β-環(huán)檸檬醛對(duì)鹽脅迫下黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響

王雪蕓 李豫婷 乜怡暄 田永強(qiáng) 馬 斯

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

近年來(lái)，我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅猛，設(shè)施栽培面積和總產(chǎn)量均已躍居世界首位。但是，在設(shè)施栽培快速發(fā)展的過(guò)程中，由于肥料的過(guò)量投入，加上設(shè)施內(nèi)部土壤不能接受雨水淋鹽、溫室內(nèi)氣溫高、蒸發(fā)量大所形成的水鹽向上運(yùn)動(dòng)等因素，設(shè)施中的土壤次生鹽漬化嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)施內(nèi)部作物光合作用效率和抗性下降，產(chǎn)量和品質(zhì)衰減（Egamberdieva et al.，2019；田恬 等，2021；劉淑麗 等，2023）。土壤次生鹽漬化已經(jīng)成為制約我國(guó)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的主要逆境脅迫之一。

黃瓜（CucumissativusL.）是葫蘆科主要的蔬菜作物之一，在我國(guó)設(shè)施栽培的蔬菜作物中占重要地位。黃瓜屬于鹽敏感型蔬菜，在生產(chǎn)中易遭受鹽害導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)降低（楊秀玲 等，2004；劉東讓 等，2021）。鹽脅迫下黃瓜幼苗會(huì)出現(xiàn)株高降低、葉片變小、生長(zhǎng)點(diǎn)萎縮以及水分代謝等被抑制的情況（楊建軍 等，2017）。另外，鹽脅迫還會(huì)使植物體內(nèi)大量積累Na+和Cl-，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Na+、K+比例失衡，從而使植物遭受滲透脅迫、氧化脅迫、離子毒害、代謝系統(tǒng)紊亂，造成植株水分缺失和氧化應(yīng)激損傷（Nazar et al.，2011；Liu et al.，2017；Gong et al.，2020）。因此，開(kāi)展鹽脅迫對(duì)黃瓜的影響以及緩解鹽脅迫對(duì)黃瓜傷害的研究具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。

近年來(lái)，通過(guò)外源施加植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑來(lái)提高作物耐鹽性的方法被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。研究表明，外源施加腐胺可以調(diào)節(jié)鹽脅迫下黃瓜幼苗的抗氧化性以減少膜脂過(guò)氧化程度，進(jìn)而維持較高的光合性能，有效促進(jìn)鹽脅迫下黃瓜幼苗生長(zhǎng)（李雅潔和陸曉光，2017）。通過(guò)外源施加水楊酸和茉莉酸可以提高蕎麥幼苗的耐鹽性（楊洪兵和孫萍，2012）。此外，馬原松等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，外源施加精胺可提高小麥幼苗抵抗鹽脅迫能力，緩解鹽脅迫的傷害。

β-環(huán)檸檬醛是由β-胡蘿卜素代謝衍生出的一種內(nèi)源性揮發(fā)性化合物，它廣泛存在于植物中并具有多種生理功能，目前已經(jīng)在植物的根、葉、花和果實(shí)等器官中被檢測(cè)到（Moraga et al.，2009；Chen et al.，2017）。研究發(fā)現(xiàn)，β-環(huán)檸檬醛會(huì)引起硅藻細(xì)胞破裂和微囊藻的細(xì)胞溶解，對(duì)硅藻生長(zhǎng)不利（Ozaki et al.，2008），但是β-環(huán)檸檬醛對(duì)維管植物的生長(zhǎng)發(fā)育發(fā)揮著重要的作用。研究表明，β-環(huán)檸檬醛可以增強(qiáng)擬南芥對(duì)強(qiáng)光和干旱脅迫的耐受性（Ramel et al.，2012；D’Alessandro et al.，2019）。類(lèi)胡蘿卜素裂解雙加氧酶（CCD）作為β-環(huán)檸檬醛合成的關(guān)鍵酶，過(guò)表達(dá)AtCCD4b可以顯著提高擬南芥對(duì)多種外界逆境脅迫的耐受性，如鹽脅迫、干旱脅迫和氧化脅迫等（Baba et al.，2015）。另外，β-環(huán)檸檬醛可以誘導(dǎo)根分生細(xì)胞的分裂并增加主根長(zhǎng)度和側(cè)根分枝，從而促進(jìn)植物根的發(fā)育（Dickinson et al.，2019）。因此，β-環(huán)檸檬醛有望成為在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可用的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。

本試驗(yàn)以津春4號(hào)為試材，擬探究β-環(huán)檸檬醛對(duì)鹽脅迫下黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響，以期為進(jìn)一步研究β-環(huán)檸檬醛緩解植物鹽脅迫傷害機(jī)理提供依據(jù)，也為黃瓜在生產(chǎn)實(shí)際中減緩鹽脅迫傷害提供可行的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種為津春4號(hào)，采用盆栽方式進(jìn)行試驗(yàn)。選取飽滿的黃瓜種子，用55 ℃溫水浸泡15 min，置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽24 h，種子露白后在50 孔穴盤(pán)中播種育苗，基質(zhì)比例為草炭∶蛭石=1∶1（體積比）。在黃瓜幼苗兩葉一心時(shí)進(jìn)行β-環(huán)檸檬醛（βcyc）或NaCl 鹽脅迫處理。β-環(huán)檸檬醛購(gòu)自阿法埃莎（中國(guó)）化學(xué)有限公司（Alfa Aesar），NaCl 購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2022年4月至2023年1月在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院西校區(qū)科學(xué)園日光溫室中進(jìn)行。設(shè)置4 個(gè)處理，分別為：① CK，常規(guī)根部灌清水；② βcyc 處理，根施75 μmol·L-1β-環(huán)檸檬醛；③NaCl 處理，根施150 mmol·L-1NaCl；④ βcyc +NaCl 處理，根施75 μmol·L-1β-環(huán)檸檬醛 + 150 mmol·L-1NaCl。每個(gè)處理54 株黃瓜幼苗，設(shè)3 次生物學(xué)重復(fù)。每株施入10 mL。處理方式：所有處理都在黃瓜兩葉一心時(shí)進(jìn)行，NaCl 處理在黃瓜幼苗根部進(jìn)行50 mmol·L-1（1 d）-100 mmol·L-1（1 d）-150 mmol·L-1（3 d）梯度鹽脅迫；βcyc +NaCl 處理則在根施β-環(huán)檸檬醛后，第3 天開(kāi)始梯度鹽脅迫。處理至第8 天，取樣測(cè)定相關(guān)指標(biāo)，部分樣品于-80 ℃超低溫冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 生物量的測(cè)定 將黃瓜幼苗的地上部和地下部分別取樣，先用自來(lái)水沖洗2～3 次，再用蒸餾水沖洗2 次，用吸水紙吸干后稱(chēng)量鮮樣質(zhì)量；105℃殺青15 min，65 ℃烘干至恒量，稱(chēng)量干樣質(zhì)量；株高用卷尺測(cè)量植株根莖結(jié)合處到最新生長(zhǎng)點(diǎn)處；莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)量地上部基部1 cm 處。

1.3.2 光合色素含量和SPAD 的測(cè)定 對(duì)處理后的黃瓜第2 片真葉進(jìn)行取樣，取樣時(shí)避開(kāi)葉片的主葉脈，用打孔器取10 個(gè)圓片作為1 個(gè)試驗(yàn)組，3 次生物學(xué)重復(fù)。將樣品放入10 mL 的95%乙醇中，黑暗浸提24 h；將提取液混勻并取上清液，用紫外分光光度計(jì)分別測(cè)定649、665、470 nm 3 個(gè)波長(zhǎng)下的吸光度，計(jì)算葉綠素（包括葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素）和類(lèi)胡蘿卜素的含量。SPAD 采用手持葉綠素儀SPAD-502 plus 測(cè)定，每個(gè)處理設(shè)置3 次生物學(xué)重復(fù)。

1.3.3 葉片相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定 對(duì)處理后的黃瓜第1 片真葉進(jìn)行取樣，取樣時(shí)避開(kāi)葉片的主葉脈，用打孔器取10 個(gè)圓片作為1 個(gè)試驗(yàn)組，3 次生物學(xué)重復(fù)。將10 個(gè)圓片放入裝有20 mL 蒸餾水的50 mL 離心管中，放于搖床（180 r·min-1）搖2 h 后，測(cè)定電導(dǎo)值記為EC1；煮沸15 min 并冷卻至室溫后再搖2 h，測(cè)定電導(dǎo)值記為EC2。以蒸餾水作對(duì)照，測(cè)定電導(dǎo)值記為EC0。計(jì)算相對(duì)電導(dǎo)率：相對(duì)電導(dǎo)率=（EC1- EC0）/（EC2- EC0）×100%。

1.3.4 MDA 含量的測(cè)定 黃瓜幼苗根和葉片的丙二醛含量測(cè)定參考高俊鳳（2006）的硫代巴比妥酸法，每個(gè)處理設(shè)置3 次生物學(xué)重復(fù)。

1.3.5 超氧陰離子和過(guò)氧化氫含量的測(cè)定 黃瓜幼苗根和葉片的超氧陰離子和過(guò)氧化氫含量的測(cè)定均采用試劑盒法（超氧陰離子含量檢測(cè)試劑盒：BC1295-100T/96S；過(guò)氧化氫含量檢測(cè)試劑盒：BC3595-100T/96S），購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司，每個(gè)處理設(shè)置3 次生物學(xué)重復(fù)。

1.3.6 Na+和K+含量的測(cè)定 黃瓜幼苗根和葉片中Na+和K+含量的測(cè)定參考Wang 等（2017）的方法，每個(gè)處理設(shè)置3 次生物學(xué)重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并制圖，利用SPSS 軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 根施β-環(huán)檸檬醛對(duì)NaCl 脅迫下黃瓜幼苗生物量的影響

由表1 可知，黃瓜幼苗鮮質(zhì)量、株高和莖粗在NaCl 脅迫下均顯著下降。與CK 相比，NaCl 處理的黃瓜幼苗地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、總鮮質(zhì)量、株高和莖粗分別下降了27.30%、45.83%、31.94%、8.07%和12.36%；根施β-環(huán)檸檬醛處理對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)影響不大。與NaCl 處理相比，根施β-環(huán)檸檬醛 + NaCl 處理可顯著提高黃瓜幼苗的地上部鮮質(zhì)量、總鮮質(zhì)量、株高和莖粗，分別增加20.19%、18.46%、10.16%和12.39%。

表1 根施β-環(huán)檸檬醛對(duì)NaCl 脅迫下黃瓜幼苗生物量的影響

2.2 根施β-環(huán)檸檬醛對(duì)NaCl 脅迫下黃瓜幼苗光合色素含量和SPAD 的影響

從圖1 可以看出，NaCl 脅迫下，黃瓜幼苗光合色素含量和SPAD 均顯著下降。與CK 相比，NaCl 處理的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類(lèi)胡蘿卜素含量和SPAD 分別下降51.95%、25.67%、42.05%、62.30%和17.53%。與NaCl 處理相比，根施β-環(huán)檸檬醛 + NaCl 處理的葉綠素a、總?cè)~綠素、類(lèi)胡蘿卜素含量和SPAD 顯著增加，分別增加59.04%、35.89%、41.30%和10.31%。表明鹽脅迫下，外源添加β-環(huán)檸檬醛可以顯著抑制黃瓜幼苗葉片中光合色素含量的降低。

圖1 根施β-環(huán)檸檬醛對(duì)NaCl 脅迫下黃瓜幼苗光合色素含量和SPAD 的影響

2.3 根施β-環(huán)檸檬醛對(duì)NaCl 脅迫下黃瓜幼苗相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量的影響

從圖2 可以看出，與CK 相比，NaCl 脅迫下黃瓜幼苗的葉片相對(duì)電導(dǎo)率和根、葉片中的MDA含量均顯著升高，分別提高2.34 倍和66.40%、44.95%；與NaCl 處理相比，根施β-環(huán)檸檬醛 +NaCl 處理使黃瓜幼苗的葉片相對(duì)電導(dǎo)率和根中MDA 含量顯著降低，分別降低40.43%和28.12%。

圖2 根施β-環(huán)檸檬醛對(duì)NaCl 脅迫下黃瓜幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率和根、葉片丙二醛含量的影響

2.4 根施β-環(huán)檸檬醛對(duì)NaCl 脅迫下黃瓜幼苗過(guò)氧化氫和超氧陰離子含量的影響

從圖3 可以看出，與CK 相比，NaCl 脅迫下黃瓜幼苗的根和葉片的過(guò)氧化氫含量無(wú)顯著差異，但是葉片和根的超氧陰離子含量顯著增加，分別增加了37.24%和54.45%。與NaCl 處理相比，根施β-環(huán)檸檬醛 + NaCl 處理的黃瓜幼苗葉片中過(guò)氧化氫含量下降22.32%，根和葉片中超氧陰離子含量分別降低21.84%和28.58%。

圖3 根施β-環(huán)檸檬醛對(duì)NaCl 脅迫下黃瓜幼苗過(guò)氧化氫和超氧陰離子含量的影響

2.5 根施β-環(huán)檸檬醛對(duì)NaCl 脅迫下黃瓜幼苗Na+和K+ 含量的影響

由圖4 可知，與CK 相比，根施β-環(huán)檸檬醛處理可以顯著降低黃瓜根部Na+含量，NaCl 脅迫使黃瓜幼苗葉片和根部Na+的含量顯著增加，K+的含量顯著降低，Na+/K+顯著升高。與NaCl 處理相比，根施β-環(huán)檸檬醛 + NaCl 處理使黃瓜幼苗根和葉片中Na+含量分別降低15.93%和36.48%；葉片中K+含量增加10.84%，Na+/K+降低37.14%，而根部Na+/K+升高，差異均達(dá)顯著水平。

圖4 根施β-環(huán)檸檬醛對(duì)NaCl 脅迫下黃瓜幼苗Na+和K+含量的影響

3 討論與結(jié)論

β-環(huán)檸檬醛是一種新的可觸發(fā)植物抗逆性信號(hào)的物質(zhì)，諸多研究表明，β-環(huán)檸檬醛在促進(jìn)植物抵抗逆境脅迫方面發(fā)揮著重要作用（Ramel et al.，2012；D’Alessandro et al.，2019；Deshpande et al.，2021）。然而β-環(huán)檸檬醛在蔬菜作物上抵抗鹽脅迫的研究未見(jiàn)有報(bào)道。鹽脅迫通過(guò)影響黃瓜幼苗根系的正常生長(zhǎng)過(guò)程繼而抑制生物量積累，使幼苗株高、地上部鮮質(zhì)量降低（劉鳳蘭 等，2013）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在鹽脅迫下，根施75 μmol·L-1β-環(huán)檸檬醛可以顯著提高黃瓜幼苗株高、莖粗及全株鮮質(zhì)量，說(shuō)明75 μmol·L-1的β-環(huán)檸檬醛可以緩解鹽脅迫，促進(jìn)黃瓜幼苗的生長(zhǎng)，提高生物量的積累。光合色素在光吸收階段起著重要作用，其含量往往對(duì)植物光合能力起決定性作用（高星星等，2021；滕元旭 等，2023）。當(dāng)植物遭受脅迫時(shí)，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生過(guò)量活性氧對(duì)植物細(xì)胞造成氧化損傷，損壞葉綠體結(jié)構(gòu)，抑制光合色素的合成（許基磊 等，2022）。鹽脅迫下，黃瓜葉片中的葉綠素含量降低，葉片發(fā)黃，光合作用減弱，最終導(dǎo)致植株提前凋亡（張海那，2018）。本試驗(yàn)中，鹽脅迫使黃瓜幼苗葉片中葉綠素a、總?cè)~綠素和類(lèi)胡蘿卜素的含量顯著降低，而外源根施75 μmol·L-1β-環(huán)檸檬醛顯著提高了葉片中光合色素的含量，有效緩解鹽脅迫對(duì)黃瓜幼苗的傷害，提高了鹽脅迫下黃瓜幼苗的光合能力。

植物受到鹽脅迫后會(huì)破壞體內(nèi)自由基的平衡狀態(tài)，引起膜脂過(guò)氧化反應(yīng)，而膜脂過(guò)氧化反應(yīng)可有效衡量鹽脅迫引發(fā)的膜氧化損傷程度（李暢 等，2015；肖爽 等，2021）。丙二醛（MDA）是膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物，其含量高低可以反應(yīng)生物膜的損傷程度，在鹽脅迫下活性氧積累引發(fā)膜脂的過(guò)氧化反應(yīng)，導(dǎo)致MDA 含量增加，使細(xì)胞膜功能受損，甚至造成細(xì)胞死亡（鄒京南 等，2019），如高濃度鹽能增大黃瓜葉片的細(xì)胞膜通透性，破壞膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使黃瓜葉片的相對(duì)電導(dǎo)率、細(xì)胞損傷程度升高（沈季雪和蔣景龍，2017）。本試驗(yàn)中，在鹽脅迫下根施β-環(huán)檸檬醛使黃瓜幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率、葉片中H2O2含量以及葉片和根系中的MDA和超氧陰離子含量均降低，75 μmol·L-1的β-環(huán)檸檬醛可有效緩解鹽脅迫中黃瓜幼苗膜脂過(guò)氧化和活性氧分子的積累，減緩鹽脅迫對(duì)植株的傷害程度。因此認(rèn)為75 μmol·L-1的β-環(huán)檸檬醛激發(fā)了鹽脅迫下黃瓜幼苗的氧化損傷的防御反應(yīng)，通過(guò)減少活性氧的產(chǎn)生或積累緩解鹽脅迫對(duì)黃瓜幼苗的傷害。鹽脅迫下，植株體內(nèi)Na+的含量顯著增加，K+的含量顯著降低，細(xì)胞內(nèi)Na+/K+顯著增加，一方面會(huì)打破植物細(xì)胞正常的離子平衡，另一方面過(guò)量的Na+積累還會(huì)對(duì)細(xì)胞造成離子毒害（Niu et al.，2018；Yun et al.，2018）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，鹽脅迫下，外源施加β-環(huán)檸檬醛可顯著降低Na+在黃瓜幼苗中的含量，并維持體內(nèi)較低的Na+/K+，表明75 μmol·L-1的β-環(huán)檸檬醛有助于增強(qiáng)黃瓜幼苗的耐鹽性，進(jìn)而促進(jìn)植株在鹽脅迫環(huán)境中生長(zhǎng)。

綜上所述，75 μmol·L-1β-環(huán)檸檬醛可有效提高鹽脅迫下黃瓜幼苗的抗氧化和滲透調(diào)節(jié)能力，改善自身生物量積累和減輕膜損傷程度，顯著提高黃瓜的耐鹽性，促進(jìn)植株生長(zhǎng)。