外源物質對鹽堿脅迫下垂絲海棠生長及生理特性的影響

摘要：為探究褪黑素和2，4-表油菜素內酯在鹽堿脅迫下對垂絲海棠生長及其生理特性的影響，以9～10葉齡垂絲海棠實生苗為材料，設置200 μmol/L褪黑素噴施、200 μmol/L褪黑素+0.2 mg/L 2，4-表油菜素內酯疊加噴施、0.2 mg/L 2，4-表油菜素內酯噴施3個處理，研究其對垂絲海棠鹽堿脅迫下葉片葉綠素含量、相對電導率、含水量、抗氧化酶活性、游離脯氨酸含量等生理指標和光合熒光參數的影響。結果表明，外源噴施褪黑素和2，4-表油菜素內酯可顯著提高鹽堿脅迫下垂絲海棠葉片的相對導電率、脯氨酸含量、抗氧化酶活性，降低葉片相對含水量、葉綠素含量，從而緩解鹽堿脅迫對垂絲海棠生長的抑制。本試驗中，緩解效果由高到低依次為褪黑素、2，4-表油菜素內酯、二者疊加使用。

關鍵詞：垂絲海棠；鹽堿脅迫；褪黑素；2，4-表油菜素內酯

中圖分類號：S661.1 文獻標志碼：A 文章編號：2097-2172（2024）08-0734-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.08.007

Effects of Exogenous Substances on the Growth and Physiological Characteristics of Malus halliana under Salt-alkali Stress

DA Jiandong 1， GUO Runxia 2， GAO Liyang 3， LI Ping 1

（1. Wuwei Agricultural Technology Promotion Centre， Wuwei Gansu 733000， China; 2. Wuwei Academy of Agricultural Sciences， Wuwei Gansu 733000， China; 3. Wuwei Agriculture and Rural Bureau， Wuwei Gansu 733000， China）

Abstract： In order to explore effects of melatonin and 2，4-epibrassinolide to alleviate the damage of combined salt-alkali stress on Malus halliana， in this experiment， the seedlings of Malus halliana with 9 to 10 leaf ages were used as the test material. Three treatments were set， i.e.， 200 μmol/L melatonin spray， 200 μmol/L melatonin+0.2 mg/L 2，4-table brassinolide overlay spray and 0.2 mg/L 2，4-table brassinolide spray， to study the effects on chlorophyll content， relative conductivity， water content， antioxidant enzyme activity， free proline content and photosynthetic fluorescence parameters of leaves under salt-alkali stress. The results showed that exogenous application of melatonin and 2，4-epbrassinolide could significantly improve the relative conductivity， proline content and antioxidant enzyme activity of leaves under salt-alkali stress， and reduce the relative water content and chlorophyll content of leaves， so as to alleviate the inhibition of salt-alkali stress on the growth of Malus linus. In this experiment， the alleviating effect from high to low was melatonin， 2，4-epbrassinolide， and the combination of the two.

Key words： Malus halliana; Salt-alkali stress; Melatonin; 2，4-epibrassinolide

西北黃土高原是我國蘋果的主產區之一，但黃土高原的土壤多為石灰質和重度鹽堿（pH 7.98～8.92），是影響該地區蘋果生長發育、果實產量和品質下降的重要因素，嚴重制約了蘋果產業的發展［1 ］。鹽堿脅迫會對植物產生滲透和離子脅迫等危害，也會引起液泡和細胞質pH的變化并降低植物的光合速率，從而影響作物的產量及產量性狀［2 - 4 ］。果樹生產中常使用耐鹽堿砧木來緩解鹽堿脅迫。垂絲海棠（Malus halliana Koehne）能在微堿性和微酸的脅迫環境下生長，是稀少的砧木資源［5 ］。因此，耐鹽堿砧木垂絲海棠的研究對提高鹽堿地區蘋果苗木的栽培和蘋果的產量具有重要意義。

施用外源褪黑素（Melatonin， MT）可增加植物葉綠素含量，提高光合能力，有效增強植物對逆境的適應能力，并緩解鹽堿、低溫、干旱等脅迫環境對植物造成的傷害［6 - 7 ］。研究表明，外源2，4-表油菜素內酯（2，4-epibrassinolide，EBR）可提高植物體內超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）的活性，增強植物體內滲透調節能力［8 - 9 ］。寇江濤等［10 ］研究表明，油菜素內酯能有效增加作物產量，增強植物的耐鹽性、耐旱性，緩解鹽堿等逆境脅迫對植物造成的傷害。國內對于蘋果鹽堿脅迫的研究尚少，且大多集中在單一外源物質對鹽堿脅迫的影響。因此，我們通過在鹽堿脅迫下施用褪黑素和2，4-表油菜素內酯以及疊加處理，研究其對垂絲海棠幼苗的光合系統、滲透調節系統、抗氧化酶系統等的影響，以期為提高蘋果砧木抗性提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于武威市涼州區新華鎮馬蓮村避雨棚內，當地屬溫帶大陸性干旱氣候，海拔1 760～1 870 m，年平均氣溫5.8 ℃，0 ℃以上持續期210 d，無霜期150 d，年平均日照時數2 968.7 h，年總輻射118.45 kJ/cm2，年均降水量170 mm，年均蒸發量2 010 mm。

1.2 供試材料

供試營養液（1/2霍格蘭營養液）、褪黑素（MT）和2，4-表油菜素內酯（EBR）均由上海臻科生物科技有限公司生產。

垂絲海棠種子來源于試驗地村民家中收集的本土垂絲海棠種子。

1.3 試驗方法

將消毒后的垂絲海棠種子進行層積處理［11 ］，育苗后移栽至花盆，待幼苗生長至7～8葉齡轉栽至室內水培箱中，持續用電動通氣泵向水培箱進行通氣，保證所有幼苗生長環境相同。每5 d更換1次營養液。待幼苗生長至9～10葉齡，于2023年6月3、5、7日19：00時各噴施1次MT和EBR，每箱噴施25 mL。

試驗共設3個處理：T1，MT（200 μmol/L）；T2，EBR（0.2 mg/L）+MT（200 μmol/L）；T3，EBR（0.2 mg/L），每組10株，3次重復。為防止鹽激反應，采用梯度加鹽法脅迫處理。于6月8日9：00時采用50 mmol/L（25 mmol/L NaCl+25 mmol/L NaHCO3，按摩爾比1∶1混合）的加鹽的營養液開始進行鹽堿脅迫處理，6月9日將脅迫濃度提升至100 mmol/L（50 mmol/L NaCl+50 mmol/L NaHCO3），6月12、15日分別更換1次100 mmol/L（50 mmol/L NaCl+50 mmol/L NaHCO3）加鹽營養液。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 生理指標的測定 分別于脅迫開始的0、3、6、9 d采摘垂絲海棠的功能葉片，進行相對葉綠素含量（SPAD值）、相對電導率（REC）、葉片含水量（WC）、抗氧化酶活性、游離脯氨酸（Pro）含量的測定。相對葉綠素含量采用葉綠素儀（Minolta SPAD-502Chloropyhll Meter， Japan）進行測定；相對電導率采用電導法測定［12 ］；將葉片于烘箱105 ℃烘干15 min后，計算葉片相對含水量；采用氮藍四唑光化還原法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性［13 ］，采用愈創木酚法測定過氧化物酶（POD）活性，采用酸性茚三酮法測定游離脯氨酸含量［14 ］。以上指標均重復測定6次，取平均值。

葉片相對含水量（%）=［（鮮重－干重）/鮮重］×100%

1.4.2 光合熒光參數的測定 脅迫9 d時，選取功能葉片，采用LI-6400便攜式光合儀（LI-COR，Linco ln，NE，USA）9：00時準時開始測定植株的氣體交換參數：凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr），重復6次。在進行測量時，光合儀系統溫度維持在25 ℃，測量系統采用開放式氣路，統一葉室內空氣流量為500 mL/min，葉室內CO2的濃度為（385±10）μL/L。對光合測定的葉片進行標記，測定完成后采樣，采用IMAGING-PAM葉綠素熒光儀結合Imaging WinGegE軟件測定最大螢光（Fm）、初始熒光（F0）、調節性能量耗散［Y（NPQ）］、光化學猝滅系數（qP）、非調節性能量耗散［Y（NO）］。

1.5 數據處理

采用Excel 2007軟件進行數據統計和作圖，采用SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析及顯著性分析，所有數據為平均值±標準誤。

2 結果與分析

2.1 鹽堿脅迫對垂絲海棠生理指標的影響

2.1.1 相對電導率 相對電導率可以衡量植物細胞膜系統受損傷程度。由圖1可知，隨著鹽堿脅迫時間的增加，3個處理的垂絲海棠的相對電導率均呈現升高的趨勢。脅迫3、6、9 d時，T2的相對電導率均顯著高于T1、T3處理（P < 0.05），其中脅迫9 d時，T2比T1、T3處理分別高37.04%、25.44%，說明T2處理下垂絲海棠葉片的細胞膜系統受傷害程度更嚴重。

2.1.2 相對含水量 在鹽堿脅迫環境下，可以通過葉片含水量來反映植物受到傷害的程度。由圖2可知，隨著鹽堿脅迫時間的增加，3個處理的垂絲海棠葉片相對含水量均呈降低趨勢。脅迫3 d時，T2處理的葉片相對含水量顯著低于T1、T3處理（P < 0.05）；脅迫9 d時，T2處理的葉片相對含水量下降明顯，且顯著低于T1、T3處理（P < 0.05），分別低于T1、T3處理32.64%、21.66%。說明鹽堿脅迫下，T2處理受脅迫程度更嚴重。

2.1.3 游離脯氨酸（Pro）含量 Pro含量可以衡量植物滲透調節能力的強弱。由圖3可知，隨著鹽堿脅迫時間的延長，垂絲海棠葉片游離脯氨酸含量在3種處理下均呈先升后降的趨勢，其中，T2處理在3 d達到峰值，T1處理和T3處理在6 d達到峰值，且T2處理在3、6、9 d均顯著低于T1、T3處理（P < 0.05）。說明在鹽堿脅迫下，T2處理的滲透調節能力較弱。

2.1.4 SPAD值 葉綠素含量可以確定植物光合能力的強弱，SPAD值可以直觀表明葉綠素含量趨勢。由圖4可以看出，隨著鹽堿脅迫時間的延長，3種處理的SPAD值均呈降低趨勢，3、6、9 d時T2處理顯著低于T1、T3處理（P < 0.05），脅迫至9 d時，T2處理較T1、T3處理分別降低39.32%、54.34%。說明鹽堿脅迫下T2處理葉綠素合成被抑制程度最嚴重。

2.1.5 抗氧化酶活性 SOD、POD活性可反映植物抗氧化能力強弱。由圖5、圖6可知，不同處理的SOD、POD活性均隨鹽堿脅迫時間的延長呈先升后降的趨勢。脅迫3 d時，各處理的SOD、POD活性均出現上升趨勢，此時T2處理的SOD、POD活性均達到峰值，且顯著低于T1、T3處理（P < 0.05）；脅迫6 d時，T2處理的SOD、POD活性下降，且顯著低于T1處理和T3處理（P < 0.05），T1處理和T3處理上升達到最高。說明在3個處理中以T2處理的抗氧化能力最弱。

2.2 鹽堿脅迫對垂絲海棠葉片光合熒光參數的影響

光合作用是植物能量的主要來源。由圖7可知，脅迫9 d時，T2處理下垂絲海棠葉片的Pn、Gs、Tr均顯著低于T1、T3處理（P < 0.05），Ci則顯著高于T1、T3處理（P < 0.05）。說明在鹽堿脅迫下葉片氣孔導度及蒸騰速率下降，無法消耗更多的胞間CO2，導致葉片的凈光合速率降低。因此，鹽堿脅迫下T2處理的光合能力最弱。

熒光參數可以反映植物的光合能力強弱。由圖7可知，T2處理的F0、Fm、Fv /Fm、qP、Y（NPQ）在鹽堿脅迫至9 d時，均顯著低于T1、T3處理 （P <0.05），而Y（NO）則顯著高于T1、T3處理（P <0.05）。以上結果表明，鹽堿脅迫下垂絲海棠靠熱耗散機制的啟動來消耗多余能量，緩解光能過剩造成的傷害，T2處理垂絲海棠葉片的光合受抑制程度大于T1、T3處理。

3 討論與結論

在鹽堿脅迫下，植物體內H2O2和丙二醛（MDA）的過量累積會導致細胞膜脂發生氧化作用進而使細胞膜結構受損，細胞膜通透性的增加引起細胞內電解質外滲，相對電導率增大［15 - 17 ］。本研究中，各處理垂絲海棠葉片電導率隨著時間的增加均呈現升高的趨勢，說明其細胞膜系統受損，這與劉堯［18 ］在唐古特白刺上的研究結果相一致。此外，脅迫9 d時，褪黑素+2，4-表油菜素內酯處理的垂絲海棠葉片相對電導率顯著高于其他組，說明外源褪黑素和2，4-表油菜素內酯單獨噴施增強植物耐鹽堿的能力優于疊加使用。

植物處于鹽堿脅迫、干旱等逆境條件下，體內會積累大量滲透調節物質，如游離脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、有機酸等，這些物質能夠促進植物細胞的穩定性和細胞膜的完整性，進而提高植物的抗鹽堿能力［19 ］。本試驗中各處理垂絲海棠葉片游離脯氨酸的含量均呈先升后降的趨勢，說明植株可以通過在體內積累游離脯氨酸來應對鹽堿脅迫環境，這和劉建新等［20 ］對鹽脅迫下燕麥的研究結果一致。在本試驗中，褪黑素+2，4-表油菜素內酯處理的垂絲海棠葉片的游離脯氨酸含量峰值顯著低于其他處理，說明其最大耐受性最低，表明外源褪黑素和2，4-表油菜素內酯有增強植物耐鹽堿能力，其作用在二者疊加后降低，可能是由于疊加使用濃度量過大或者出現了相互抑制的現象，具體原因尚需進一步研究。

葉綠素含量一定程度上可以反映植物抗逆性，鹽堿脅迫會造成植物葉綠體降解并影響其光合作用［21 - 22 ］。本試驗中各處理的垂絲海棠葉片SPAD值均出現減少趨勢，表明在鹽堿脅迫下葉綠素合成均受到了抑制。褪黑素+2，4-表油菜素內酯處理的垂絲海棠葉片各光合熒光參數與SPAD值趨勢一致，說明鹽堿脅迫下初始熒光的降低與葉綠素含量降低有關；其最大光化學效率和光化學猝滅系數顯著低于褪黑素和2，4-表油菜素內酯單獨噴施處理，說明在鹽堿脅迫下植物的光合電子傳遞受到抑制，垂絲海棠葉片的光能利用率明顯降低，與胡彥波［23 ］的研究結果基本一致。褪黑素+2，4-表油菜素內酯處理的調節型能量耗散顯著低于其他處理，而非調節能量耗散顯著高于其他處理，說明鹽堿脅迫下，褪黑素和2，4-表油菜素內酯單獨處理的熱耗散能力和光保護機制強于疊加噴施處理。

當植物處在高溫、低溫、干旱和鹽堿等逆境時，體內會大量累積活性氧，對植物細胞造成氧化傷害［24 ］。抗氧化酶系統是植物體內防御細胞過氧化損傷的酶促反應體系，常見的抗氧化酶有SOD、POD和CAT，它們的活性可以反映植物耐逆境脅迫的能力［25 ］。本試驗中，各處理的抗氧化酶活性均呈現先增強后減弱的趨勢，說明鹽堿脅迫開始后，植株的抗氧化酶系統開始緩解鹽堿脅迫傷害，并隨著時間后移而降低，這與米永偉等［26 ］的研究結果基本一致。

綜上所述，外源噴施褪黑素和2，4-表油菜素內酯可緩解鹽堿脅迫下垂絲海棠生長的抑制，緩解效果由高到低依次為褪黑素、2，4-表油菜素內酯、二者疊加使用。

參考文獻：

［1］ 焦學藝. 外源多巴胺對蘋果幼苗堿脅迫的緩解作用及其機理研究［D］. 楊凌：西北農林科技大學，2019.

［2］ 王 磊. 堿脅迫對“嘎拉”蘋果果實品質的影響及其機理研究［D］. 楊凌：西北農林科技大學，2018.

［3］ 賈旭梅，朱燕芳，王 海，等. 垂絲海棠應對鹽堿復合脅迫的生理響應［J］. 生態學報，2019，39（17）：6349-6361.

［4］ 黨根友，楊國虎，朱永興，等. 玉米自交系成熟期耐鹽堿性分析［J］. 寒旱農業科學，2023，2（11）：1031-1037.

［5］ 高立楊，劉 兵，張 瑞，等. 褪黑素對鹽堿復合脅迫下垂絲海棠光合及生理特性的影響［J］. 甘肅農業大學學報，2020，55（2）：90-97.

［6］ LI C， WANG P， WEI Z， et al. The mitigation effects of exogenous melatonin on salinity-induced stress in Malus hupehensis［J］. Journal of Pineal Research， 2012， 53（3）： 298-306.

［7］ 姜超強，祖朝龍. 褪黑素與植物抗逆性研究進展［J］. 生物技術通報，2015，31（4）：47-55.

［8］ 王國杰，李舒雯，荊紅利. 油菜素內酯對鹽脅迫下菜玉米根系生長及保護酶活性的影響［J］. 鄉村科技，2019（28）：92-93；96.

［9］ 王晚霞，高立楊，張 瑞，等. 2，4-表油菜素內酯對鹽堿脅迫下垂絲海棠光合及生理特性的影響［J］. 果樹學報，2021，38（9）：1479-1490.

［10］ 寇江濤，康文娟，苗陽陽，等. 外源2，4-表油菜素內酯對NaCl脅迫下紫花苜蓿幼苗光合特性及離子吸收、運輸和分配的影響［J］. 草業學報，2016，25（4）：91-103.

［11］ 張成霞，張衡峰，吳 紅，等. 不同處理對湖北海棠種子萌發的影響［J］. 黑龍江農業科學，2014（12）：102-106.

［12］ 張振興，孫 錦，郭世榮，等. 鈣對鹽脅迫下西瓜光合特性和果實品質的影響［J］. 園藝學報，2011，

38（10）：1929-1938.

［13］ 鄧輝茗，龍聰穎，蔡仕珍，等. 不同水分脅迫對綿毛水蘇幼苗形態和生理特性的影響［J］. 西北植物學報，2018，38（6）：1099-1108.

［14］ 黨士坤，王勝芳，史 森，等. 茉莉酸甲酯對木豆不定根染料木素含量及抗氧化系統影響［J］. 植物研究，2019（3）：466-470.

［15］ 張相鋒，楊曉絨，焦子偉. 植物耐鹽性評價研究進展及評價策略［J］. 生物學雜志，2018，35（6）：91-94.

［16］ VERSLUES P E， AGARWAL M， KATIYAR-AGARW-AL S， et al. Methods and concepts in quantifying resis-tance to drought， salt and freezing，abiotic stresses that affect plant water status［J］. The Plant Journal， 2006， 45（4）： 523-539.

［17］ 楊 璐，費永俊，程紫涵. 鹽堿脅迫下印度梨形孢對早熟禾形態和生理的影響［J/OL］. 草業科學：1-16（2024-05-06）［2024-06-05］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/62.1069.s.20240430.1533.006.html.

［18］ 劉 堯. 鹽堿脅迫下唐古特白刺的生長和生理響應及其耐鹽性評價［D］. 晉中：山西農業大學，2015.

［19］ 崔 祿. 紫花苜蓿抗鹽堿能力綜合評價及生理適應機制的研究［D］. 通遼：內蒙古民族大學，2015.

［20］ 劉建新，王金成，劉秀麗，等. 外源H2O2對混合鹽堿脅迫下燕麥幼苗葉片脯氨酸積累和代謝途徑的影響［J］. 植物研究，2016，36（3）：427-433.

［21］ FANG S， HOU X， LIANG X. Response mechanisms of plants under saline-alkali stress［J］. Frontiers In Plant Science， 2021， 12： 667458.

［22］ 白銳琴. 2，4-表油菜素內酯對干旱脅迫下辣椒葉片生理指標及果實品質的影響［J］. 寒旱農業科學，2024，

3（2）：141-145.

［23］ 胡彥波. 低溫和鹽堿脅迫下桑樹光合作用的適應性研究［D］. 哈爾濱：東北林業大學，2007.

［24］ 張碧茹，米俊珍，趙寶平，等. 外源γ-氨基丁酸緩解燕麥幼苗鹽堿脅迫的生理效應［J］. 麥類作物學報，2024，44（2）：222-229.

［25］ RANGANI J， PARIDA A K， PANDA A， et al. Coordinated changes in antioxidative enzymes protect the photosynthetic machinery from salinity induced oxidative damage and confer salt tolerance in an extreme halophyte salvadora persica L［J］. Frontiers in Plant Science， 2016， 7： 50.

［26］ 米永偉，王國祥，龔成文，等. 鹽脅迫對菘藍幼苗生長和抗性生理的影響［J］. 草業學報，2018，27（6）：43-51.