曹 芳

(山西省桑干河楊樹豐產(chǎn)林實(shí)驗(yàn)局金沙灘林場,山西 懷仁 038302)

土壤鹽漬化是全世界面臨的土壤肥力退化的重大難題，在我國華北、西北、西南沿海地區(qū)鹽漬化土壤面積達(dá)到了3×108hm2，這也導(dǎo)致了當(dāng)?shù)囟喾N植物體細(xì)胞水勢降低、葉片光合能力下降，多種代謝受阻，在苗期表現(xiàn)尤其明顯[1]，探索降低鹽脅迫對(duì)植物生長發(fā)育的危害是目前眾多研究者的探索方向。NO是植物體內(nèi)一種重要的逆境信號(hào)物質(zhì)，在植物生長發(fā)育、衰老、抗逆過程中發(fā)揮著重要的生理功能[2]。在對(duì)NO的生理機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)，NO可以直接對(duì)植物的活性氧代謝酶系統(tǒng)產(chǎn)生作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)植物體內(nèi)活性氧代謝的調(diào)控[3]。植物在鹽脅迫下H2O2和活性氧大量產(chǎn)生，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞，影響正常生理機(jī)能的發(fā)揮[4]。植物體內(nèi)清除多余的H2O2和活性氧主要依靠保護(hù)酶系統(tǒng)，適宜濃度的NO可以提高植物體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)活性來降低膜脂過氧化作用，以降低鹽脅迫對(duì)植物的傷害[5-6]。硝普鈉(SNP)是人們最為常用的一種外源NO供體，施用0.5 mmol/L的SNP，能釋放大約2.0 μmol/L的NO[7]。韓廳等利用硝普鈉(SNP)提供外源NO，研究了紫花苜蓿逆境脅迫下膜傷害程度變化，結(jié)果表明外源NO顯著降低了逆境脅迫程度[7]；麻云霞等[6]研究認(rèn)為，外源NO顯著提高了鹽脅迫下酸棗植株保護(hù)酶活性，提高了植株體內(nèi)活性氧代謝能力，降低了鹽脅迫對(duì)植株的傷害。也有部分研究者認(rèn)為，外源NO可以降低鹽脅迫下植物體內(nèi)MDA含量[8]，提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量以及葉綠素含量[9]，緩解了鹽脅迫的危害。外源NO對(duì)緩解農(nóng)作物鹽脅迫危害的相關(guān)研究較多，目前也有部分關(guān)于外源NO對(duì)緩解木本植物鹽脅迫危害的相關(guān)報(bào)道，但是仍然缺乏外源NO對(duì)新疆楊植株體內(nèi)靶向調(diào)控活性氧系統(tǒng)作用的相關(guān)研究。新疆楊是重要的園林綠化兼用材林樹種，但是土壤鹽漬化是影響其幼苗生長發(fā)育和培育優(yōu)質(zhì)壯苗的限制因子。研究外源NO對(duì)鹽脅迫下新疆楊生理特性的影響，初步分析其作用機(jī)制，對(duì)指導(dǎo)新疆楊育苗實(shí)踐中降低鹽脅迫危害具有重要的實(shí)踐意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年3月至2019年9月在桑干河楊樹豐產(chǎn)林實(shí)驗(yàn)局金沙灘林場試驗(yàn)苗圃內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)所選用新疆楊(PopulusalbavarpyramidalisBge.)苗木為3年生扦插苗，2017年3月在苗圃內(nèi)扦插繁殖，2018年3月5日將試驗(yàn)處理的苗木移栽至塑料盆內(nèi)，塑料盆長×寬×高分別為0.30 m×0.30 m×0.50 m，盆裝土直接取自新疆楊苗圃的表層厚0—20 cm的土壤。2018年全年正常生長和養(yǎng)護(hù)，防止干旱和水澇脅迫以及病蟲危害。盆栽土壤基本肥力：堿解氮為16.34 mg/kg，P2O5為12.68 mg/kg，K2O為82.47 mg/kg，pH 7.63。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，其中B1為對(duì)照(無鹽脅迫)，鹽濃度為0 mmol/L；B2為鹽脅迫處理，NaCl濃度為600 mmol/L；B3為鹽濃度600 mmol/L +SNP濃度40 μmol/L處理；B4為鹽濃度600 mmol/L + SNP 100 μmol/L；B5為鹽濃度600 mmol/L + SNP 160 μmol/L。本試驗(yàn)中，每個(gè)處理重復(fù)10盆，總計(jì)150盆，隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。

1.3 試驗(yàn)處理方式

在2019年的6月10日對(duì)盆栽新疆楊進(jìn)行控水處理，6月14日進(jìn)行鹽處理，B2，B3，B4，B5處理的每個(gè)栽植盆中每盆澆入500 mL濃度為600 mmol/L的NaCl溶液，6月18日進(jìn)行第2次鹽處理，每盆澆入同量同濃度的NaCl溶液。6月14日至6月19日每天20:00按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)濃度噴施SNP，連續(xù)噴施5 d，每株噴施SNP量以至植株葉面滴水為止。

1.4 試驗(yàn)測定項(xiàng)目

分別于SNP處理結(jié)束后的第10，20，30，40天摘取各處理的植株葉片，每株按照樹冠的上中下各摘取葉2片，每處理選取3盆共計(jì)摘取葉18片，沖洗干凈后放入液氮中冷凍暫存，并進(jìn)行相關(guān)生理指標(biāo)的測定。其中SOD活性采用NBT還原法測定[10]，POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[10]，CAT活性采用紫外吸收法測定[11]，MDA 含量測定采用硫代巴比妥酸法[11]。各生理指標(biāo)均測定5次，取平均值作為最終結(jié)果。

1.5 數(shù)據(jù)處理

圖表制作采用Excel2010版軟件，差異顯著性檢驗(yàn)采用DPS7.05版軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源NO對(duì)鹽脅迫下新疆楊MDA含量的影響

由圖1可知，鹽脅迫條件下，新疆楊葉片內(nèi)MDA含量表現(xiàn)出升高的變化，其中B2與B1處理相比在整個(gè)試驗(yàn)期間均存在顯著差異，表明600 mmol/L的鹽脅迫會(huì)使新疆楊葉片內(nèi)MDA含量發(fā)生顯著變化，而MDA是新疆楊葉片細(xì)胞膜發(fā)生過氧化產(chǎn)物之一，其含量的升高說明鹽脅迫對(duì)新疆楊細(xì)胞膜產(chǎn)生了一定的傷害。

外源NO處理后的第10—20天，B3高于B2處理，說明低濃度的外源NO處理并未起到緩解新疆楊鹽脅迫的作用；100 μmol/L的外源NO處理顯著低于B2，表明該處理對(duì)緩解10—20 d內(nèi)鹽脅迫危害具有顯著作用；B5在第10天與B2之間無顯著差異，表明該濃度的外源NO在處理后第10天不會(huì)顯著緩解新疆楊鹽脅迫。第30—40天，B4，B5處理均顯著低于B2處理，B1與B4，B5之間無顯著差異，表明B4，B5處理可以有效緩解新疆楊在鹽脅迫下的細(xì)胞膜受害程度，并且MDA含量降低到了與非鹽脅迫處理同一水平，這也表明外源NO對(duì)緩解新疆楊鹽脅迫對(duì)細(xì)胞膜的傷害是有效的。第40天，B3顯著低于B2處理，B3顯著高于B1處理，說明40 μmol/L的外源NO處理在第40天同樣具有緩解鹽脅迫新疆楊對(duì)細(xì)胞膜傷害的作用，但是效果低于B4處理。

注：不同小寫字母表示不同濃度外源NO處理后的同一天結(jié)果之間在P<0.05水平上差異性顯著。圖1 外源NO對(duì)鹽脅迫下新疆楊MDA含量的影響

2.2 外源NO對(duì)鹽脅迫下新疆楊SOD活性的影響

SOD在植物體內(nèi)催化活性氧轉(zhuǎn)化為過氧化氫，從而降低活性氧對(duì)植物體的危害。由于NO調(diào)控對(duì)象為活性氧清除系統(tǒng)，因此外源NO會(huì)對(duì)新疆楊SOD活性產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而影響活性氧的轉(zhuǎn)化速率。本試驗(yàn)結(jié)果(如圖2)表明，鹽脅迫與對(duì)照相比SOD活性顯著升高，表明鹽脅迫提高了新疆楊SOD活性，這是新疆楊對(duì)鹽脅迫的正常生理響應(yīng)機(jī)制。外源NO處理與鹽脅迫處理相比改變了新疆楊葉片內(nèi)SOD活性。處理后的第10—20天，B3分別低于B2處理3.34，1.59 U/g，無顯著差異，而B5處理分別高于B2處理3.78，4.50 U/g，無顯著差異，表明這2個(gè)處理在第10—20天不會(huì)對(duì)新疆楊葉片內(nèi)SOD活性產(chǎn)生顯著影響。第20天至第40天，B4處理SOD活性分別比B2提高了11.03%，10.58%，14.53%，差異顯著，表明100 μmol/L的外源NO顯著提高了新疆楊葉片內(nèi)的SOD活性，從而顯著提高了清除活性氧自由基的能力，對(duì)降低新疆楊鹽脅迫危害具有顯著作用。第30—40天，B5分別高于B4處理2.81，1.14 U/g，無顯著差異，表明外源NO提高至160 μmol/L并未顯著提高新疆楊SOD活性。

注：不同小寫字母表示不同濃度外源NO處理后的同一天結(jié)果之間在P<0.05水平上差異性顯著圖2 外源NO對(duì)鹽脅迫下新疆楊SOD活性的影響

2.3 外源NO對(duì)鹽脅迫下新疆楊POD活性的影響

POD可以將植物體內(nèi)多余的H2O2轉(zhuǎn)化為水和氧氣，可以有效緩解植物在鹽脅迫下產(chǎn)生的H2O2對(duì)植物體產(chǎn)生的傷害。外源NO作為植物體逆境的信號(hào)物質(zhì)，通過調(diào)節(jié)POD活性可以顯著降低許多由 ROS 介導(dǎo)的細(xì)胞毒害作用[12-13]。本試驗(yàn)結(jié)果(如圖3)中，鹽脅迫下新疆楊POD活性表現(xiàn)出升高的變化，外源NO處理在處理后30 d與鹽脅迫處理相比同樣表現(xiàn)出升高的變化，但是不同濃度的NO處理對(duì)POD活性的影響存在差異。整個(gè)試驗(yàn)期間，B4處理POD活性分別比B2處理提高了2.90，1.01，10.12，8.75 U/g，第30—40天，2個(gè)處理之間差異，表明該處理對(duì)提高POD活性進(jìn)而降低新疆楊細(xì)胞膜傷害程度效果達(dá)到了顯著水平。B3，B5與B2處理相比并無顯著差異，表明這2個(gè)處理不會(huì)對(duì)新疆楊POD活性產(chǎn)生顯著影響。

注：不同小寫字母表示不同濃度外源NO處理后的同一天結(jié)果之間在P<0.05水平上差異性顯著。圖3 外源NO對(duì)鹽脅迫下新疆楊POD活性的影響

2.4 外源NO對(duì)鹽脅迫下新疆楊CAT活性的影響

CAT是植物體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)的重要組成部分，在鹽脅迫條件下其可以將植物體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧和H2O2分解為H2O和O2，對(duì)防止其危害膜系統(tǒng)起到重要的保護(hù)作用。NO作為作用于ROS系統(tǒng)的信號(hào)物質(zhì)，其對(duì)植物體內(nèi)CAT活性會(huì)產(chǎn)生顯著的影響。本試驗(yàn)結(jié)果中(如圖4)，鹽脅迫提高新疆楊葉片內(nèi)的CAT活性，但是在第30—40天并未達(dá)到顯著水平。100 μmol/L的外源NO在整個(gè)試驗(yàn)期間與鹽脅迫處理相比顯著提高了新疆楊CAT活性，表明該處理可以顯著提高新疆楊清除H2O2的能力，對(duì)降低新疆楊鹽脅迫危害具有重要作用。40 μmol/L的外源NO處理與鹽脅迫處理相比CAT活性處于同一水平，說明該濃度的外源NO處理不會(huì)對(duì)新疆楊CAT活性產(chǎn)生顯著影響。

注：不同小寫字母表示不同濃度外源NO處理后的同一天結(jié)果之間在P<0.05水平上差異性顯著。圖4 外源NO對(duì)鹽脅迫下新疆楊CAT活性的影響

3 討論

NO是植物逆境脅迫中重要的調(diào)控小分子物質(zhì)，其通過作用于細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的磷脂雙分子層，以提高流動(dòng)性和穩(wěn)定系，從而緩解植物的逆境脅迫[14]。植物在鹽脅迫條件下會(huì)使植株體內(nèi)積累ROS，導(dǎo)致細(xì)胞膜脂過氧化作用，從而引起MDA積累[15-16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，鹽脅迫顯著提高了新疆楊葉片內(nèi)MDA含量，這與吳雪霞等[17]、付嬈等[18]的研究結(jié)果相似，表明鹽脅迫可能使新疆楊活性氧處于較高水平，從而使細(xì)胞膜受到了一定程度的損傷。外源噴施NO與鹽脅迫處理相比降低了MDA含量，這樣說明NO對(duì)緩解鹽脅迫下新疆楊細(xì)胞膜受ROS危害具有較為明顯的作用。植物體在逆境條件下產(chǎn)生的ROS會(huì)與DNA、脂類發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致酶活性降低，嚴(yán)重影響植株的正常生長[19]。植物保護(hù)酶系統(tǒng)(SOD，POD，CAT)是清除ROS的重要活性物質(zhì)，其活性的高低直接影響到植株清除ROS的能力[16,20]。本試驗(yàn)研究結(jié)果中，新疆楊在鹽脅迫下SOD、POD活性均顯著升高，這與鄭慶柱等[21]的研究結(jié)果相同，說明鹽脅迫條件下新疆楊會(huì)提高2種保護(hù)酶的活性來清除過多的活性氧，以防止膜系統(tǒng)受到破壞，影響其正常生長。從不同NO濃度對(duì)新疆楊SOD、POD活性的影響來看，100 μmol/L的SNP處理對(duì)提高新疆楊SOD、POD活性高于40 μmol/L和160 μmol/L處理，說明該濃度的NO對(duì)緩解新疆楊鹽脅迫效應(yīng)優(yōu)于其他2個(gè)濃度處理。CAT在逆境條件下將植物體內(nèi)產(chǎn)生的H2O2轉(zhuǎn)化為H2O和O2，可以有效降低活性氧的危害，因此CAT活性的升高有利于提高植物的抗逆能力[21-22]。適宜濃度的NO可以顯著提高植物體內(nèi)CAT活性，植物體可以快速清除ROS，但NO濃度過高，會(huì)與超氧陰離子反應(yīng)，產(chǎn)生較高濃度的過氧亞硝酸陰離子(ONOO-)[16]，導(dǎo)致CAT活性降低，使植株表現(xiàn)出傷害效應(yīng)。本項(xiàng)研究中，160 μmol/L處理與100 μmol/L處理相比并未顯著提高新疆楊CAT活性，這可能與160 μmol/L的NO處理對(duì)新疆楊保護(hù)效應(yīng)降低有關(guān)。

4 結(jié)論

(1)鹽脅迫會(huì)顯著提高新疆楊植株體內(nèi)MDA含量，外源NO會(huì)降低鹽脅迫下新疆楊葉片內(nèi)MDA含量，其中100 μmol/L處理降低效果最顯著。

(2)鹽脅迫顯著提高了新疆楊葉片內(nèi)的SOD，POD，CAT活性，外源NO處理提高了鹽脅迫條件下3種保護(hù)酶活性，其中100 μmol/L處理提高效果顯著優(yōu)于其他2個(gè)NO處理。

(3)綜合比較3個(gè)濃度的外源NO處理來看，100 μmol/L對(duì)緩解新疆楊幼苗鹽害效果較好。