Y1 為空白對(duì)照，無(wú)鹽脅迫和亞精胺處理；Y2 為鹽脅迫對(duì)照，NaCl 濃度為150mmol/L；Y3 為鹽脅迫+低濃度亞精胺：150mmol/L NaCl+0.60mmol/L 亞精胺；Y4 為鹽脅迫+中濃度亞精胺：150mmol/L NaCl+1.2mmol/L 亞精胺；Y5 為鹽脅迫+高濃度亞精胺：150mmol/L NaCl+1.8mmol/L亞精胺。其中，Y2、Y3、Y4、Y5 處理NaCl 用量為1500mL/株，其中4 月1 日澆灌栽植盆中500mL/株，5 月3 日澆灌1000mL/株。亞精胺處理分兩次進(jìn)行，第一次為4 月5～8 日每天18：00 后噴施，噴施量為100mL/株；第二次處理為5 月4～8 日每天18：00 后噴施，噴施量為100mL/株?？瞻讓?duì)照分別在4 月1日和5 月3 日澆灌500mL/株和1000mL/株的蒸餾水；鹽脅迫對(duì)照在4 月5～8 日、5月4～8 日期間分別噴施100mL/株的蒸餾水。每處理共計(jì)20 盆，3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，共計(jì)300 盆。整個(gè)試驗(yàn)期間，防止苗木出現(xiàn)旱澇災(zāi)害及病蟲(chóng)危害。

1.3 田間取樣及生理指標(biāo)測(cè)定

分別于4 月15 日、5 月1 日、5 月15 日、5 月31 日、6 月15 日到田間取樣，葉片取樣時(shí)，每處理選擇3 株，將全部葉片放入液氮中貯存。根系取樣時(shí)，將栽植盆倒立，所有盆內(nèi)土壤全部倒出后用水沖洗干凈根系后，用塑料袋保濕盡快帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行根系活力的測(cè)定。其中根系活力測(cè)定采用TTC 法[7]。將液氮中保存的葉片剪碎混合均勻，然后隨機(jī)取樣進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)定，其中MDA 含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[7]，游離脯氨酸含量測(cè)定采用茚三酮法[7]，可溶性蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)染色法[8]，可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮法[8]。每項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定5 次，取平均值作為最后結(jié)果。

1.4 數(shù)據(jù)處理

圖表制作及數(shù)據(jù)處理均使用Excel2010 版軟件，方差分析使用DPS7.05 版軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 亞精胺對(duì)鹽脅迫下遼東櫟MDA 含量的影響

由圖1 可知：各處理遼東櫟葉片內(nèi)MDA 含量在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)表現(xiàn)出先升高后降低的變化，不同處理之間存在差異。整個(gè)試驗(yàn)期間，Y2 處理MDA含量始終為最高值，顯著高于空白對(duì)照（Y1），表明鹽脅迫對(duì)遼東櫟膜系統(tǒng)造成了一定傷害，從而顯著提高了MDA 含量。各亞精胺處理的MDA 含量均低于鹽脅迫對(duì)照（Y2）處理，說(shuō)明外源亞精胺對(duì)緩解鹽脅迫下遼東櫟膜系統(tǒng)的危害具有一定的作用，但是不同濃度的亞精胺緩解效果存在差異。Y4在整個(gè)試驗(yàn)期間MDA 含量分別比Y2 處理降低了27.78%、22.89%、24.10%、35.42%、29.66%，差異顯著，表明該濃度的亞精胺對(duì)降低遼東櫟鹽脅迫危害具有顯著作用；Y3 顯著高于Y4 處理，Y3 在5月31 日顯著低于Y2，其余時(shí)間Y3 均與Y2 之間無(wú)顯著差異，說(shuō)明低濃度的亞精胺對(duì)緩解遼東櫟鹽脅迫作用不大。5 月15 日、5 月31 日，Y4 顯著低于Y5，4 月15 日、5 月1 日、6 月15 日Y4 與Y5 之間無(wú)顯著差異，表明亞精胺濃度從1.2mmol/L 提高至1.8mmol/L 不會(huì)對(duì)遼東櫟MDA 含量產(chǎn)生顯著影響。

圖1 亞精胺對(duì)鹽脅迫下遼東櫟MDA 含量的影響

2.2 亞精胺對(duì)鹽脅迫下遼東櫟可溶性糖含量的影響

由圖2 可知：整個(gè)試驗(yàn)期間，鹽脅迫處理與空白對(duì)照相比可溶性糖含量顯著升高，表明鹽脅迫顯著誘導(dǎo)了遼東櫟葉片內(nèi)可溶性糖的積累。鹽脅迫下，添加外源亞精胺與單獨(dú)鹽脅迫處理相比提高了遼東櫟葉片內(nèi)的可溶性糖含量，但是不同濃度的亞精胺對(duì)可溶性糖含量的影響存在差異。整個(gè)試驗(yàn)期間，Y4 可溶性糖含量分別比Y2 提高了20.65%、16.61%、18.27%、15.54%、23.83%，差異顯著，表明該濃度的亞精胺顯著提高了鹽脅迫下遼東櫟葉片內(nèi)的可溶性糖含量；5 月1 日、5 月15 日、6 月15 日，Y4 顯著高于Y3 處理，表明亞精胺濃度從0.6mmol/L 增加到1.2mmol/L 會(huì)顯著增加遼東櫟葉片內(nèi)的可溶性糖含量；Y3 處理在整個(gè)試驗(yàn)期間可溶性糖含量均高于Y2，但兩個(gè)處理之間無(wú)顯著差異，表明該濃度的亞精胺對(duì)遼東櫟葉片內(nèi)可溶性糖含量影響較??；Y5 與Y4 之間無(wú)顯著差異，說(shuō)明亞精胺處理濃度由1.2mmol/L 基礎(chǔ)上提高至1.8mmol/L 并未顯著提高遼東櫟葉片內(nèi)可溶性糖含量。

圖2 亞精胺對(duì)鹽脅迫下遼東櫟可溶性糖含量的影響

2.3 亞精胺對(duì)鹽脅迫下遼東櫟可溶性蛋白含量的影響

由圖3 可知：鹽脅迫下，遼東櫟葉片內(nèi)可溶性蛋白含量在整個(gè)試驗(yàn)期間均顯著高于空白對(duì)照，表明鹽脅迫會(huì)誘導(dǎo)遼東櫟葉片內(nèi)可溶性蛋白積累。整個(gè)試驗(yàn)期間，Y4 分別比Y2 提高了29.32%、36.39%、47.15%、52.64%、40.34%，差異顯著，表明1.2mmol/L濃度的亞精胺可以顯著提高鹽脅迫下遼東櫟可溶性蛋白含量。Y3 分別低于Y4 處理1.23mg/g、1.59mg/g、3.62mg/g、4.42mg/g、2.21mg/g，差異顯著，表明亞精胺濃度從Y3 提高至Y4 后顯著增加了鹽脅迫下遼東櫟可溶性蛋白含量；4 月15 日至5 月15 日，Y2與Y3 之間無(wú)顯著差異，表明0.6mmol/L 亞精胺在處理早期不會(huì)對(duì)鹽脅迫下遼東櫟可溶性蛋白含量產(chǎn)生顯著影響；5 月31 日至6 月15 日，Y3 顯著高于Y2 處理，表明該濃度的亞精胺在后期會(huì)顯著提高鹽脅迫下遼東櫟可溶性蛋白含量。5 月31 日，Y5低于Y4 處理2.21mg/g，差異顯著，表明亞精胺濃度從Y4 提高至Y5 在5 月31 日顯著降低了可溶性蛋白含量；4 月15 日、5 月1 日、5 月15 日、6 月15 日Y4 與Y5 之間無(wú)顯著差異，說(shuō)明亞精胺濃度從Y4提高至Y5 后在這些時(shí)間段并未對(duì)遼東櫟可溶性蛋白產(chǎn)生顯著影響。

圖3 亞精胺對(duì)鹽脅迫下遼東櫟可溶性蛋白含量的影響

2.4 亞精胺對(duì)鹽脅迫下遼東櫟游離脯氨酸含量的影響

由圖4 可知：遼東櫟游離脯氨酸含量在整個(gè)試驗(yàn)期間表現(xiàn)逐漸升高，不同處理對(duì)游離脯氨酸含量的影響存在差異。Y2 在整個(gè)試驗(yàn)期間均顯著高于Y1，表明鹽脅迫顯著提高了遼東櫟葉片內(nèi)的游離脯氨酸含量。噴施亞精胺處理游離脯氨酸含量均高于鹽脅迫處理，其中Y4 與Y2 相比分別提高了19.10%、25.75%、16.33%、22.17%、31.40%，差異顯著，表明該濃度的亞精胺會(huì)顯著提高遼東櫟葉片內(nèi)的游離脯氨酸含量。5 月1 日，Y3 與Y4 之間無(wú)顯著差異，表明5 月1 日亞精胺濃度從Y3 降低至Y4 不會(huì)對(duì)遼東櫟游離脯氨酸含量產(chǎn)生顯著影響；Y3 與Y2 之間無(wú)顯著差異，表明該時(shí)間段噴施低濃度的亞精胺對(duì)遼東櫟游離脯氨酸含量影響較??；5 月15日至6 月15 日，Y3 顯著低于Y4 處理，表明5 月15日后亞精胺濃度從Y3 增加至Y4 水平會(huì)導(dǎo)致遼東櫟游離脯氨酸含量顯著增加；5 月31 日至6 月15日，Y3 顯著高于Y2 處理，表明低濃度的亞精胺處理在5 月31 日后可以顯著提高鹽脅迫下遼東櫟的游離脯氨酸含量。Y5 與Y4 之間無(wú)顯著差異，表明亞精胺濃度從Y4 提高至Y5 并未對(duì)遼東櫟游離脯氨酸含量產(chǎn)生顯著影響。

圖4 亞精胺對(duì)鹽脅迫下遼東櫟游離脯氨酸含量的影響

2.5 亞精胺對(duì)鹽脅迫下遼東櫟根系活力的影響

由圖5 可知：鹽脅迫下，遼東櫟根系活力顯著降低，其中Y2 處理根系活力始終處于最低值，與空白對(duì)照相比差異顯著，表明遼東櫟根系活力在鹽脅迫下會(huì)顯著降低。亞精胺一定程度上會(huì)提高鹽脅迫下遼東櫟的根系活力，但是濃度不同對(duì)根系活力的影響也存在差異。整個(gè)試驗(yàn)期間，Y4 根系活力分別比Y2 處 理 提 高 了17.29% 、19.56% 、25.69% 、31.20%、28.81%，差異顯著，表明該濃度的亞精胺會(huì)顯著提高鹽脅迫下遼東櫟的根系活力；4 月15 日至5 月15 日，Y3 與Y4 處理之間無(wú)顯著差異，表明亞精胺濃度從Y3 提高至Y4 在5 月15 日之前不會(huì)對(duì)根系活力產(chǎn)生顯著影響；但5 月31 日至6 月15日，Y4 顯著高于Y3，表明亞精胺濃度從0.6mmol/L增至1.2mmol/L 會(huì)顯著提高遼東櫟根系活力。Y5 與Y4之間無(wú)顯著差異，表明亞精胺濃度增至1.5mmol/L不會(huì)顯著提高遼東櫟根系活力。

圖5 亞精胺對(duì)鹽脅迫下遼東櫟根系活力的影響

3 討論

MDA 是膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物，其含量的升高會(huì)導(dǎo)致植物體膜結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性受到破壞，影響植物的正常生理功能發(fā)揮，因此MDA 含量的變化可以作為判斷逆境條件下膜系統(tǒng)受傷程度的指標(biāo)[9]。從本試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，鹽脅迫顯著提高了遼東櫟葉片內(nèi)的MDA 含量，這也說(shuō)明鹽脅迫對(duì)其膜系統(tǒng)造成了一定的危害[10]。亞精胺處理與鹽脅迫處理相比降低了遼東櫟葉片內(nèi)的MDA 含量，說(shuō)明亞精胺對(duì)緩解遼東櫟鹽脅迫具有一定的作用，郭雙[11]研究認(rèn)為這與亞精胺可以提高植物體滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，對(duì)膜系統(tǒng)起到保護(hù)作用有關(guān)。從不同濃度的亞精胺對(duì)遼東櫟MDA 含量影響來(lái)看，中等濃度的亞精胺與高濃度和低濃度處理相比更有利于MDA含量的降低，這與趙東曉[2]的研究結(jié)果一致，說(shuō)明亞精胺在緩解逆境脅迫中選擇適宜的濃度也非常關(guān)鍵?？扇苄蕴呛涂扇苄缘鞍资侵参矬w內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，鹽脅迫下其含量提高有利于維持細(xì)胞水分平衡[12]，鹽脅迫顯著提高了遼東櫟兩種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，本試驗(yàn)結(jié)果與前人相關(guān)研究結(jié)果一致。外源亞精胺處理后，遼東櫟可溶性糖、可溶性蛋白含量均表現(xiàn)出升高的變化，這與桑樹(shù)[2]、黃瓜[13]的研究結(jié)果相似。王顯瑞[14]研究認(rèn)為這可能與亞精胺提高了蔗糖磷酸合成酶和淀粉合成酶的酶活性有關(guān)。游離脯氨酸含量的升高可以緩解植物鹽脅迫造成的水分脅迫，適宜濃度的亞精胺處理可以顯著提高鹽脅迫下遼東櫟葉片內(nèi)的游離脯氨酸含量，這與劉球[15]的研究結(jié)果一致，李州[16]研究認(rèn)為出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因與亞精胺可以提高脯氨酸代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶，如：Δ′-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）、Δ′-吡咯啉-5-羧酸還原酶（P5CR）活性和分解代謝關(guān)鍵酶 ProDH 的活性促進(jìn)氨基酸的代謝有關(guān)，也有部分研究者[17]認(rèn)為亞精胺是游離脯氨酸的合成過(guò)程中的底物，外源亞精胺提高了底物含量，有利于促進(jìn)游離脯氨酸的合成，從而提高其含量。鹽脅迫降低了遼東櫟根系活力，這與吳正東[18]的研究結(jié)果一致，而亞精胺一定程度上會(huì)緩解植物的鹽脅迫危害，提高植物根系活力，促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)，但是不同植物對(duì)亞精胺的濃度響應(yīng)存在差異[19]。

4 結(jié)論

（1）鹽脅迫顯著提高了遼東櫟葉片內(nèi)MDA 含量，亞精胺顯著降低了鹽脅迫下遼東櫟葉片內(nèi)MDA含量；1.2mmol/L 亞精胺對(duì)降低丙二醛含量效果優(yōu)于0.6mmol/L 和1.8mmol/L 處理。

（2）鹽脅迫會(huì)顯著提高遼東櫟葉片內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，亞精胺處理與鹽脅迫對(duì)照相比顯著提高了可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量；1.2mmol/L 亞精胺促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加效果優(yōu)于0.6mmol/L 處理；1.8mmol/L 與1.2mmol/L 亞精胺處理之間無(wú)顯著差異。

（3）鹽脅迫與空白對(duì)照相比顯著降低了遼東櫟根系活力，亞精胺有提高鹽脅迫下遼東櫟根系活力的作用，其中1.2mmol/L 亞精胺處理與鹽脅迫對(duì)照相比差異顯著。

（4）1.2mmol/L 亞精胺可以較好的緩解遼東櫟鹽脅迫。