朱 偉，房衛(wèi)平，謝德意，李伶俐，馬宗斌

(1．河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，河南鄭州450002;2．河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州450002)

棉花是耐鹽性較強(qiáng)的作物之一，但土壤鹽分過(guò)高對(duì)棉花生產(chǎn)仍有嚴(yán)重危害［1，2］．隨著轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉大面積推廣，轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的耐鹽問(wèn)題已被廣泛關(guān)注，如何提高轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的耐鹽能力已成為棉花生產(chǎn)的重要課題之一［3，4］．化學(xué)調(diào)控是提高作物耐鹽性的有效措施之一［5］．水楊酸(Salicylic acid，SA)是一種內(nèi)源信號(hào)物質(zhì)和新型的植物激素，可誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病性、抗熱性、耐寒性和抗旱性［6-9］．對(duì) SA 提高長(zhǎng)春花［10］、黃瓜［11，12］、水稻［13，14］、玉米［15］、大麥［16］、小黑麥［17］、小麥［18］等抗鹽能力已有研究，但抗蟲(chóng)棉方面上鮮有報(bào)道．因此，為了解SA在棉花抗鹽性中的作用機(jī)制，本研究就SA對(duì)NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗生長(zhǎng)和生理特性進(jìn)行了研究，以期為鹽堿地的抗蟲(chóng)棉生產(chǎn)提供有益信息．

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為轉(zhuǎn)基因雜交抗蟲(chóng)棉豫雜35，由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供．

1．2 幼苗培養(yǎng)與試驗(yàn)處理

用分析純NaCl配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為30，60，90 g·kg－1的鹽溶液，以蒸餾水為對(duì)照，將經(jīng)硫酸脫絨后粒選的、飽滿健康的棉花種子，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%次氯酸鈉浸泡10 min消毒，用蒸餾水洗凈，經(jīng)消毒處理后置于裝有240 g沙土的培養(yǎng)皿(直徑為12 cm)，每皿50粒，分別加入30 mL不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 NaCl溶液，然后分別加入0，0．2，0．4，0．6 mmol·L－1SA溶液，設(shè)蒸餾水處理作對(duì)照(CK)，共16個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次．而后在30℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)．種子胚根突破種皮，長(zhǎng)度達(dá)種子長(zhǎng)度50%時(shí)計(jì)為發(fā)芽種子，第3天統(tǒng)計(jì)不同處理種子的發(fā)芽勢(shì)，第7天統(tǒng)計(jì)不同處理種子的發(fā)芽率，相對(duì)鹽害率/%=(對(duì)照發(fā)芽率－處理發(fā)芽率)/對(duì)照發(fā)芽率×100%．2周后調(diào)查棉花幼苗的苗高、單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量．

1．3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定用氮藍(lán)四唑(NBT)法［19］;過(guò)氧化物酶(POD)活性的測(cè)定用愈創(chuàng)木酚法［19］;丙二醛含量的測(cè)定用硫代巴比妥酸(TBA)法［19］;脯氨酸含量采用茚三酮法［19］;相對(duì)電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法［19］．

1．4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

文中數(shù)據(jù)均由3次重復(fù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤組成，采用LSD法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較．

2 結(jié)果與分析

2．1 SA對(duì)NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

2．1．1 SA對(duì)NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉種子萌發(fā)的影響

由表1可以看出，隨NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，棉花種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)呈下降趨勢(shì)，表明NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，對(duì)棉子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的抑制作用越顯著，相對(duì)鹽害率越高．如在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90 g·kg－1時(shí)，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)分別是對(duì)照的51．6%和45．3%;相對(duì)鹽害率為48．4%．但在同一NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，用不同濃度的SA溶液處理后，棉花種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)呈先上升后下降趨勢(shì)．表明SA溶液在一定濃度范圍內(nèi)，對(duì)鹽脅迫下抗蟲(chóng)棉種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的抑制作用起緩解作用．

表1 SA對(duì)NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉種子萌發(fā)的影響Table 1 Effects of SA on germination of cotton seeds under different NaCl stress

2．1．2 SA對(duì)NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗生長(zhǎng)的影響

由表2可知，受NaCl脅迫的影響，棉花幼苗生長(zhǎng)緩慢，苗高降低．隨鹽分的升高，棉花干質(zhì)量、鮮質(zhì)量、地上部和地下部分干質(zhì)量表現(xiàn)出相同趨勢(shì)，即隨鹽的升高，干物質(zhì)積累量減少．在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低條件下，與對(duì)照相比，地上部和地下部干質(zhì)量沒(méi)有顯著性差異．但是，隨NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，地上部和地下部干質(zhì)量顯著降低．表明高鹽分含量對(duì)棉花干質(zhì)量的影響較大．

在同一NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)脅迫下，不同濃度的SA對(duì)棉花干質(zhì)量、鮮質(zhì)量、地上部和地下部干質(zhì)量有較大影響．用不同濃度的SA溶液處理后，棉花干質(zhì)量、鮮質(zhì)量、地上部和地下部分干質(zhì)量均較同一鹽量下無(wú)SA溶液處理有所增加，但總趨勢(shì)隨SA溶液濃度的升高，表現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)．說(shuō)明SA對(duì)鹽脅迫有一定的緩解作用，在一定范圍內(nèi)，緩解作用逐漸升高，濃度再增加時(shí)，緩解作用減弱．如在90 g·kg－1NaCl溶液脅迫下，棉花幼苗的生長(zhǎng)受到了嚴(yán)重抑制，不同濃度的SA對(duì)幼苗的生長(zhǎng)均有明顯的提高．各處理相比，0．4 mmol·L－1SA 對(duì)NaCl脅迫下幼苗的恢復(fù)效果最好，如棉花苗高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、地上部和地下部干質(zhì)量分別較單獨(dú)NaCl脅迫下提高 45．5%，155．3%，90．7%，114．4%和73．7%，差異均達(dá)顯著水平．SA對(duì)NaCl脅迫下棉花種子萌發(fā)恢復(fù)效果的SA濃度排序是0．4 ＞0．6 ＞0．2 mmol·L－1．

表2 SA對(duì)NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗生長(zhǎng)的影響Table 2 Effects of SA on growth of cotton seedlings under different NaCl stress

2．2 SA對(duì)NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗生理特性的影響

2．2．1 SA對(duì) NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗體內(nèi)SOD活性的影響 由圖1可知，隨NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，棉花幼苗體內(nèi)SOD活性呈下降趨勢(shì)．同一NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)脅迫條件下，不同濃度SA處理對(duì)棉花幼苗體內(nèi)SOD酶活性均有明顯的提高作用．在低NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0 g·kg－1NaCl)下，0．2 mmol·L－1SA處理對(duì)棉花幼苗體內(nèi)SOD酶活性增加最為顯著，但隨SA濃度的升高又表現(xiàn)下降趨勢(shì)．而在較高NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)( ＞60 g·kg－1NaCl)下，高濃度SA處理對(duì)棉花幼苗體內(nèi)SOD活性的提高更明顯．

圖1 SA對(duì)不同NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗SOD活性的影響Fig．1 Effects of SA on SOD activity of cotton seedlings under different NaCl stress

2．2．2 SA對(duì)NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗體內(nèi)POD活性的影響 由圖2可知，隨NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，棉花幼苗體內(nèi)POD活性呈下降趨勢(shì)，同一質(zhì)量分?jǐn)?shù)NaCl脅迫條件下，不同濃度SA處理對(duì)棉花幼苗體內(nèi)POD酶活性均有明顯的提高，增加幼苗的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，提高幼苗的耐鹽性，有利于幼苗生長(zhǎng)．

圖2 SA對(duì)不同NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗POD活性的影響Fig．2 Effects of SA on POD activity of cotton seedlings under different NaCl stress

2．2．3 SA對(duì)NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗體內(nèi)MDA活性的影響 丙二醛(MDA)是衡量膜脂過(guò)氧化強(qiáng)度的常用指標(biāo)，MDA積累對(duì)膜和細(xì)胞造成一定的傷害．由圖3可知，隨NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，棉花幼苗體內(nèi)MDA呈上升趨勢(shì)，可能由于棉花種子萌發(fā)時(shí)鹽分進(jìn)入棉花幼苗內(nèi)，細(xì)胞膜穩(wěn)定性改變，幼苗為消除對(duì)鹽脅迫的不適應(yīng)性，產(chǎn)生較多的自由基導(dǎo)致MDA含量上升．經(jīng)SA處理后，棉花幼苗的MDA含量下降．這表明SA能夠在一定的程度上解除鹽分對(duì)棉花細(xì)胞膜的傷害，通過(guò)降低MDA的含量來(lái)增加保護(hù)膜的穩(wěn)定性，從而提高抗蟲(chóng)棉種子的發(fā)芽率及幼苗耐鹽性．

圖3 SA對(duì)不同NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗MDA活性的影響Fig．3 Effects of SA on MDA content of cotton seedlings under different NaCl stress

2．2．4 SA對(duì)NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗體內(nèi)相對(duì)電導(dǎo)率的影響 由圖4可知，隨NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，棉花幼苗體內(nèi)相對(duì)電導(dǎo)率呈上升趨勢(shì)，可能由于棉花種子萌發(fā)時(shí)鹽分進(jìn)入棉花植株內(nèi)，增加植株細(xì)胞膜透性，細(xì)胞膜受到一定程度的傷害，導(dǎo)致電解質(zhì)外流，引起電導(dǎo)率的上升．SA處理后，隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，棉花幼苗的電導(dǎo)率呈下降趨勢(shì)，在較低NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，采用不同濃度SA處理，電導(dǎo)率下降不明顯，在較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)NaCl脅迫下，電導(dǎo)率顯著下降．這表明SA能夠在一定程度上解除鹽分對(duì)棉花細(xì)胞膜的傷害，降低細(xì)胞膜通透性，從而提高棉花種子的發(fā)芽率及幼苗抗鹽性．

圖4 SA對(duì)不同NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗相對(duì)電導(dǎo)率的影響Fig．4 Effects of SA on the relative conductivity of cotton seedlings under different NaCl stress

2．2．5 SA對(duì)NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗體內(nèi)脯氨酸含量的影響 脯氨酸含量與植物的抗鹽性密切相關(guān)，如圖5所示．隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，棉花幼苗體內(nèi)脯氨酸含量顯著提高，增加外源SA對(duì)NaCl脅迫棉花幼苗體內(nèi)脯氨酸含量有明顯的促進(jìn)作用，SA能夠在一定的程度上提高脯氨酸含量緩解鹽脅迫，從而提高棉花發(fā)芽率．在低鹽(0 g·kg－1NaCl)和高鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)(90 g·kg－1NaCl)下，不同濃度SA處理對(duì)棉花幼苗體內(nèi)脯氨酸含量均表現(xiàn)上升趨勢(shì)，在較高鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)30～60 g·kg－1NaCl)下，隨SA濃度升高，棉花幼苗體內(nèi)脯氨酸的含量上升，在0．4 mmol·L－1SA 達(dá)到最高，然后又下降．

圖5 SA對(duì)不同NaCl脅迫下抗蟲(chóng)棉幼苗脯氨酸含量的影響Fig．5 Effects of SA on proline content of cotton seedlings under different NaCl stress

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，水楊酸對(duì)鹽分脅迫條件下棉花種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)有明顯緩解作用．這一結(jié)果與尚慶茂等［12］、GUNES 等［15］、張士功等［18］在鹽脅迫下利用黃瓜、玉米、小麥進(jìn)行的研究結(jié)果是一致的，表明了外源SA緩解作物鹽傷害作用的廣泛存在．但效果最佳的作用條件有所不同，如張士功等［18］將SA溶液運(yùn)用于小麥幼苗抗鹽性的研究結(jié)果表明，在鹽分脅迫條件下，SA質(zhì)量濃度為0．1 g·L－1時(shí)對(duì)小麥幼苗高鹽毒害緩解的效果最好．本研究通過(guò)棉花種子萌發(fā)試驗(yàn)表明，在90 g·kg－1NaCl脅迫下，以0．4 mmol·L－1SA 溶液的緩解效果最佳．分析研究結(jié)果間的差異，可能與采用的植物材料和產(chǎn)生鹽脅迫以及SA的濃度不同等有一定的關(guān)系，具體原因還有待于進(jìn)一步研究．

提高植物體內(nèi)抗氧化酶類(lèi)活性及增強(qiáng)抗氧化代謝水平是增強(qiáng)植物耐鹽性的途徑之一．SOD和POD是植物體內(nèi)防護(hù)自由基對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)傷害的重要酶類(lèi)．逆境中保護(hù)酶活性增強(qiáng)或維持較高水平能有效地清除活性氧自由基對(duì)膜系統(tǒng)的傷害，使膜結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)穩(wěn)定，提高植株的抗逆能力［4］．本研究表明，SA處理顯著提高了幼苗的SOD和POD活性，其抗鹽性得到有效提高．丙二醛(MDA)是衡量細(xì)胞膜穩(wěn)定性常用的指標(biāo)．本研究通過(guò)棉花幼苗中丙二醛(MDA)含量的變化表明，鹽脅迫后加入SA能降低MDA的含量，證明SA可以有效地抑制膜內(nèi)不飽和脂肪酸過(guò)氧化作用及其產(chǎn)物MDA的積累，維持細(xì)胞質(zhì)膜的穩(wěn)定性和完整性，提高植物體對(duì)鹽分脅迫的適應(yīng)性．這與李焰焰等［17］在小黑麥中的發(fā)現(xiàn)相一致．脯氨酸在許多植物中作為主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)抵抗鹽脅迫如有報(bào)道認(rèn)為，水稻脯氨酸的積累是鹽脅迫對(duì)植物傷害的結(jié)果［18］．本研究中，增加外源SA對(duì)NaCl脅迫棉花幼苗體內(nèi)脯氨酸含量具有明顯的促進(jìn)作用，在一定的程度上緩解鹽脅迫，說(shuō)明外源水楊酸可調(diào)節(jié)組織內(nèi)用于合成脯氨酸物質(zhì)代謝，但如何調(diào)控這種代謝值得進(jìn)行深入研究．

水楊酸能夠誘導(dǎo)植物提高抗鹽性作用，并且對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無(wú)不良影響，符合綠色、生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)［20］．因此，研究SA在棉花抗鹽性方面的生理機(jī)制，可進(jìn)一步利用SA緩解鹽分障礙，對(duì)鹽漬化土壤上棉花的栽培和育種具有重要的理論和實(shí)踐意義．

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