外源SA对硝酸盐胁迫下辣椒幼苗抗氧化酶活性及渗透调节物质的影响

程勋东，隋益虎*，张 健

(1.安徽科技学院 生命科学学院，安徽 凤阳 233100;2.安徽科技学院 资源与环境学院，安徽 凤阳 233100）

近年来，蔬菜设施栽培面积不断增加，由于设施内无雨水冲洗、地表温度较高以及土壤毛细管蒸腾作用强烈等小气候特点，加之土壤连作、施肥不当等不合理的栽培管理方式，导致温室土壤次生盐渍化加剧，严重制约设施蔬菜的生产[1]。温室土壤的盐分组成中阳离子主要是Ca2+和K+，而占阴离子总量的67%～76%的是。研究表明，高浓度的硝酸盐处理会使辣椒幼苗叶片膜脂过氧化加剧，生物膜不同程度地受到伤害，MDA含量、EC值、脯氨酸及可溶性糖含量显著增加，幼苗正常生长受到影响，而植株可通过提高抗氧化酶活性，来清除大量积累的活性氧，减轻胁迫伤害[3]。SA是一种广泛存在于高等植物体内的简单酚类化合物，它作为一种信号分子和新型的植物激素，在植物体内发挥了重要的作用[4]。大量研究证实，SA 可增强植物抗寒性[5]、抗热性[6]、抗病性[7]、抗旱性[8]等。而有关 SA 缓解辣椒硝酸盐胁迫的报道较少，鉴于此，本试验研究了硝酸盐胁迫对辣椒幼苗抗氧化酶活性及渗透调节物质的影响以及外源SA的缓解作用，以期为辣椒耐连作栽培以及SA在蔬菜作物栽培中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于安徽科技学院物联网温室进行，供试辣椒(Capsicum spp.)为‘春秋椒霸’(安徽省萧县红发种业有限公司)，常规方法浸种催芽，选取发芽整齐的种子，播于塑料营养钵(Φ10 cm)中，基质中蛭石和珍珠岩比为3∶1(V/V)。子叶展平后，用Hoagland营养液进行浇灌，待幼苗长至两叶一心时，选取生长一致的健壮幼苗移栽至盛有6 L Hoagland营养液的塑料周转箱中，每盆8株，利用H2SO4调节pH至6.5左右，25℃培养，采用充氧泵(日生，GF－250)通氧，待辣椒幼苗长至三叶一心时进行处理。

1.2 试验处理

1.3 测定项目及方法

开始处理后的第7、14d随机取各处理幼苗叶片进行各指标测定，每个处理3次重复，取平均值。参照王学奎[9]的方法，超氧化物歧化酶(SOD)活性测定采用NBT法，过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚法，过氧化氢酶(CAT)活性测定采用紫外吸收法，丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸法，质膜透性测定采用电导法，以相对电导率表示，脯氨酸(Pro)含量测定采用磺基水杨酸法。

1.4 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2003和DPS V7.05进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 外源SA对硝酸盐胁迫下辣椒幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

从图1 A，B，C可以看出，硝酸盐胁迫处理(I)至7d时，辣椒幼苗叶片SOD、POD、CAT活性均高于对照(CK)，但CAT活性变化不显著，且添加不同浓度的外源SA处理后，辣椒幼苗叶片这3种抗氧化酶活性随着外源SA浓度的增加呈现出先升高后降低的趋势，其中外加0.3 mmol/L SA的处理(IV)的辣椒幼苗叶片 SOD、POD、CAT 活性较处理(I)分别升高26.5%、67.1%、69.0%，而当外源 SA 浓度达到0.4 mmol/L时，3种抗氧化酶活性均开始呈现降低的趋势。处理至14d时，除处理IV外，经硝酸盐胁迫的各处理辣椒幼苗叶片SOD、POD、CAT活性均表现为下降的趋势，且处理I的SOD和CAT活性均低于对照(CK)，但外加0.3 mmol/L SA的处理(IV)仍可较显著地提高硝酸盐胁迫下辣椒幼苗叶片抗氧化酶活性，处理V的3种抗氧化酶活性同处理至7d时一样，均呈降低的趋势。

2.2 外源SA对硝酸盐胁迫下辣椒幼苗叶片脯氨酸含量的影响

从图1 D可以看出，处理至7d时，经硝酸盐胁迫处理(I)的辣椒幼苗叶片脯氨酸含量均显著高于对照(CK)，各处理叶片脯氨酸含量差异显著，但均维持在较低的水平。添加外源SA的各处理的叶片脯氨酸含量与处理I相比均有不同程度的下降，外加0.3 mmol/L SA的处理(IV)较处理I下降了21.0%，降幅最大。处理至14d时，各处理叶片脯氨酸含量均有所升高且差异显著，但对照增加的量较小，除处理II外，外加SA的处理叶片脯氨酸含量与处理相比仍有不同程度的下降，其中处理IV的降幅仍最大。

2.3 外源SA对硝酸盐胁迫下辣椒幼苗叶片MDA含量及质膜相对透性的影响

由图2可以看出，处理至7d时，硝酸盐胁迫处理(I)的辣椒幼苗叶片MDA含量和质膜相对透性与对照(CK)相比均显著升高。与处理I相比，添加外源SA的各处理幼苗叶片MDA含量和质膜相对透性均显著降低，但浓度不同其降低幅度不同，当SA浓度为0.1～0.3 mmol/L时，降低的幅度随着浓度的增加而增加，外加0.3 mmol/L SA的处理(IV)较处理I分别下降50.1%和40.0%，降幅最大。而当SA浓度为0.4 mmol/L时，叶片MDA含量和质膜相对透性又开始出现上升的趋势。处理至14d时，除处理Ⅲ外，其余各处理叶片MDA含量和质膜相对透性均有所升高，且各处理间的差异趋势与处理至7d时相比基本保持一致。

3 结论与讨论

正常条件下，植物可依靠内源性自由基清除系统来维持细胞内的活性氧的产生和消除处于动态平衡[10]，抗氧化酶系统在植物体内活性氧的清除方面发挥着重要的作用，SOD、POD、CAT是抗氧化酶系统的重要组成部分。植物处于逆境胁迫下，活性氧平衡被打破，活性氧大量积累，此时，抗氧化酶活性增强，通过酶促作用清除体内产生的过量活性氧自由基[11]，从而缓解活性氧对植株的危害。本试验结果表明，140 mmol/L胁迫至7d时，辣椒幼苗叶片SOD、POD及CAT的活性均高于对照，可能是辣椒幼苗为抵御硝酸盐胁迫的应激反应之一。硝酸盐胁迫至14d时，除POD外，SOD、CAT活性均低于对照，其中CAT活性显著降低，可能是由于随硝酸盐胁迫时间的增加，辣椒幼苗体内活性氧平衡被破坏，自由基积累增加，进而破坏抗氧化酶系统等自由基清除系统的结构活性，造成SOD、CAT等抗氧化酶活性降低[12]，由于硝酸盐胁迫对植株的影响机制较为复杂，加之试验材料的处理方式、取样部位等原因，可能使得SOD、POD及CAT的活性变化不一致。研究表明，植物SA受体蛋白基因与POD基因高度同源，且外源SA进入体内能够激活SOD，SA还参与植物体内茉莉酸代谢，后者能显著提高逆境胁迫下幼苗SOD、POD及CAT的活性[13]。本试验中，外加0.1～0.3 mmol/L SA可不同程度提高硝酸盐胁迫至7d时辣椒幼苗叶片SOD、POD及CAT的活性，且呈整体上升趋势，可增强植株对自由基的清除能力，有效地缓解硝酸盐胁迫造成的伤害，其中0.3 mmol/L SA对硝酸盐胁迫的缓解作用最为显著，而外加0.4 mmol/L SA的处理除SOD外，POD、CAT活性均呈下降趋势。当硝酸盐胁迫至14d时，除外加0.3 mmol/L SA的处理中SOD活性有所提高外，其余各胁迫处理的SOD、POD及CAT活性均有所下降，而外加0.4 mmol/L SA的下降趋势则更为显著，其中POD活性低于单纯硝酸盐胁迫处理。可能是由于硝酸盐胁迫过程中，植株体内的SA水平也会上升[14]，加之外源水杨酸处理后内源SA含量局部或系统性的升高[15]，造成植株体内SA过量积累。动力学和光谱学的研究证明，水杨酸是CAT等H2O2清除酶的抑制剂，从而导致CAT活性降低，H2O2等活性氧分子在细胞中大量积累[16]，从而影响其他抗氧化酶的活性。

研究表明，脯氨酸是植物体内一种重要的渗透调节物质和抗氧化物质，对植物的生长具有重要作用，当植物遭受盐胁迫时，脯氨酸会在植物体内积累增加，以维持水分平衡、调节细胞内渗透势以及稳定生物大分子的结构等[17－18]。本试验结果显示，140 mmol/L NO－3胁迫至7d时，辣椒幼苗叶片脯氨酸含量显著提高，且随着处理天数的增加而提高，表明随着胁迫时间的增加，细胞吸水愈发困难，植株试图通过积累大量的脯氨酸来平衡渗透势能，而脯氨酸含量的增加可能也与高盐胁迫下碳氮代谢产物的转化、分配以及利用等有一定的关系[3]。外加0.1～0.3 mmol/L SA能不同程度地降低硝酸盐胁迫下辣椒幼苗叶片脯氨酸含量，其中0.3 mmol/L SA的处理降幅最为显著，当外加0.4 mmol/L SA时，脯氨酸含量呈上升趋势，但仍低于单纯硝酸盐胁迫处理。当硝酸盐胁迫至14d时，外加0.1和0.2mmol/L SA的处理叶片脯氨酸含量较单纯硝酸盐胁迫处理有所上升，但仍以外加0.3 mmol/L SA较单纯硝酸盐胁迫处理的降幅最为显著，这可能与不同浓度SA影响植物代谢过程中信号传导途径及其对代谢调控的机理存在差异有关，有研究表明，外源SA会引起跨膜电势快速去极化，使K+等小分子物质的外渗量增加，进一步降低溶液渗透势，增加渗透胁迫强度[19]。

相对电导率是检验细胞质膜透性的重要指标，MDA是膜脂过氧化产物，两者可反应出细胞膜受损的程度[3]。研究表明，盐胁迫下外源SA可降低膜质过氧化程度、维持细胞质膜的稳定和完整性，从而降低盐胁迫对质膜的伤害，有助于离子的选择性吸收和运输[19]。本试验中，硝酸盐胁迫下辣椒幼苗叶片相对电导率和MDA含量均显著高于对照，表明硝酸盐胁迫会破坏细胞膜系统完整性，加剧膜脂过氧化程度。外加0.1～0.3 mmol/L SA能显著降低硝酸盐胁迫下辣椒幼苗叶片相对电导率和MDA含量，降幅随SA浓度增加而升高，当SA浓度为0.4 mmol/L时，相对电导率和MDA含量开始明显升高，可能是过高浓度SA诱导活性氧自由基水平上升[16]，加重细胞膜受损程度所致，且随胁迫时间的增加，各处理的相对电导率和MDA含量均有所提高。

综上可知，硝酸盐胁迫下，外加适宜浓度SA可显著提高辣椒幼苗抗氧化酶活性，降低膜脂过氧化程度，一定程度上增强辣椒幼苗对硝酸盐胁迫的适应性。本试验仅从生理水平研究外源SA对硝酸盐胁迫下辣椒幼苗抗氧化酶活性及渗透调节物质的影响，有待从形态建成角度研究外源SA对硝酸盐胁迫下辣椒幼苗生长发育的影响，并进一步从分子水平揭示外源SA对SA诱导相关基因表达和调控的方式及信号传递途径。

[1]刘长泰，孙国清.设施蔬菜连作障碍的原因及防治措施[J].现代农业科技，2014(24):177－178.

[2]孟飞琴，王洁琼.设施土壤的障碍因子及其对策研究进展[J].环境研究与监测，2015，28(1):69－72.

[3]姜伟.温室土壤次生盐渍化及其主要盐分对辣椒幼苗胁迫的研究[D].呼和浩特:内蒙古农业大学，2010.

[4]李宁毅，苏胜举.外源水杨酸在园艺植物上的应用及生理效应[J].北方园艺，2010(16):214－216.

[5]Kang G Z，Wang Z X，Sun G C.Participation of H2O2 in enhancement of cold chilling by salicylic add in banana seedlings[J].Acta Botanic Sinica，2003，45(5):567－573.

[6]池浩，丁小涛，张红梅，等.水杨酸对根际高温胁迫下黄瓜生理特性的影响[J].上海农业学报，2015，31(1):71－75.

[7]高琪昕，胡新喜，王欢妍，等.水杨酸诱导植物抗病性机制的研究进展[J].中国马铃薯，2014，28(4):238－242.

[8]金一锋，陈阳，董亚楠，等.外源水杨酸对草地早熟禾种子萌发及幼苗抗旱性的影响[J].种子，2015，34(4):25－28.

[9]王学奎.植物生理生化试验原理和技术[M].北京:高等教育出版社，2006:167－280.

[10]孙存晋，张建中，段绍瑾.自由基生物学导论[M].合肥:中国科学技术大学出版社，1999:258－264.

[11]张蒙，王秀峰，魏珉，等.叶绿酸铁对硝酸盐胁迫下黄瓜幼苗渗透调节物质及抗氧化酶活性的影响[J].中国蔬菜，2014(3):14－18.

[12]李小刚，宋云鹏，王静，等.外源蔗糖对NO3－胁迫下黄瓜幼苗生长及抗氧化酶活性的影响[J].山东农业科学，2011(7):30－34.

[13]Chen B C，Fang J W，Du H.Application of acetosalicylic on transplanting of late rice seedlings[J].Acta Agricultrae Zhejiangensis，1994，4(1):42 －43.

[14]Wang D，Amornsiripanitch N，Dong X N.A genomic approach to identify regulatory nodes in the transcriptional network of systemic acquired resistance in plants[J].PLoS Pathog，2006(2):1042 －1050.

[15]孙歆，曾富春，胡攀.水分胁迫下水杨酸对大麦幼苗抗氧化能力的影响[J].四川农业大学学报，2011，29(2):160－164.

[16]刘悦萍，宫飞，赵晓萌.水杨酸介导的信号转导途径与植物抗逆性[J].中国农学通报，2005，21(7):227－230.

[17]吴运荣，林宏伟，莫肖蓉.植物抗盐分子机制及作物遗传改良耐盐性的研究进展[J].植物生理学报，2014，50(11):1621－1629.

[18]田娜，王辉，米乐，等.外源谷胱甘肽对苯丙烯酸胁迫下黄瓜幼苗抗氧化酶活性的影响[J].贵州农业科学，2013，41(4):37－39.

[19]回振龙，王蒂，李宗国，等.外源水杨酸对连作马铃薯生长发育及抗性生理的影响[J].干旱地区农业研究，2014，32(4):1－8.