水培茄子幼苗对NaCl胁迫的响应研究

张爱慧,王 倩,朱士农,崔群香

(金陵科技学院园艺园林学院,江苏 南京 210038)

茄子(SolanummelongenaL.)属茄科植物,广泛分布于世界各地,其中亚洲栽培茄子总产量占世界总产量的74%左右[1]。中国是茄子的第二起源中心,全国各地均有栽培。为了满足冬季蔬菜市场对茄子的需求,我国的茄子设施栽培面积逐年增加[2],目前已基本实现了全年生产和供应。但在常年设施连作栽培条件下,土壤盐渍化不断加重,导致茄子产量和品质下降[3]。植物幼苗期对NaCl胁迫极其敏感,在此阶段土壤中包括NaCl在内的各种盐分浓度达到阈值时会造成植物离子毒害的发生[4]。当植物根系处于高浓度的盐分环境时,其吸收营养元素的能力就会降低,植物的正常生长就会受到影响[5-6]。当茄子种子处于高浓度的NaCl溶液环境时,茄子种子的萌发会受到抑制,茄子幼苗净光合速率会降低,从而影响叶绿素的合成[7-8]。为了解茄子对NaCl胁迫的响应,本研究以茄子幼苗为试验材料,研究不同浓度NaCl溶液处理水培条件下,茄子幼苗的生长和各种生理指标的变化,从而进一步了解NaCl胁迫对茄子幼苗生长及生理特性的影响,以期为茄子耐盐栽培提供参考。

1.1 试验材料

苏崎1号茄子种子购自江苏省江蔬种苗科技有限公司。试验药剂为NaCl分析纯。

1.2 试验方法

本试验于金陵科技学院幕府校区园艺站和实验室进行。选取整齐一致、饱满的茄子种子,用200 mg·L-1的GA3溶液浸种10 h,置于光照培养箱中催芽,当60%的种子露白后播种于32孔穴盘(育苗基质为泥炭∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1)中,当有70%种子出苗后,及时揭去地膜,常规管理。待幼苗长出3～4片真叶时,用自来水将幼苗根系上的基质洗净,定植于盛装营养液的20孔水培箱中,接通增氧泵。幼苗缓苗后进行4个浓度的NaCl溶液处理，分别为50、100、150、200 mmol·L-1。以纯营养液培养为对照(CK),重复3次。分别在不同浓度NaCl溶液处理后的3 d、6 d取生长点下第2～3片展开叶进行各项指标的测定。

1.3 相关指标的测定

1.3.1 生物量的测定

用吸水纸将洗净的茄子幼苗根、茎及叶表面水分迅速吸干,并对样品分别称重,即为鲜重(FW)。将称重后的样品,装入已知重量的牛皮纸袋中,做好标记封好袋口,放入鼓风干燥箱中105 ℃杀青20 min,然后将烘箱的温度降低到75 ℃,烘至恒重,称取其重量,即为干重(DW)。

1.3.2 相关生理指标的测定

采用95%乙醇溶液浸提法测定叶绿素含量[8];参照文献[9]的方法测定过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)及超氧化物歧化酶(SOD)的活性;采用考马斯亮蓝G-250方法测定可溶性蛋白质含量[10];参照文献[11]的方法测定超氧阴离子产生速率;采用硫代巴比妥酸法(TBA比色法)测定丙二醛含量[9];采用南京建成生物有限公司提供的过氧化氢试剂盒测定过氧化氢含量。

1.3.3 光合参数的测定

NaCl胁迫处理3 d时,利用便携式光合仪(LI-6400型,由美国LI-COR公司生产)于上午10:00左右测定茄子叶片的光合参数。

1.3.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据处理,并且运用SPSS 24.0软件对数据利用新复极差法进行多重比较分析。

2.1 NaCl胁迫对水培茄子幼苗生物量的影响

由表1可知,随着NaCl溶液处理浓度的增加,茄子幼苗的各生物量呈下降趋势。NaCl溶液胁迫3 d时,200 mmol·L-1NaCl溶液处理茄子幼苗的各生物量均显著低于CK和其他浓度处理,较CK分别降低了63.63%、49.02%、60.98%、65.61%。NaCl胁迫6 d时,200 mmol·L-1NaCl溶液处理茄子幼苗的各生物量下降到最低,分别为0.05 g、0.46 g、0.14 g、0.72 g,显著低于CK,较CK分别降低了68.75%、54%、60%、69.23%。

2.2 NaCl胁迫对水培茄子幼苗光合参数的影响

由表2可知,随着NaCl溶液处理浓度的增加,茄子幼苗叶片净光合速率呈下降趋势，其中200 mmol·L-1NaCl溶液处理叶片净光合速率最低,与CK相比下降了48.02%,150 mmol·L-1NaCl溶液处理次之,与CK相比下降了38.58%,两者与CK相比差异显著,其余处理与CK相比差异不显著。

茄子幼苗叶片气孔导度(Gs)随着NaCl溶液处理浓度的增加呈下降趋势,其中200 mmol·L-1NaCl溶液处理时叶片气孔导度最低,较CK下降了80.95%,各处理与CK差异显著。

茄子幼苗蒸腾速率(Tr)随着NaCl溶液处理浓度的增加呈下降趋势,其中NaCl溶液处理浓度为200 mmol·L-1时,茄子幼苗叶片蒸腾速率最低为0.31 g·m-2·h-1,与CK相比下降了74.80%,除50 mmol·L-1NaCl溶液处理外,其余处理与CK的差异均达到显著水平。

胞间CO2浓度(Ci)随着NaCl溶液处理浓度的增加呈下降趋势,其中200 mmol·L-1NaCl溶液处理时胞间CO2浓度最低,为83.33 μmol·mol-1,较CK相比下降了60.19%,各处理与CK差异显著。

以上结果表明,随着NaCl溶液处理浓度的增加,水培茄子幼苗的光合作用受到严重的影响(如表1和表2所示)。

表1 NaCl胁迫对水培茄子幼苗生物量的影响

表2 NaCl胁迫对水培茄子幼苗光合参数的影响

2.3 NaCl胁迫对水培茄子幼苗叶绿素含量的影响

由图1可知,随着NaCl溶液处理浓度的增加和NaCl胁迫时间的延长,茄子幼苗叶绿素含量呈下降趋势。在NaCl胁迫3 d和6 d两种情况下,各浓度处理叶绿素含量均显著低于CK,其中200 mmol·L-1NaCl溶液处理幼苗叶绿素含量下降到最低,显著低于其他处理。

注：图中不同小写字母表示不同处理间差异显著(p<0.05)。下同。

2.4 NaCl胁迫对水培茄子幼苗保护酶活性的影响

2.4.1 对过氧化氢酶(CAT)活性的影响

由图2可知,同一浓度处理条件下,随着NaCl胁迫时间的延长,茄子幼苗叶片CAT活性呈增加趋势。NaCl胁迫3 d时,茄子幼苗叶片CAT活性随着NaCl溶液处理浓度的增加呈增加趋势,200 mmol·L-1NaCl溶液处理茄子幼苗叶片中CAT活性达到最大,各处理CAT活性均显著高于CK。

图2 NaCl胁迫对水培茄子幼苗CAT活性的影响

NaCl胁迫6 d时,茄子幼苗叶片CAT活性随着NaCl溶液处理浓度的增加呈先增加后降低的趋势,100 mmol·L-1NaCl溶液处理茄子幼苗叶片中的CAT活性达到最大,150 mmol·L-1NaCl溶液处理次之,各处理CAT活性均显著高于CK。以上结果表明,一定浓度NaCl胁迫后CAT活性提高,增强了茄子幼苗叶片清除过氧化氢的能力,降低了自由基和活性氧对茄子幼苗叶片的伤害。

2.4.2 对过氧化物酶(POD)活性的影响

由图3可知,同一NaCl胁迫时间条件下,随着NaCl溶液处理浓度的增加,茄子幼苗叶片中POD活性呈先增加后降低的趋势;同一浓度处理条件下,随着NaCl胁迫时间的延长,茄子幼苗叶片中POD活性呈增加的趋势。NaCl胁迫3 d时,100 mmol·L-1NaCl溶液处理茄子幼苗叶片中POD活性达到最大值,50 mmol·L-1NaCl溶液处理次之,各处理POD活性均显著高于CK。NaCl胁迫6 d时,150 mmol·L-1NaCl溶液处理茄子幼苗叶片中POD活性达到最大值,100 mmol·L-1NaCl溶液处理次之,各处理POD活性均显著高于CK。

图3 NaCl胁迫对水培茄子幼苗POD活性的影响

2.4.3 对超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

由图4可知,同一NaCl胁迫时间条件下,随着NaCl溶液处理浓度的增加,茄子幼苗叶片中SOD活性呈先增加后降低的趋势。在NaCl胁迫3 d和6 d两种情况下,茄子幼苗叶片中SOD活性均在100 mmol·L-1NaCl溶液处理时达最大值,各浓度处理的SOD活性均显著高于CK。

图4 NaCl胁迫对水培茄子幼苗SOD活性的影响

2.5 NaCl胁迫对水培茄子幼苗超氧阴离子产生速率的影响

由图5可知,同一NaCl胁迫时间条件下,随着NaCl溶液处理浓度的增加,茄子幼苗叶片超氧阴离子产生速率呈先增加后降低的趋势;同一浓度处理条件下,随着NaCl胁迫时间的延长,茄子幼苗叶片超氧阴离子产生速率呈增加趋势。在NaCl胁迫3 d和6 d两种情况下,茄子幼苗叶片超氧阴离子产生速率均在150 mmol·L-1NaCl溶液处理时达到最大值，各浓度处理的超氧阴离子产生速率均显著高于CK。

图5 NaCl胁迫对水培茄子幼苗超氧阴离子产生速率的影响

2.6 NaCl胁迫对水培茄子幼苗可溶性蛋白质含量的影响

由图6可知,同一NaCl胁迫时间条件下,随着NaCl溶液处理浓度的增加,茄子幼苗叶片可溶性蛋白质含量呈先增加后降低的趋势;同一浓度处理条件下,随着NaCl胁迫时间的延长,茄子幼苗叶片可溶性蛋白质含量呈增加的趋势。在NaCl胁迫3 d和6 d两种情况下,茄子幼苗叶片可溶性蛋白质含量均在100 mmol·L-1NaCl溶液处理时达到最大值,各浓度处理的可溶性蛋白质含量均显著高于CK。

图6 NaCl胁迫对水培茄子幼苗可溶性蛋白质含量的影响

2.7 NaCl胁迫对水培茄子幼苗丙二醛(MDA)含量的影响

由图7可知,同一NaCl胁迫时间条件下,随着NaCl溶液处理浓度的增加,茄子幼苗叶片中的MDA含量呈增加趋势;同一浓度处理条件下,随着NaCl胁迫时间的延长,茄子幼苗叶片中的MDA含量呈增加趋势。在NaCl胁迫3 d和6 d两种情况下,茄子幼苗叶片中的MDA含量均在200 mmol·L-1NaCl溶液处理时达到最大值,除50 mmol·L-1NaCl溶液处理外,其余处理的MDA含量均显著高于CK。

图7 NaCl胁迫对水培茄子幼苗MDA含量的影响

2.8 NaCl胁迫对水培茄子幼苗过氧化氢含量的影响

由图8可知,同一NaCl胁迫时间条件下,随着NaCl溶液处理浓度的增加,茄子幼苗叶片中过氧化氢含量呈增加趋势;同一浓度处理条件下,随着NaCl胁迫时间的延长,茄子幼苗叶片中过氧化氢含量呈增加的趋势。在NaCl胁迫3 d和6 d两种情况下,茄子幼苗叶片过氧化氢含量均在200 mmol·L-1NaCl溶液处理时达到最大值,各处理过氧化氢含量均显著高于CK。以上结果表明,茄子幼苗经不同浓度的NaCl溶液处理后,膜脂过氧化程度加剧,过氧化氢含量显著提升。

图8 NaCl胁迫对水培茄子幼苗过氧化氢含量的影响

不同茄子品种苗期耐盐性存在一定差异,吴宏琪等[12]对不同类型茄子品种耐盐性进行研究，发现绿茄和长茄类品种耐盐性较强,圆紫茄品种耐盐性最弱;张宇等[13]对190 份茄子种质资源进行盐胁迫处理,发现刺茄、蒜芥茄、马来亚茄、眉州墨茄和天津二苠茄等 5 个品种具有较强的耐盐性。同一品种在不同的盐浓度胁迫条件下,茄子苗期生长及生理特性受到的影响不同,如本试验中随着NaCl溶液处理浓度的增加,茄子幼苗生物量明显下降,其中200 mmol·L-1NaCl溶液处理时,茄子幼苗的生物量显著下降。任艳芳等[10]认为随着盐浓度的增加,莴苣幼苗的生物量呈现降低趋势,这与本试验得出结果相似。NaCl胁迫不仅影响植物生长,对其生理生化特性也有明显影响。本试验中在同一NaCl胁迫时间条件下,随着NaCl溶液处理浓度的增加,茄子幼苗叶绿素含量和净光合速率呈下降趋势,表明高浓度盐分使叶绿体遭到破坏导致叶绿素含量下降,这与过晓明等[14]、赵跃锋等[15]的研究结果一致。此外,NaCl胁迫时,植物体内活性氧含量升高,但是随着NaCl溶液处理浓度的增加,植物体内活性氧大量积累,导致植物细胞遭受活性氧的伤害[2]。植物体内重要的保护酶包括SOD、CAT和POD等,对活性氧具有清除作用,可减轻活性氧对植物细胞造成的伤害[6]。本试验结果表明,茄子幼苗随着NaCl胁迫浓度的升高和胁迫时间的延长,叶片中的保护酶活性较CK有一定的升高,表明茄子幼苗在NaCl胁迫下,体内的保护酶系统被启动,用来减轻活性氧带来的伤害。

水培茄子在不同浓度和不同时间NaCl胁迫下,苗期表型和生理特性均发生明显变化。当NaCl溶液处理浓度高于150 mmol·L-1时,茄子幼苗的各项生理指标均受到严重影响,最终导致茄子植株生长缓慢、萎蔫。当NaCl溶液处理浓度达到200 mmol·L-1且胁迫时间较长时,植株生长基本停滞,下部叶片明显失水萎蔫,主根系生长受阻,须根停止生长且部分须根退化,这可能是水培茄子经200 mmol·L-1NaCl溶液处理6 d后植株鲜重和干重显著降低的原因。本试验在NaCl胁迫条件下进行茄子幼苗生长情况的分析，对连作盐渍化土壤条件下茄子栽培具有一定的参考作用。