趙衛(wèi)星，常高正，康利允，高寧寧，梁 慎，徐小利，李海倫，王慧穎，李曉慧

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，河南 鄭州 450002)

permeability；Osmotic adjustment；Antioxidases

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種：眾云20、瑞雪8號(hào)，分別為耐鹽性和鹽敏感性厚皮甜瓜品種，均由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所選育。

供試藥劑：KNO3、K2SO4，均為分析純，由上海試驗(yàn)試劑有限公司生產(chǎn)。

1.2 方法

1.2.1 材料培養(yǎng)與處理 試驗(yàn)于2017年5-6月在河南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研發(fā)基地的塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。選取籽粒飽滿甜瓜種子200粒，浸種催芽2 d后，待露白時(shí)選取出芽一致的種子播于32孔穴盤中育苗，以等體積的蛭石和珍珠巖作基質(zhì)，播種后10 d待真葉展開后，每3 d用山崎甜瓜配方營(yíng)養(yǎng)液(硝酸鈣826 mg·L-1；硝酸鉀607 mg·L-1；硫酸鎂，370 mg·L-1；磷酸二氫銨153 mg·L-1)液澆灌1次；第2片真葉展開后，選整齊一致幼苗的穴盤放于裝有全素山崎甜瓜配方營(yíng)養(yǎng)液的水培槽中21 d，待幼苗長(zhǎng)到3葉1心時(shí)，分別置于濃度梯度為50、100、150、200 mmol·L-1KNO3+K2SO4(摩爾濃度1∶1)的日本山崎甜瓜營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行脅迫處理，處理時(shí)每天按設(shè)定濃度梯度的1/4遞增，4 d后達(dá)到預(yù)設(shè)的最終濃度，以全營(yíng)養(yǎng)液處理為對(duì)照(CK)，每1穴盤為1個(gè)處理(32株)，每個(gè)處理3次重復(fù)。育苗期間溫度和光照按常規(guī)育苗管理進(jìn)行。脅迫處理10 d后，待植株出現(xiàn)明顯萎蔫癥狀時(shí)(以150 mmol·L-1處理為準(zhǔn))，每個(gè)處理選隨機(jī)5株，取新葉下第2片展開葉進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法 參照李合生[13]的方法進(jìn)行質(zhì)膜透性、丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)及脯氨酸(Pro)含量測(cè)定；參照趙世杰[14]的方法進(jìn)行過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)及過氧化物酶(POD)活性測(cè)定。

含水量測(cè)定采用烘干稱重法[6]。將甜瓜幼苗整株取出，用蒸餾水洗凈，吸干植株表面的水分，分別稱量植株地上部和地下部的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量。

含水量=[(鮮質(zhì)量-干質(zhì)量)/鮮質(zhì)量]×100 %

1.3 統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2007和DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)采用Duncan’s新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)甜瓜幼苗含水量的影響

甜瓜幼苗地上部含水量隨KNO3+K2SO4混合鹽濃度的增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，且其對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)因品種的耐受性有所差異(圖1-A)。對(duì)于耐鹽性品種眾云20而言，地上部分含水量變化較為緩慢，當(dāng)鹽濃度為200 mmol·L-1時(shí)才與對(duì)照表現(xiàn)出顯著性差異，比對(duì)照下降了6.1 %；對(duì)于鹽敏感性品種瑞雪8號(hào)而言，低鹽(50 mmol·L-1)脅迫條件下，地上部含水量與處理間差異不顯著，從中鹽(100 mmol·L-1)脅迫開始與對(duì)照間差異達(dá)顯著水平，當(dāng)濃度為200 mmol·L-1時(shí)，地上部含水量比對(duì)照下降了10.0 %。

混合鹽脅迫處理下，隨濃度升高甜瓜幼苗地下部分含水量先升高后降低，且2個(gè)品種對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)存在差異(圖1-B)。與對(duì)照組相比，耐鹽性品種眾云20在低鹽和中鹽(50、100 mmol·L-1)脅迫下升高，在高鹽脅迫(150、200 mmol·L-1)下降低，當(dāng)鹽濃度為200 mmol·L-1時(shí)才與對(duì)照表現(xiàn)出顯著性差異，比對(duì)照下降了5.8 %；鹽敏感性品種瑞雪8號(hào)在低濃度(50 mmol·L-1)脅迫下升高，當(dāng)鹽濃度為100 mmol·L-1時(shí)，幼苗相對(duì)含水量開始下降，高濃度脅迫(150、200 mmol·L-1)下與對(duì)照表現(xiàn)出顯著性差異，分別比對(duì)照下降了2.5 %、7.6 %。

圖1 混合鹽分脅迫對(duì)甜瓜幼苗地上部和地下部含水量的影響Fig.1 Effect of KNO3-K2SO4 mixed salt stress on shoot and root water contents of muskmelon seedlings

2.2 鹽脅迫對(duì)甜瓜幼苗葉片質(zhì)膜透性影響

混合鹽分脅迫下甜瓜幼苗葉片電導(dǎo)率(EC值)隨濃度的增加先降低后升高，且品種的耐受性表現(xiàn)出明顯差異(圖2-A)。與對(duì)照組相比，耐鹽性品種眾云20葉片電導(dǎo)率在低鹽和中鹽(50、100 mmol·L-1)脅迫下降低，高濃度(150、200 mmol·L-1)脅迫下升高；鹽敏感性品種瑞雪8號(hào)葉片的電導(dǎo)率在低濃度(50 mmol·L-1)脅迫下降低，當(dāng)濃度為100 mmol·L-1脅迫時(shí)開始升高。在濃度為200 mmol·L-1脅迫時(shí)，2個(gè)品種幼苗葉片電導(dǎo)率均與對(duì)照表現(xiàn)出顯著性差異，分別比對(duì)照升高了43.67 %、47.85 %。在各濃度鹽脅迫下，鹽敏感性品種瑞雪8號(hào)葉片EC值均高于耐鹽性品種眾云20，說明其受混合鹽脅迫傷害程度加大，加劇了電解質(zhì)的外滲。

甜瓜幼苗葉片丙二醛(MDA)含量隨混合鹽脅迫濃度的增加逐漸上升(圖2-B)。低鹽和中鹽(50、100 mmol·L-1)脅迫上升緩慢，高濃度(150、200 mmol·L-1)脅迫與對(duì)照差異達(dá)顯著水平。在各濃度鹽脅迫下，耐鹽性品種眾云20葉片MDA含量均低于鹽敏感性品種瑞雪8號(hào)。

圖2 混合鹽分脅迫對(duì)甜瓜幼苗葉片電導(dǎo)率(EC) 和MDA含量影響Fig.2 Effect of KNO3-K2SO4 mixed salt stress on EC values and MDA contents in leaves of muskmelon seedling

2.3 鹽脅迫對(duì)甜瓜幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

植物細(xì)胞可以通過積累脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)等物質(zhì)來調(diào)節(jié)滲透勢(shì)，維持水分平衡，以提高對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)性。在混合鹽脅迫下，甜瓜幼苗葉片Pro含量總體呈先下降后上升的趨勢(shì)(表1)。與對(duì)照組相比，耐鹽性品種眾云20葉片Pro含量在低濃度(50 mmol·L-1)脅迫下降低，當(dāng)濃度為100 mmol·L-1脅迫時(shí)開始升高；鹽敏感性品種瑞雪8號(hào)葉片Pro含量在低鹽和中鹽(50、100 mmol·L-1)脅迫下降低，高濃度(150、200 mmol·L-1)脅迫下升高；2個(gè)品種均在150 mmol·L-1脅迫時(shí)與對(duì)照差異達(dá)顯著水平。就品種間差異而言，各濃度鹽脅迫下，耐鹽性品種眾云20葉片Pro含量均高于鹽敏感性品種瑞雪8號(hào)，以維持細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力，阻止水分喪失。

表1 混合鹽脅迫對(duì)甜瓜幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

混合鹽脅迫下，甜瓜幼苗葉片SS和SP含量逐漸上升(表2)。耐鹽性品種眾云20葉片SS和SP含量在低濃度(50 mmol·L-1)脅迫下與對(duì)照差異不顯著，濃度為100 mmol·L-1脅迫開始與對(duì)照差異達(dá)顯著水平，高濃度(200 mmol·L-1)脅迫比對(duì)照升高了21.45 %、183.70 %；鹽敏感性品種瑞雪8號(hào)葉片SS和SP含量分別從濃度為50和150 mmol·L-1脅迫開始與對(duì)照差異達(dá)顯著水平，高濃度(200 mmol·L-1)脅迫比對(duì)照升高了40.41 %、76.34 %?？傮w看來，在各種濃度脅迫下，耐鹽性品種眾云20葉片SP含量要高于鹽敏感性品種瑞雪8號(hào)，而葉片SS含量低于鹽敏感性品種瑞雪8號(hào)。

2.4 鹽脅迫對(duì)甜瓜幼苗葉片保護(hù)酶活性影響

超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)是酶促防御系統(tǒng)中重要的保護(hù)酶，可以有效地清除逆境脅迫產(chǎn)生膜脂過氧化物對(duì)植物造成的傷害?；旌消}脅迫下，2種類型甜瓜幼苗葉片超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)活性均隨著鹽濃度的增加先上升后下降 (表2)。其中，SOD活性均顯著高于對(duì)照，在150 mmol·L-1脅迫處理時(shí)達(dá)到最高值，比對(duì)照提高了277.44 %、84.60 %；CAT活性在100 mmol·L-1脅迫時(shí)顯著提高，分別比對(duì)照增加了45.61 %和20.78 %，高鹽(200 mmol·L-1)脅迫下顯著降低，分別比對(duì)照降低了20.88 %和33.99 %；POD活性在100 mmol·L-1脅迫時(shí)顯著提高，分別比對(duì)照提高了59.86 %、30.11 %，高鹽(200 mmol·L-1)脅迫下，耐鹽性品種眾云20與對(duì)照差異不顯著，鹽敏感性品種瑞雪8號(hào)顯著低于對(duì)照。從品種間差異上來看，3種酶活性對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)整體表現(xiàn)為耐鹽性品種高于鹽敏感性品種。

表2 混合鹽脅迫對(duì)甜瓜幼苗葉片保護(hù)酶活性影響

2.5 混合鹽與甜瓜幼苗生理特性指標(biāo)的相關(guān)性分析

將混合鹽濃度與甜瓜幼苗相關(guān)生理指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(表3)可知，耐鹽性品種眾云20幼苗地上部含水量和MDA、SS、SP含量及SOD活性與混合鹽濃度呈顯著或極顯著相關(guān)性(r=-0.9670**、r=0.9581*、r=0.9396*、r=0.8871*、r=0.9121*)，地下部含水量、EC值、Pro含量和CAT、POD活性與混合鹽濃度相關(guān)性未達(dá)顯著水平；鹽敏感性品種瑞雪8號(hào)幼苗地上部含水量、地上部含水量和MAD、Pro、SS、SP含量與混合鹽濃度的相關(guān)性達(dá)顯著或極顯著水平(r=-0.9757**、r=-0.8977*、r=0.9148*、r=0.9654**、r=0.9263*、r=0.9105*)，EC值和SOD、CAT、POD活性與混合鹽濃度相關(guān)性未達(dá)顯著水平。結(jié)果表明，不同耐受性甜瓜品種對(duì)混合鹽濃度的敏感程度存在差異，地上部含水量及MAD、SS、SP含量對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)起關(guān)鍵作用。

表3 混合鹽濃度與甜瓜幼苗生理特性指標(biāo)的相關(guān)性分析

3 討 論

3.1 甜瓜幼苗含水量多少是反映其耐鹽性的重要特征

水分的吸收和利用是植物一個(gè)重要的新陳代謝活動(dòng)[15]。相關(guān)研究認(rèn)為鹽分脅迫下植物生長(zhǎng)受到抑制是由于土壤中含有大量可溶性鹽，降低了土壤滲透勢(shì)，使根系吸水困難[16]。本研究結(jié)果顯示，KNO3+K2SO4混合鹽脅迫下，甜瓜幼苗地上部含水量隨濃度的增加逐漸降低，地下部分含水量先升高后降低，且濃度越大下降越明顯，與李圓圓等[17]利用KCl和NaCl對(duì)堿蓬脅迫的研究結(jié)果一致，與姜偉等[6]利用KNO3+K2SO4混合鹽分處理辣椒幼苗地上部含水量的變化略有差異，可能與不同作物對(duì)鹽脅迫的耐受性及水分的吸收與運(yùn)輸機(jī)制存在差異有關(guān)。從整體上來看，混合鹽對(duì)敏感性品種地上和地下部含水量的影響高于耐鹽性品種，高濃度下表現(xiàn)更顯著，說明鹽敏感品種對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)較為強(qiáng)烈，植株根系吸水或水分在體內(nèi)運(yùn)輸受阻，造成水分吸收速率小于蒸騰速率，這可能也是高濃度脅迫下過早凋亡的重要原因之一。

3.2 甜瓜幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成在抵御鹽脅迫中起重要作用

電解質(zhì)滲透率(EC)和MDA是反映細(xì)胞膜的受傷害程度的主要指標(biāo)[18]。本研究結(jié)果顯示，混合鹽分脅迫下甜瓜幼苗葉片EC值隨濃度的增加先下降后升高，MDA含量逐漸上升；表明高鹽脅迫質(zhì)膜受到不同程度傷害，低濃度鹽對(duì)幼苗葉片質(zhì)膜影響不大，這與姜偉等[6]對(duì)辣椒鹽脅迫的結(jié)果基本一致。從相關(guān)性分析的結(jié)果可以看出，MDA含量比EC值更能反映細(xì)胞膜的受傷害程度，這也是很多研究者們常以MDA作為判斷膜脂過氧化程度的主要原因。混合鹽脅迫下，不同耐受性甜瓜幼苗葉片EC值和MDA含量整體表現(xiàn)為耐鹽品種EC值和MDA含量顯著低于鹽敏感性品種，說明鹽敏感品種的細(xì)胞膜損傷嚴(yán)重，導(dǎo)致電解質(zhì)大量外滲和大量MDA產(chǎn)生，與張景云等[19]對(duì)黃瓜的研究結(jié)果一致?？赡苁躯}敏感品種細(xì)胞膜受到的傷害超出了自身調(diào)節(jié)能力[4]。

細(xì)胞通過可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸等物質(zhì)來維持水分平衡，調(diào)節(jié)滲透勢(shì)，維持細(xì)胞正常代謝活動(dòng)[20]，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累的多少?zèng)Q定了植物對(duì)鹽分脅迫的抗性程度[21]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨混合鹽濃度的升高，SS、SP含量呈逐漸上升，表明SS、SP是混合鹽脅迫的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，甜瓜幼苗通過自身合成較多的SS、SP，以提高甜瓜幼苗適應(yīng)鹽環(huán)境的能力，與姜偉等[6]利用KNO3+K2SO4混合鹽對(duì)辣椒脅迫的研究結(jié)果一致。脯氨酸具有保護(hù)生物大分子和清除羥基的作用，可為植物從脅迫條件恢復(fù)正常過程提供的氮源和碳源[16]。本研究結(jié)果顯示，隨混合鹽濃度的升高，Pro含量先下降后上升，說明低鹽脅迫下Pro并未參與滲透調(diào)節(jié)，隨脅迫濃度的增加逐漸參與滲透調(diào)節(jié)，而劉愛榮等[22]用NaCl對(duì)鹽芥脅迫的研究則認(rèn)為隨著鹽脅迫濃度的增加脯氨酸含量逐漸增加，可能與不同作物對(duì)鹽分的敏感程度不同有關(guān)[23]。從品種對(duì)鹽脅迫的耐受性程度來看，耐鹽性品種合成較多的Pro、SP來提高其滲透調(diào)節(jié)能力，與梁曉艷等[24]對(duì)不同耐鹽性花生品種的研究結(jié)果一致；而耐鹽性品種SS含量低于鹽敏感性品種，與楊發(fā)榮等[25]對(duì)不同藜麥品種的研究存在一定差異，可能是自身可溶性糖合成代謝較低所致，這也在對(duì)照處理中得到了證實(shí)，但具體原因還有待于進(jìn)一步研究。

3.3 甜瓜幼苗葉片通過酶促反應(yīng)清除活性氧是耐低鹽脅迫的重要機(jī)制之一

鹽脅迫能誘導(dǎo)植物體內(nèi)活性氧積累，對(duì)脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸造成氧化傷害而嚴(yán)重破壞正 常代謝[26]。SOD、CAT、POD等抗氧化酶是清除活性氧的重要保護(hù)酶，在維持活性氧代謝水平、保持膜結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定方面發(fā)揮重要作用[27]。本研究結(jié)果表明，混合鹽脅迫下甜瓜幼苗葉片SOD、CAT、POD酶活性均隨著鹽濃度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，說明在低鹽脅迫下3種抗氧化酶共同作用清除活性氧，從而保護(hù)細(xì)胞膜的正常功能，隨濃度的增加超出了甜瓜幼苗的忍耐范圍而失去自我調(diào)節(jié)能力，抗氧化酶活性受到抑制，與樊瑞蘋等[28]和高軍武等[29]對(duì)高羊茅和紅花在NaCl脅迫下的結(jié)果一致。因此，低濃度混合鹽分脅迫下，甜瓜幼苗可通過提高抗氧化酶活性來應(yīng)對(duì)鹽脅迫。但耐鹽品種對(duì)鹽脅迫具有高效的信號(hào)感知能力，鹽脅迫下SOD、CAT、POD活性提高較快，以減少自由基的傷害。而何林池等[30]研究認(rèn)為棉花耐鹽品種和鹽敏感品種的SOD、CAT及POD 酶活性表現(xiàn)不同，可能與不同植物的活性氧代謝差異有關(guān)。抗氧化酶活性提高是鹽害等逆境下的重要生理反應(yīng)，各種酶之間協(xié)同互作機(jī)理尚不清楚。因此，還需進(jìn)一步開展不同鹽脅迫下各種酶活性的相關(guān)性分析，以便更準(zhǔn)確探索出其清除活性氧的生理機(jī)制。

4 結(jié) 論

KNO3+K2SO4混合鹽脅迫下，甜瓜幼苗地上部含水量隨濃度的增加逐漸降低，地下部分含水量先升高后下降，且濃度越大下降越明顯。在低濃度鹽脅迫下，植株通過提高體內(nèi)的SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性及積累大量的Pro、SS和SP等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)緩解了鹽害，隨鹽濃度的增加，細(xì)胞膜過氧化程度加重，大量電解質(zhì)外滲，抗氧化系統(tǒng)失去保護(hù)作用，植株受害程度加重。不同耐受性甜瓜品種對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)存在一定差異，耐鹽性品種葉片具有較高的SOD、CAT、POD活性和較低的MDA含量，并合成較多的Pro、SS和SP，能更好地適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境。甜瓜幼苗葉片SS、SP、MDA含量和地上部含水量與鹽濃度呈顯著相關(guān)性，這些指標(biāo)對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)起關(guān)鍵作用，可作為篩選耐鹽性指標(biāo)和調(diào)控混合鹽分脅迫的重要因子。