王雪蕓 李豫婷 乜怡暄 田永強 馬 斯

（中國農(nóng)業(yè)大學園藝學院，設(shè)施蔬菜生長發(fā)育調(diào)控北京市重點實驗室，北京 100193）

近年來，我國設(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)展的過程中，由于肥料的過量投入，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動等因素，設(shè)施中的土壤次生鹽漬化嚴重，導致設(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出現(xiàn)株高降低、葉片變小、生長點萎縮以及水分代謝等被抑制的情況（楊建軍 等，2017）。另外，鹽脅迫還會使植物體內(nèi)大量積累Na+和Cl-，導致細胞內(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，開展鹽脅迫對黃瓜的影響以及緩解鹽脅迫對黃瓜傷害的研究具有重要的科學和現(xiàn)實意義。

近年來，通過外源施加植物生長調(diào)節(jié)劑來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氧化程度，進而維持較高的光合性能，有效促進鹽脅迫下黃瓜幼苗生長（李雅潔和陸曉光，2017）。通過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、花和果實等器官中被檢測到（Moraga et al.，2009；Chen et al.，2017）。研究發(fā)現(xiàn)，β-環(huán)檸檬醛會引起硅藻細胞破裂和微囊藻的細胞溶解，對硅藻生長不利（Ozaki et al.，2008），但是β-環(huán)檸檬醛對維管植物的生長發(fā)育發(fā)揮著重要的作用。研究表明，β-環(huán)檸檬醛可以增強擬南芥對強光和干旱脅迫的耐受性（Ramel et al.，2012；D’Alessandro et al.，2019）。類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，過表達AtCCD4b可以顯著提高擬南芥對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)檸檬醛可以誘導根分生細胞的分裂并增加主根長度和側(cè)根分枝，從而促進植物根的發(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)中可用的生長調(diào)節(jié)劑。

本試驗以津春4號為試材，擬探究β-環(huán)檸檬醛對鹽脅迫下黃瓜幼苗生長的影響，以期為進一步研究β-環(huán)檸檬醛緩解植物鹽脅迫傷害機理提供依據(jù)，也為黃瓜在生產(chǎn)實際中減緩鹽脅迫傷害提供可行的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試黃瓜品種為津春4號，采用盆栽方式進行試驗。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進行β-環(huán)檸檬醛（βcyc）或NaCl 鹽脅迫處理。β-環(huán)檸檬醛購自阿法埃莎（中國）化學有限公司（Alfa Aesar），NaCl 購自國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 試驗方法

試驗于2022年4月至2023年1月在中國農(nóng)業(yè)大學園藝學院西校區(qū)科學園日光溫室中進行。設(shè)置4 個處理，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。每個處理54 株黃瓜幼苗，設(shè)3 次生物學重復(fù)。每株施入10 mL。處理方式：所有處理都在黃瓜兩葉一心時進行，NaCl 處理在黃瓜幼苗根部進行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 天開始梯度鹽脅迫。處理至第8 天，取樣測定相關(guān)指標，部分樣品于-80 ℃超低溫冰箱儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 測定項目及方法

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

1.3.2 光合色素含量和SPAD 的測定 對處理后的黃瓜第2 片真葉進行取樣，取樣時避開葉片的主葉脈，用打孔器取10 個圓片作為1 個試驗組，3 次生物學重復(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，用紫外分光光度計分別測定649、665、470 nm 3 個波長下的吸光度，計算葉綠素（包括葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素）和類胡蘿卜素的含量。SPAD 采用手持葉綠素儀SPAD-502 plus 測定，每個處理設(shè)置3 次生物學重復(fù)。

1.3.3 葉片相對電導率的測定 對處理后的黃瓜第1 片真葉進行取樣，取樣時避開葉片的主葉脈，用打孔器取10 個圓片作為1 個試驗組，3 次生物學重復(fù)。將10 個圓片放入裝有20 mL 蒸餾水的50 mL 離心管中，放于搖床（180 r·min-1）搖2 h 后，測定電導值記為EC1；煮沸15 min 并冷卻至室溫后再搖2 h，測定電導值記為EC2。以蒸餾水作對照，測定電導值記為EC0。計算相對電導率：相對電導率=（EC1- EC0）/（EC2- EC0）×100%。

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

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

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

1.4 數(shù)據(jù)分析

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

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)檸檬醛處理對黃瓜幼苗生長影響不大。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NaCl 脅迫下黃瓜幼苗相對電導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電導率和根、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電導率和根中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NaCl 脅迫下黃瓜幼苗葉片相對電導率和根、葉片丙二醛含量的影響

2.4 根施β-環(huán)檸檬醛對NaCl 脅迫下黃瓜幼苗過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氧化氫含量無顯著差異，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NaCl 脅迫下黃瓜幼苗過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，差異均達顯著水平。

圖4 根施β-環(huán)檸檬醛對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)植物抗逆性信號的物質(zhì)，諸多研究表明，β-環(huán)檸檬醛在促進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有報道。鹽脅迫通過影響黃瓜幼苗根系的正常生長過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，說明75 μmol·L-1的β-環(huán)檸檬醛可以緩解鹽脅迫，促進黃瓜幼苗的生長，提高生物量的積累。光合色素在光吸收階段起著重要作用，其含量往往對植物光合能力起決定性作用（高星星等，2021；滕元旭 等，2023）。當植物遭受脅迫時，植物體內(nèi)會產(chǎn)生過量活性氧對植物細胞造成氧化損傷，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，最終導致植株提前凋亡（張海那，2018）。本試驗中，鹽脅迫使黃瓜幼苗葉片中葉綠素a、總?cè)~綠素和類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破壞體內(nèi)自由基的平衡狀態(tài)，引起膜脂過氧化反應(yīng)，而膜脂過氧化反應(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)膜脂的過氧化反應(yīng)，導致MDA 含量增加，使細胞膜功能受損，甚至造成細胞死亡（鄒京南 等，2019），如高濃度鹽能增大黃瓜葉片的細胞膜通透性，破壞膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使黃瓜葉片的相對電導率、細胞損傷程度升高（沈季雪和蔣景龍，2017）。本試驗中，在鹽脅迫下根施β-環(huán)檸檬醛使黃瓜幼苗葉片的相對電導率、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氧化和活性氧分子的積累，減緩鹽脅迫對植株的傷害程度。因此認為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)，通過減少活性氧的產(chǎn)生或積累緩解鹽脅迫對黃瓜幼苗的傷害。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，細胞內(nèi)Na+/K+顯著增加，一方面會打破植物細胞正常的離子平衡，另一方面過量的Na+積累還會對細胞造成離子毒害（Niu et al.，2018；Yun et al.，2018）。本試驗結(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)檸檬醛有助于增強黃瓜幼苗的耐鹽性，進而促進植株在鹽脅迫環(huán)境中生長。

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，促進植株生長。