鋁脅迫下水楊酸對西瓜幼苗生長的影響

田小曼 ，李朝紅

(1.楊凌職業技術學院，陜西楊凌 712100；2.漢中職業技術學院，陜西漢中 723002)

土壤中的鋁在多數情況下以難溶的硅酸鹽或氧化鋁的形式存在，對植物沒有毒害[1]，但當土壤環境pH下降到5以下時，原固定于晶格中的難溶性鋁逐漸轉變為離子態可溶性鋁(主要是Al3+)釋放到溶液中，直接危害植物生長[2-3]。鋁的毒害是酸性土壤或酸化土壤上限制作物產量的主要因子之一[4-5]。

水楊酸(Salicylic acid，SA)是一種廣泛存在于植物中的一類小分子酚類物質，其具有重要的生理功能，在植物的生理方面發揮著重要的作用[6-7]，在植物的抗病[8]、抗旱[9]、耐熱[10]和抗鹽[11-12]等方面，以及對種子萌發、果實成熟和園藝產品保鮮上具有明顯作用[13]。水楊酸也可以緩解鋁毒等金屬離子的脅迫，對含金屬離子脅迫等鹽堿地的作物高效栽培和產量提高有重要意義[14-16]。

西瓜鋁毒害的緩解可以通過添加鈣磷元素、檸檬酸和外源有機酸緩解[17-19]，而水楊酸處理緩解鋁毒害還未見報道。本試驗研究水楊酸緩解鋁脅迫對西瓜幼苗質膜過氧化水平、營養元素吸收和根系伸長及鮮質量生長的毒害作用，旨在揭示水楊酸緩解西瓜幼苗鋁脅迫的機理，以便更好地防治鋁脅迫對西瓜幼苗的毒害，為鋁脅迫地塊西瓜優質高產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料來源

西瓜品種為市售的‘早佳8424’，江蘇省江蔬種苗科技有限公司生產。

1.2 種子處理

選取大小一致、圓潤飽滿的西瓜種子，洗凈，溫湯浸種(55 ℃，15 min)，自然冷卻至室溫后繼續浸種24 h，28 ℃黑暗中催芽。

1.3 盆栽試驗

萌發后播種到裝有珍珠巖的育苗盤中光照培養，待幼苗第1片真葉完全展開后選取長勢一致的植株移栽到塑料盆里，每盆3株，并采用改良的Hoagland培養液澆灌培養。當幼苗長至5葉期時，以改良Hoagland營養液為母液，設置6個處理：(1)營養液(Con)；(2)營養液+500 μmol/L AlCl3(Al500)；(3)營養液+500 μmol/L AlCl3+10 μmol/L SA(Al500+SA10)；(4)營養液+500 μmol/L AlCl3+50 μmol/L SA(Al500+ SA50)；(5)營養液+10 μmol/L SA(SA10)；(6)營養液+50 μmol/L SA(SA50)，鋁鹽和外源水楊酸添加后，采用HCl/NaOH調節pH至4.5左右，每3 d更換一次處理液。每處理10盆，重復3次。

1.4 根長、鮮質量與質膜過氧化水平測定

各濃度處理7 d后測定植株根系總長度、鮮質量、質膜過氧化水平。采用LA-S型植物根系分析儀系統測量并記錄不同處理組根系的總長，并稱量其鮮質量。每個處理重復3次。

質膜過氧化水平采用張志良[20]的方法，通過檢測硫代巴比妥與丙二醛(MDA)反應生成物的含量來表示。取0.3 g新鮮西瓜苗根系材料，加入預冷的三氯乙酸(TCA) 10%(質量體積比) 3 mL，冰浴研磨，研磨液4 000×g 離心10 min后，取上清液留用。然后，將0.6%硫代巴比妥(質量體積比) (溶質為10%的TBA溶液) 加入上清液，混勻，沸水浴15 min，取出后冷卻，立即測定OD532、OD450和OD600。

MDA(μmol/g)= 6.45×(OD532-OD600)-0.56×OD450

1.5 營養元素含量測定

6個不同處理的盆栽生長10 d和20 d后，取植株分別用去離子水沖洗，將葉和莖經105 ℃高溫殺青15 min，與根一起在70 ℃下烘干至恒質量。將烘干后的樣品研磨成粉狀；每個樣精確稱量0.1 g，加入硝酸進行硝化，將硝化后的結晶狀物質用去離子水定容至50 mL，作為待測溶液。采用電感耦合等離子體質譜法(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS)測定Na、K、Mg、Ca 4種元素的含量[21]。

1.6 數據處理

用Spss 13.0進行數據統計分析，用Excel 2013作圖，分析外源SA對Al3+脅迫下西瓜幼苗生長及對營養元素吸收的影響。

2 結果與分析

2.1 外源SA對Al3+脅迫下西瓜幼苗根系伸長生長及鮮質量的影響

結果表明，以空白對照組相比，高濃度Al3+脅迫處理西瓜幼苗時，根系伸長生長明顯受到抑制，濃度為500 μmol/L的鋁處理時，抑制程度高達33.3%；外源SA的加入能緩解Al3+脅迫對根系伸長生長的抑制作用，且濃度愈低，緩解作用愈明顯，分析發現，Al500+SA10處理時的根長>Al500+SA50處理時的根長，且Al500+SA10處理后其根長較Al500單獨處理增加62.7%。高濃度Al3+脅迫處理西瓜幼苗時，根系鮮質量亦明顯受到抑制，濃度為500 μmol/L的Al3+處理時，較空白對照組相比，其對西瓜幼苗根系鮮質量的抑制作用比對根系伸長生長的抑制作用更加明顯，抑制程度達到50.0%；外源SA的加入能緩解Al3+脅迫對根鮮質量的抑制作用，其中SA10和SA50較Al500脅迫時的緩解效果分別達 108.9%和153.3%(圖1)。

2.2 外源SA對Al3+脅迫下西瓜幼苗質膜過氧化水平的影響

Al3+脅迫后可顯著提升西瓜幼苗根系中MDA的含量，當Al3+濃度為500 μmol/L單獨處理時，根系MDA含量高達1.38 μmol/g，是空白對照組含量的2.22倍；500 μmol/L的Al3+脅迫時，經低濃度外源SA(10 μmol/L)處理，能較有效地降低西瓜幼苗根系中MDA含量，根系MAD含量降低至0.92 μmol/g，是空白對照組的1.48倍，緩解效果達29.6%；高濃度SA用于緩解Al3+脅迫或單獨處理時，不但不能起到緩解作用，反而進一步增加了根系MAD含量。

對于西瓜幼苗葉片MDA分析時發現，Al3+脅迫后其含量較空白組上升6.1%；低濃度外源SA(10 μmol/L)具有緩解作用，緩解效果達8.2%，緩解后葉片MDA含量甚至低于空白對照組；但當SA處理濃度增大后，其緩解作用降低；當SA單獨處理時，反而引發葉片MDA含量上升(圖2)。

2.3 外源SA對Al3+脅迫下西瓜幼苗營養元素吸收的影響

2.3.1 Na元素 Al3+脅迫下西瓜幼苗莖和葉中Na元素含量在短期(10 d)內未發生明顯變化，長時間(20 d)處理后Na元素含量下降，其中莖中20 d處理后的Na元素含量較10 d處理后下降49.4%，葉片中Na元素含量20 d處理較10 d下降11.7%；根系中Na元素含量表現出相反的變化，短期(10 d)內含量下降，長時間 (20 d)處理后反而上升，較10 d處理的含量上升達 2.87倍 (表1)。

表1 不同處理下西瓜幼苗對Na元素的吸收Table 1 Absorption of Na in watermelon seedlings under aluminum stress

低濃度外源SA(10 μmol/L)和鋁脅迫處理在短時間內(10 d)表現出促進植株對Na元素的吸收，較Al3+單獨處理時提升48.3%，較空白對照組提升28.8%；高濃度外源SA(50 μmol/L)和鋁脅迫處理在短時間內(10 d)對緩解Al3+脅迫對Na+元素的吸收效果不明顯；但二者長時間 (20 d)同時作用于西瓜幼苗植株后，西瓜幼苗對Na元素吸收量趨于對照組水平。

2.3.2 K元素 Al3+脅迫下西瓜幼苗根系中K元素含量較空白對照組下降37.4%，但隨處理時間的延長(20 d)，其含量略微上升；莖中K含量短期內(10 d)略微下降4.9%，長時間(20 d)脅迫下K含量反而上升7.5%；在Al3+脅迫下短時間和長時間處理葉中K含量明顯下降，分別下降 3.33%和18.1%。但對于西瓜幼苗整株植株來說，總K含量在Al3+脅迫短期(10 d)內急劇降低，降幅達13.9%；但隨處理時間的延長(20 d)，總K含量有上升趨勢(表2)。

表2 不同處理下西瓜幼苗對K元素的吸收Table 2 Absorption of K in watermelon seedlings under aluminum stress

外源SA的加入將影響Al3+脅迫對西瓜幼苗植株K元素的吸收作用：以根系中K含量為例，在低濃度或高濃度外源SA(10 μmol/L或50 μmol/L)+Al3+(500 μmol/L)同時處理時短期內(10 d)表現出大幅增加，較Al3+單獨處理時分別增加98.6%和135.1%；低濃度SA單獨處理時能提升K含量，但高濃度SA處理反而在一定程度上起到抑制作用。

植株總K含量在低濃度外源SA(10 μmol/L)+Al3+(500 μmol/L)同時處理時短期內(10 d)表現出緩解Al3+脅迫作用，較Al3+單獨處理時上升27.0%；高濃度外源SA(50 μmol/L)+Al3+(500 μmol/L)同時處理時短期內(10 d)表現出更為明顯的上升趨勢，較Al3+單獨處理時上升37.0%；但長時間(20 d)處理后該作用出現下降趨勢。

2.3.3 Mg元素 Al3+脅迫下西瓜幼苗根系中Mg含量短期內(10 d)下降，較空白對照下降約15.2%；長時間(20 d)處理后，Mg含量也上升15.8%；莖中Mg含量在短期(10 d)Al3+脅迫下變化甚小，但長時間(20 d)處理后與相同處理時間的對照組相比上升18.9%；葉中Mg含量在短期(10 d)Al3+脅迫下上升10.5%，但長時間 (20 d)處理后Mg含量與相同處理時間的對照組相比下降37.3%；對整株植株來說，短期(10 d)Al3+脅迫能提高Mg的總含量，增幅5.0%；但長時間(20 d)處理后其總含量下降12.9%(表3)。

表3 不同處理下西瓜幼苗對Mg元素的吸收Table 3 Absorption of Mg in watermelon seedlings under aluminum stress

外源SA能改變西瓜幼苗對Mg吸收的影響：短時間(10 d)時，SA(10 μmol/L)+Al3+(500 μmol/L)、SA(50 μmol/L)+Al3+(500 μmol/L)、SA10或SA50處理后，植株總體Mg含量均表現增加，其中Al500+SA10組較Al500組增加 12.8%，Al500+SA50組較Al500組增加4.9%，SA10處理較空白對照組增加23.7%，SA50處理較空白對照組增加3.1%。長時間(20 d)處理后分析發現，SA(10 μmol/L)+Al3+(500 μmol/L)可進一步促進Mg的吸收，較Al500處理組增加26.9%。

2.3.4 Ca元素 Al3+脅迫下西瓜幼苗根系和莖中Ca元素含量短期內(10 d)下降，但長時間 (20 d)處理后，Ca含量急劇上升；西瓜幼苗葉中Ca含量變化與根系和莖中Ca含量變化相反；西瓜幼苗整株植株體內Ca的總含量在Al3+脅迫下短期內(10 d)略有上升，但長時間(20 d)處理后Ca的總含量急劇下降(表4)。

表4 不同處理下西瓜幼苗對Ca元素的吸收Table 4 Absorption of Mg in watermelon seedlings under aluminum stress

外源SA的加入，能明顯改變Al3+脅迫下西瓜幼苗各組織部分Ca的含量：當SA+Al3+同時處理西瓜幼苗時，根系中Ca的含量均有很明顯的上升；低濃度外源SA(10 μmol/L)+Al3+能提高西瓜幼苗莖中Ca的含量，而高濃度外源SA(10 μmol/L)+Al3+反而降低其含量；SA+Al3+同時處理時，短期內(10 d)能提高葉片中Ca的含量，長時間(20 d)處理則得到相反結果；西瓜幼苗整株植株體內Ca的總含量在低濃度外源SA(10 μmol/L)+Al3+處理時有較明顯的上升，而高濃度外源SA(50 μmol/L)+Al3+處理時短期內 (10 d)能提高其含量，經過20 d處理后其含量反而下降。

3 結論與討論

植物根尖細胞Al3+的積累是對植物產生傷害的先決條件，主要表現為根系伸長受到抑制，從而影響作物的生長[22]，外源SA可以減弱Al3+對作物根長的抑制作用，增加根吸收營養物質的能力，恢復作物的生理生長[14]。本試驗中Al3+脅迫下西瓜幼苗根系伸長生長與鮮質量均受到抑制，其中10 μmol/L外源SA在緩解Al3+脅迫對西瓜幼苗生長的抑制作用效果較佳，對根系長度緩解效果達62.7%，對根系鮮質量的脅迫緩解效果達 108.9%。

當植物受到逆境脅迫時，植物體內活性氧含量增加，活性氧與細胞內的成分反應，直接或間接啟動質膜過氧化，導致膜損傷[14]。本試驗結果表明，Al3+脅迫導致西瓜幼苗植株質膜過氧化水平上升，而外源SA能降低甚至解除Al3+脅迫所造成的西瓜幼苗植株質膜過氧化水平上升的幅度，其中10 μmol/L外源SA在緩解Al3+脅迫時對根系中MDA含量的降幅達29.6%。

閆改各等研究表明，外源SA對鹽堿脅迫下海濱錦葵植株根和葉對Na+的富集能力增強，其中較高濃度的SA(1.5 mmol/L)噴施更能促進Na+在根部富集[23]。本試驗中，不同處理組Na+濃度在植物組織中表現為：根>葉>莖，Al3+脅迫下西瓜幼苗對Na元素的吸收表現出促進作用，鋁脅迫加外源SA不同濃度均對西瓜幼苗根部的Na+有富集作用。鋁脅迫對K、Mg、Ca 3種元素的吸收均表現出抑制作用，外源水楊酸的加入，可緩解Al3+脅迫對這些元素吸收的影響作用，且對于鈣元素來說，低濃度外源SA的緩解作用較高濃度外源SA的緩解作用更為明顯。