劉 易,江應(yīng)紅,王亞玲,楊茹薇,吳 燕

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)場(chǎng),烏魯木齊 830013)

土壤鹽漬化導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力降低[1],影響全球糧食安全,嚴(yán)重地區(qū)減產(chǎn)幅度高達(dá)97%[2]。鹽脅迫造成植物膜結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化[1],嚴(yán)重影響作物生長(zhǎng)和發(fā)育,導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降。馬鈴薯是中國(guó)第四大糧食作物,是糧、菜、飼兼?zhèn)涞淖魑?具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。然而,土壤鹽漬化、干旱、溫度等非生物脅迫嚴(yán)重制約著馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展[3]。如何提升馬鈴薯植株耐鹽性,保證其在鹽漬化土壤中的生存能力,是保障鹽漬化區(qū)域馬鈴薯種植提質(zhì)增效的有效途徑。

多胺(polyamine,PAs)包括精胺(Spm)、亞精胺(Spd)、腐胺(Put),是生物體內(nèi)具有生理活性的低分子量脂肪族含氮堿,在植物生長(zhǎng)、形態(tài)建成、防止衰老和抵抗環(huán)境脅迫等方面起重要作用。在逆境脅迫下,植物可通過(guò)改變體內(nèi)多胺含量穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),緩解氧化壓力,保護(hù)生物大分子結(jié)構(gòu)并參與逆境脅迫信號(hào)傳遞[4-5]。在鹽脅迫條件下,Spd可以緩解植物代謝紊亂[6]、減輕氧化損傷[7]、維持正常的光合效率[8],促進(jìn)植物生長(zhǎng)。但Spd對(duì)鹽脅迫下馬鈴薯植株,以及不同耐鹽性馬鈴薯品種對(duì)Spd的響應(yīng)差異等機(jī)理研究尚未有報(bào)道。因此,本研究以不同耐鹽程度的馬鈴薯品種‘晉薯16 號(hào)’、‘冀張薯12號(hào)’幼苗為試驗(yàn)材料,采用不同濃度NaCl模擬鹽脅迫處理,探究Spd增強(qiáng)馬鈴薯幼苗耐鹽性的生理調(diào)節(jié)機(jī)制,了解不同耐鹽性馬鈴薯品種對(duì)Spd的響應(yīng)差異,以期為亞精胺在馬鈴薯抗鹽栽培中實(shí)際應(yīng)用,以及鹽漬化區(qū)域馬鈴薯品種選擇提供理論依據(jù),促進(jìn)鹽漬化區(qū)域馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料和方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1幼苗培養(yǎng)

試驗(yàn)于2021年5月-2022年6月在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)場(chǎng)組培實(shí)驗(yàn)室和網(wǎng)室內(nèi)進(jìn)行。以本研究團(tuán)隊(duì)前期確定的中度耐鹽品種‘晉薯16號(hào)’、輕度耐鹽品種‘冀張薯12號(hào)’[9]為供試材料,脫毒苗由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)場(chǎng)通過(guò)莖尖剝離、擴(kuò)繁等流程繁育。篩選長(zhǎng)勢(shì)一致無(wú)病毒感染的馬鈴薯脫毒苗,根部用 0.1% HgCl2消毒 5 min,再用蒸餾水沖洗干凈后,均勻扦插在底部有孔、裝有蛭石的硬質(zhì)塑料苗盤(每盤 50 株,苗盤高 20 cm,長(zhǎng) 40 cm,寬 25 cm)中,于人工氣候培養(yǎng)箱中[(25/20±1) ℃],光照14 h/黑暗10 h,相對(duì)濕度 60%～70%)培養(yǎng),期間每 3 d用 1/4 Hongland 營(yíng)養(yǎng)液澆灌1次。待幼苗第3片真葉展開(kāi)時(shí),拔除長(zhǎng)勢(shì)差和太密集的幼苗,從人工氣候箱中取出轉(zhuǎn)為網(wǎng)室內(nèi)自然培養(yǎng),自然培養(yǎng) 2 周后,每盤定苗 32 株。

1.1.2Spd溶液配制

亞精胺(Spd)為 Sigma 公司產(chǎn)品,先用去離子水配成 100 mmol/L母液,4 ℃保存,稀釋成相應(yīng)濃度待用。

1.1.3試驗(yàn)處理

為了得到馬鈴薯幼苗外源Spd處理的適宜濃度和NaCl脅迫適宜濃度,經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)進(jìn)行相關(guān)預(yù)試驗(yàn)。其中,NaCl脅迫下外源Spd噴施濃度預(yù)試驗(yàn)設(shè)置0.3,0.6,0.9,1.2 mmol/L 4個(gè)Spd濃度梯度,結(jié)果表明0.9 mmol/L Spd濃度對(duì)鹽脅迫的緩解效果最明顯,且對(duì)正常條件下馬鈴薯幼苗沒(méi)有傷害;馬鈴薯幼苗對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)預(yù)試驗(yàn)設(shè)置25～500 mmol/L NaCl濃度,結(jié)果表明100～300 mmol/L NaCl脅迫條件下馬鈴薯幼苗表現(xiàn)出生長(zhǎng)減弱、失綠、萎蔫現(xiàn)象,但未出現(xiàn)死亡。參考以上預(yù)試驗(yàn)結(jié)果,設(shè)定本試驗(yàn)Spd和NaCl濃度處理。

試驗(yàn)共設(shè)置8個(gè)處理:(1)CK,對(duì)照,1/4 Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液+葉面噴施蒸餾水;(2)S,單獨(dú)Spd處理,1/4 Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液+葉面噴施Spd(0.9 mmol/L);(3)-(5)N100、N200和N300,單獨(dú)鹽處理,1/4 Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液+NaCl溶液(100,200,300 mmol/L)+葉面噴施蒸餾水;(6)-(8)SN100、SN200、SN300,Spd和鹽復(fù)合處理,1/4 Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液+NaCl溶液(100,200,300 mmol/L)+葉面噴施Spd(0.9 mmol/L)。

當(dāng)馬鈴薯脫毒幼苗長(zhǎng)至 4～5 片真葉時(shí),于每天10∶00 和 16∶00 各葉面噴施1次處理液,每盤每次噴施量為10 mL,以葉片正反面都無(wú)溶液滴下為標(biāo)準(zhǔn),共連續(xù)處理 7 d。每個(gè)試驗(yàn)處理32株馬鈴薯幼苗,設(shè)置5次重復(fù),各試驗(yàn)處理隨機(jī)排列;馬鈴薯幼苗處理結(jié)束后生長(zhǎng)10 d取部分樣品進(jìn)行非損傷測(cè)試,剩余樣品選取植株自上而下的第2～3 片功能葉進(jìn)行植株生物量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、抗氧化酶活性及抗氧化物質(zhì)含量等指標(biāo)的測(cè)定,樣品用去離子水洗凈,放液氮中速凍后,置于-80 ℃冰箱中保存待測(cè),每次取樣 8 株,每個(gè)指標(biāo)測(cè)定3 次重復(fù)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1生長(zhǎng)指標(biāo)

(1)株高和莖粗:用直尺測(cè)量幼苗的第1片子葉著生點(diǎn)到生長(zhǎng)點(diǎn)的距離作為幼苗株高;用游標(biāo)卡尺測(cè)定同期幼苗距離子葉節(jié)下1 cm 處莖部直徑作為莖粗;(2)鮮重和干重:將幼苗地上、地下部分分開(kāi),迅速用蒸餾水洗凈并吸干表面水分,稱取鮮重后,先在110 ℃烘箱殺青10 min,之后轉(zhuǎn)至75 ℃ 烘干至衡重,稱干重。地上部鮮重和干重以8株幼苗的平均值表示。

1.2.2根系活力和葉綠素含量

根系活力采用 TTC 法測(cè)定[10];葉綠素含量采用乙醇、丙酮浸泡法提取,分光光度計(jì)測(cè)定其吸光度并計(jì)算其含量[10]。

1.2.3滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量

幼苗脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法測(cè)定,可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定,氨基酸總量采用茚三酮顯色法測(cè)定[11]。

1.2.4抗氧化酶活性及抗氧化物質(zhì)含量

幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法測(cè)定[12];過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性按張志良等[10]方法測(cè)定;抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)活性按照 Nakano 等的方法測(cè)定[13];抗壞血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)含量參照陳建勛等[14]方法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理使用Excel 2010軟件,使用SAS 8.1軟件進(jìn)行方差分析和Duncan多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴施Spd對(duì)鹽脅迫下馬鈴薯幼苗生長(zhǎng)的影響

圖1顯示,與CK 相比,單獨(dú)Spd處理(S處理)的“晉薯16號(hào)”、“冀張薯12號(hào)”植株株高、莖粗、鮮重、干重等生長(zhǎng)指標(biāo)均不同程度提高,其中株高、鮮重的增幅顯著(P＜0.05)。

圖1 外源亞精胺對(duì)鹽脅迫下馬鈴薯幼苗生長(zhǎng)的影響CK.Spray distilled water on leaf surface;S.The leaf surface was sprayed with 0.9 mmol/L Spd;N100_N300.The leaves were treated with distilled water sprayed under 100,200 and 300 mmol/L NaCl stress.SN100-SN300.Under 100,200,300 mmol/L NaCl stress,0.9 mmol/L Spd was sprayed on the leaves.The different lowercase letters for same cultivar indicate significant difference among treatments at 0.05 level (P＜0.05).The same below.Fig.1 Effects of exogenous spermidine on the growth of potato seedlings under salt stress

各濃度單獨(dú)鹽脅迫處理(N100、N200、N300)的2個(gè)品種馬鈴薯幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)均比CK 顯著降低,且降幅隨著鹽脅迫濃度的增加而增大。其中,在N300處理下,幼苗株高、鮮重和干重在‘晉薯16號(hào)’中較CK 分別顯著降低32.17%、41.18%、32.18%,在‘冀張薯12 號(hào)’分別顯著降低25.38%、38.46%、36.05%?？梢?jiàn),在本試驗(yàn)條件下,外源Spd對(duì)馬鈴薯幼苗的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用,而不同程度的鹽脅迫均顯著抑制了幼苗的生長(zhǎng),尤其是株高和鮮重表現(xiàn)得更為明顯。同時(shí),與單獨(dú)鹽脅迫相比,Spd復(fù)合處理(SN100、SN200、SN300)均促使鹽脅迫下兩品種幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)顯著增加(個(gè)別處理的莖粗除外),但其增幅在不同程度鹽脅迫處理間存在差異。其中,‘晉薯16號(hào)’植株株高、莖粗、鮮重、干重的增幅分別在SN100、SN300、SN300、SN200處理時(shí)達(dá)到最大,分別較相應(yīng)的單獨(dú)鹽脅迫處理顯著增加25.38%、4.80%、15.00%、36.92%;‘冀張薯12號(hào)’植株以上各指標(biāo)增幅均在SN100處理時(shí)達(dá)到最大,分別較相應(yīng)單獨(dú)鹽脅迫處理顯著增加30.31%、5.51%、18.52%、32.86%。以上結(jié)果表明,外源Spd可緩解鹽脅迫對(duì)馬鈴薯植株的生長(zhǎng)抑制,但緩解作用在不同耐鹽性品種間有差異。外源Spd對(duì)馬鈴薯植株鹽害的緩解作用在100 mmol/L鹽脅迫(N100)下表現(xiàn)為輕度耐鹽品種‘冀張薯12號(hào)’優(yōu)于中度耐鹽品種‘晉薯16號(hào)’,在200 mmol/L 鹽脅迫(N200)下則表現(xiàn)相反。

2.2 葉面噴施Spd對(duì)鹽脅迫下馬鈴薯幼苗葉綠素含量和根系活力的影響

2個(gè)馬鈴薯品種幼苗葉綠素含量和根系活力在各處理下的變化特征與生長(zhǎng)指標(biāo)基本一致,即在單獨(dú)Spd處理下得到不同程度促進(jìn),在不同程度單獨(dú)鹽脅迫下均受到顯著抑制,在復(fù)合Spd處理下均得到不同程度恢復(fù),恢復(fù)程度在品種間和鹽脅迫程度間存在差異(圖2)。其中,S處理對(duì)幼苗葉綠素含量和根系活力的促進(jìn)作用除‘冀張薯12號(hào)’的葉綠素含量外均達(dá)到顯著水平;各濃度鹽脅迫(N100、N200、N300)植株葉綠素含量和根系活力的降幅均達(dá)到顯著水平,且降幅隨著鹽脅迫程度增加而增大,‘晉薯16號(hào)’和‘冀張薯12號(hào)’在N300處理下葉綠素含量分別比CK 降低70.04%、67.47%,根系活力分別比CK 降低50.31%、59.72%。復(fù)合Spd處理葉綠素含量和根系活力均高于相應(yīng)單獨(dú)鹽脅迫處理,且大多差異顯著;在SN200處理下,Spd 對(duì)鹽脅迫下‘晉薯16號(hào)’和‘冀張薯12號(hào)’葉綠素含量和根系活力的促進(jìn)作用均較大,其葉綠素含量分別較N200處理顯著提高40.88%、77.10%,根系活力則較N200處理分別顯著提高40.85%、88.39%,即“冀張薯12號(hào)”的提升幅度均顯著高于“晉薯16號(hào)”。

圖2 外源亞精胺對(duì)鹽脅迫下馬鈴薯幼苗葉綠素含量和根系活力的影響Fig.2 Effects of exogenous spermidine on chlorophyll content and root activity of potato seedlings under salt stress

2.3 葉面噴施Spd對(duì)鹽脅迫下馬鈴薯幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

首先,與CK 相比,2 個(gè)馬鈴薯品種幼苗葉片SOD、POD、CAT、APX 活性在S 處理下均不同程度增加,且APX 和SOD 活性增幅達(dá)到顯著水平(圖3)。其次,與CK 相比,各酶活性在低濃度鹽脅迫下大多表現(xiàn)出增強(qiáng)趨勢(shì),在高濃度脅迫下均表現(xiàn)出降低趨勢(shì)。其中,‘晉薯16號(hào)’幼苗葉片SOD、POD、CAT 活性在N100、N200處理下均顯著高于CK,在N300處理下顯著低于CK,而其APX 活性在N100處理下稍高于CK,在N200和N300處理下均大幅顯著低于CK。就‘冀張薯12號(hào)’幼苗而言,N100處理葉片的SOD、POD 和CAT 活性均顯著高于CK,此時(shí)其APX 活性稍高于CK,并以CAT 活性增幅最大(147.03%);N200處理葉片的CAT 活性仍顯著高于CK 約127.60%,SOD 活性稍高于CK,其POD和APX 活性均顯著低于CK;N300處理葉片的SOD活性與CK 相近,其余酶活性均顯著低于CK。

圖3 外源亞精胺對(duì)鹽脅迫下馬鈴薯幼苗葉片抗氧化物酶活性的影響Fig.3 Effects of exogenous spermidine on antioxidant enzyme activities in leaves of potato seedlings under salt stress

另外,與單獨(dú)鹽脅迫處理相比,Spd復(fù)合處理幼苗葉片SOD、POD、CAT、APX 活性大多顯著提高(僅‘晉薯16號(hào)’葉片POD 活性在SN100處理下受到顯著抑制),但增加幅度在不同品種間和鹽脅迫程度間存在差異。其中,‘晉薯16號(hào)’幼苗葉片POD、CAT 和APX活性均在SN200處理下達(dá)到最高,較相應(yīng)的N200分別顯著提高16.69%、37.36%和137.08%,而‘冀張薯12號(hào)’上述3種酶活性均在SN100處理下達(dá)到峰值,較相應(yīng)的N100處理分別顯著提高15.19%、66.34%和96.29%;‘晉薯16號(hào)’和‘冀張薯12號(hào)’幼苗的SOD 活性則均在SN100處理下達(dá)到峰值,較相應(yīng)N100處理分別顯著提高1.12倍和2.32倍,且Spd對(duì)各濃度鹽脅迫下‘冀張薯12號(hào)’SOD 活性促進(jìn)程度均高于‘晉薯16號(hào)’。以上結(jié)果說(shuō)明,馬鈴薯耐鹽性與抗氧化酶活性強(qiáng)弱相關(guān),中度耐鹽品種‘晉薯16號(hào)’抗氧化酶活性高于輕度耐鹽品種‘冀張薯12 號(hào)’;外源Spd能通過(guò)提高SOD、CAT、POD 和APX 等抗氧化酶活性來(lái)減少活性氧產(chǎn)生,改善鹽堿脅迫下馬鈴薯葉片的膜保護(hù)功能,提高馬鈴薯幼苗對(duì)鹽脅迫的抗性。

2.4 葉面噴施Spd對(duì)鹽脅迫下馬鈴薯幼苗葉片抗氧化物質(zhì)含量的影響

由圖4可知,S處理的‘晉薯16號(hào)’葉片ASA含量比CK 顯著增加,其GSH 含量比CK 顯著降低,而S處理的‘冀張薯12號(hào)’葉片ASA 和GSH含量均與CK 無(wú)顯著差異。各濃度鹽脅迫處理(N100、N200、N300)的‘晉薯16號(hào)’、‘冀張薯12號(hào)’葉片ASA 和GSH 含量均較CK 顯著降低,且鹽脅迫越嚴(yán)重降幅越大,在N300處理下,兩品種ASA 含量降幅分別為28.91%和48.01%,GSH 含量降幅分別為50.87%和51.44%。復(fù)合Spd處理葉片ASA含量均比相應(yīng)濃度鹽脅迫處理不同程度提高,且僅‘冀張薯12號(hào)’SN300處理增幅未達(dá)顯著水平;隨鹽脅迫程度增加,‘晉薯16號(hào)’葉片 ASA 含量逐漸顯著增加,而“冀張薯12 號(hào)” ASA 含量逐漸顯著降低。葉片GSH 含量在各復(fù)合Spd處理下變化趨勢(shì)完全不同,與相應(yīng)單獨(dú)鹽脅迫相比,SN100處理下‘晉薯16號(hào)’顯著降低,而‘冀張薯12號(hào)’顯著升高68.94%,SN200處理下兩品種均稍有升高,SN300處理下兩品種均顯著降低。

圖4 外源亞精胺對(duì)鹽脅迫下馬鈴薯幼苗葉片抗氧化物質(zhì)含量的影響Fig.4 Effects of exogenous spermidine on the antioxidant contents in leaves of potato seedlings under salt stress

2.5 葉面噴施Spd對(duì)鹽脅迫下馬鈴薯幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

植物體內(nèi)較高的可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸水平可使其維持更低的滲透勢(shì),從而增強(qiáng)抗逆性[15]。由圖5 可知,單獨(dú)Spd 處理僅使‘晉薯16號(hào)’葉片的可溶性蛋白顯著增加,而對(duì)兩個(gè)品種葉片其他滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均沒(méi)有顯著影響。在鹽脅迫條件下,兩品種葉片可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖含量均比CK 顯著增加,且隨鹽脅迫程度增加大多呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)。復(fù)合Spd處理下兩品種葉片脯氨酸和可溶性糖含量大多比相應(yīng)鹽脅迫處理顯著升高,而其葉片游離氨基酸含量大多比相應(yīng)鹽脅迫處理顯著降低,但各品種和鹽濃度的升降幅度不同。其中,‘晉薯16號(hào)’、‘冀張薯12號(hào)’葉片脯氨酸和可溶性糖含量均在SN200處理達(dá)到峰值,與相應(yīng)鹽脅迫處理相比,它們脯氨酸含量增幅分別以SN300、SN100處理增幅最大,分別達(dá)到118.57%和132.29%,可溶性糖含量增幅均以SN100處理最高,分別到達(dá)47.75%和85.29%,‘冀張薯12號(hào)’的增幅比‘晉薯16號(hào)’更大;‘晉薯16號(hào)’和‘冀張薯12號(hào)’葉片游離氨基酸含量分別在SN200和SN100處理下降至最低,分別較相應(yīng)鹽脅迫處理顯著降低74.50%和52.38%,‘晉薯16號(hào)’降幅更大。

圖5 外源亞精胺對(duì)鹽脅迫下馬鈴薯幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響Fig.5 Effects of exogenous spermidine on osmotic regulatory substance contents in leaves of potato seedlings under salt stress

以上結(jié)果說(shuō)明外源Spd主要通過(guò)增加葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸和可溶性糖含量來(lái)增強(qiáng)了馬鈴薯幼苗的耐鹽性。

3 討論

鹽脅迫是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的主要非生物脅迫之一,近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn) Spd 通過(guò)調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育、改變光合性能、清除活性氧、積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等機(jī)制改善植株對(duì)鹽脅迫的耐受性[16-19]。然而關(guān)于外源Spd對(duì)不同鹽脅迫程度和耐鹽性馬鈴薯品種的表型、生理生化影響的相關(guān)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。因此,本研究以中度耐鹽品種‘晉薯16號(hào)’和輕度耐鹽品種‘冀張薯12號(hào)’幼苗為材料,在不同鹽濃度脅迫下考察葉面噴施Spd對(duì)其生長(zhǎng)及抗逆生理指標(biāo)的影響,探討外源Spd 增強(qiáng)馬鈴薯耐鹽性的生理機(jī)制。

鹽脅迫對(duì)植株莖生長(zhǎng)的影響表現(xiàn)為株高降低、生物量減少,對(duì)其根系的影響表現(xiàn)在根系活力的降低,根系數(shù)量減少,根系長(zhǎng)度變短,對(duì)其葉片的影響表現(xiàn)在萎蔫、發(fā)黃等表觀形態(tài)變化[20-22]。有研究顯示外源 Spd 可緩解鹽脅迫對(duì)植株光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的損傷,促進(jìn)光合作用,提高光合效率,從而改善植株生長(zhǎng),提高植株生物量、葉面積等生長(zhǎng)指標(biāo)[23-26]。本研究結(jié)果表明,不同程度鹽脅迫均抑制了馬鈴薯株高、干重、鮮重、根系活力、葉綠素含量;噴施 Spd 可提升馬鈴薯幼苗葉綠素含量,促進(jìn)光合作用,增加干物質(zhì)積累,該結(jié)果與上述研究一致。但不同耐鹽性馬鈴薯品種間、鹽脅迫程度間對(duì) Spd 的響應(yīng)存在差異,外源Spd 對(duì)‘晉薯16號(hào)’、‘冀張薯12號(hào)’鹽脅迫傷害的緩解效果分別在200,100 mmol/L NaCl脅迫時(shí)最顯著。

植物抗氧化系統(tǒng)分為酶促和非酶促兩類。酶促類包括POD、CAT、谷胱甘肽還原酶(GR)、SOD、單脫氫抗壞血酸還原酶(MDHAR)等;非酶促類包括類胡蘿卜素(Car)、GSH、ASA 和甘露醇等。兩類抗氧化系統(tǒng)共同維持植物體內(nèi)活性氧代謝平衡,提高植物抗逆性[27]。多胺可與抗氧化酶系統(tǒng)結(jié)合阻止脂質(zhì)氧化以抵抗氧化脅迫[28],緩解氧化脅迫對(duì)植物的傷害。前人研究表明,鹽脅迫下Spd 可提高甜高粱[24]、大豆[29]、葡萄[17]等抗氧化酶活性,以修復(fù)植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定,減輕鹽脅迫導(dǎo)致的氧化損傷。Spd對(duì)鹽脅迫下植物抗逆生理指標(biāo)的影響與作物品種、鹽分濃度有關(guān)。本研究結(jié)果表明,100,200 mmol/L NaCl脅迫下馬鈴薯植株葉片抗氧化酶SOD、POD、CAT、APX 等活性顯著提高,但300 mmol/L NaCl脅迫下各酶活性下降,表明當(dāng)鹽分脅迫大于植株自身防御能力的閾值時(shí),會(huì)造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的損傷。同時(shí),本研究中馬鈴薯植株葉片非酶促類抗氧化系統(tǒng)的ASA、GSH 含量在受到鹽脅迫后均顯著下降,推測(cè)鹽脅迫在抑制ASA合成速度的同時(shí),ASA 作為抗氧化劑參與了自由基的淬滅而自身被氧化;而GSH 作為胞內(nèi)過(guò)氧化物的重要清除劑,在ROS清除過(guò)程中損耗。外源Spd對(duì)正常生長(zhǎng)條件下的馬鈴薯葉片SOD、CAT、APX、POD等活性均呈現(xiàn)出低濃度促進(jìn),高濃度抑制的趨勢(shì);在鹽脅迫條件下,外源Spd處理‘晉薯16號(hào)’葉片SOD、CAT、APX 活性以及‘冀張薯12號(hào)’葉片SOD、CAT、APX、POD 等活性均較單純鹽脅迫顯著提高,且葉片ASA 含量也顯著高于單純鹽分處理,這表明外源Spd可誘發(fā)和激活保護(hù)性反應(yīng),提高鹽脅迫下馬鈴薯幼苗活性氧清除能力,緩解氧化損傷,這與前人研究結(jié)果一致。

同時(shí),在鹽脅迫條件下,植株通過(guò)積累如脯氨酸、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)維持體內(nèi)滲透壓的平衡,從而提升吸收外界水分,減少自身水分滲出的能力。有研究表明Spd作為信號(hào)分子,在鹽脅迫下能通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)誘導(dǎo)滲透調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá),促進(jìn)脯氨酸、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成,減輕了鹽脅迫對(duì)番茄的損傷[6,16];也有研究發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下,Spd能夠激活滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合成途徑中相關(guān)酶的活性,從而促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成與積累,增強(qiáng)植株對(duì)鹽脅迫的耐受性[30];還有研究發(fā)現(xiàn),鹽脅迫下Spd通過(guò)增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的代謝,如Spd 促進(jìn)碳水化合物代謝,提高鹽脅迫下苜?？扇苄蕴堑暮縖31]。本研究結(jié)果表明,馬鈴薯葉片脯氨酸、可溶性糖、游離氨基酸含量在鹽脅迫條件下均顯著增加。推測(cè)可能是在鹽脅迫下植物細(xì)胞內(nèi)大量積累脯氨酸,作為滲透溶質(zhì)、酶和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的保護(hù)劑與活性氧清除劑共同起保護(hù)作用,增強(qiáng)植物的抗逆性[32-34];在鹽脅迫條件下,外源Spd處理可使馬鈴薯幼苗葉片脯氨酸、可溶性糖含量顯著高于單純鹽脅迫處理,可能是Spd通過(guò)提高脯氨酸、可溶性糖、氨基酸含量來(lái)提高滲透調(diào)節(jié)能力,提升幼苗對(duì)鹽脅迫的耐受性[35-36],這一結(jié)果與辣椒[37]、黃瓜[33]、桑樹(shù)[19]、番茄[38]、南瓜[39]、青稞[40]等植物上的研究結(jié)果一致。另外,在100 mmol/L NaCl脅迫條件下外源Spd對(duì)‘冀張薯12號(hào)’葉片脯氨酸、可溶性糖含量的促進(jìn)增幅大于‘晉薯16號(hào)’。但在300 mmol/L NaCl脅迫條件下外源Spd對(duì)馬鈴薯植株各項(xiàng)生理指標(biāo)變化趨勢(shì)影響存在差異性,其作用機(jī)理還需做進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

鹽脅迫降低了馬鈴薯幼苗生物量累積、葉綠素含量和根系活力,葉面噴施Spd可通過(guò)促進(jìn)根系活力,提升葉片葉綠素含量和抗氧化系統(tǒng)活性,提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量,緩解鹽脅迫逆境帶來(lái)的傷害,但不同耐鹽性品種間的響應(yīng)有差異。外源Spd對(duì)輕度耐鹽品種‘冀張薯12號(hào)’抗逆性的促進(jìn)作用在100 mmol/L NaCl脅迫條件下高于中度耐鹽品種‘晉薯16號(hào)’,而在200 mmol/L NaCl脅迫條件下低于中度耐鹽品種“晉薯16號(hào)”。