外源硫化氢对盐胁迫下加工番茄幼苗生理生化特性的影响

郑州元，林海荣，崔辉梅

(1.石河子大学 农学院，新疆 石河子 832003；2.特色果蔬栽培生理与种质资源利用兵团重点实验室，新疆 石河子 832003)

新疆太阳辐射量大，光照时间长，昼夜温差大，降水量少，有利于植物干物质的形成积累，十分适合番茄生长，其中加工番茄生产能力占全国总产90%以上，而新疆属于内陆干旱地区，降水稀少、高温、地表水蒸发量大、荒漠等自然环境，容易形成土壤盐渍化[1]。盐胁迫对植物的生长发育造成了许多不利影响，主要表现为植物细胞内含物外渗引起渗透胁迫、有毒离子积累造成离子毒害、抑制营养物质吸收形成营养失衡和氧化破坏[2]。盐胁迫使活性氧(H2O2、O2-、HO·等)的产生与清除平衡遭到破坏，使活性氧含量增加，导致细胞产生氧化胁迫和膜系统损伤及代谢紊乱[3]，使叶绿素降解，核酸断裂及蛋白质变性，严重时引起细胞死亡[4]，还会使根系活力下降[5]，脯氨酸和丙二醛含量增加[6]。因此，研究加工番茄幼苗抗盐性对新疆加工番茄种植加工具有重要意义。

施加外源物质缓解盐胁迫是增强抗盐性的一种方式，已成为近年来研究的热点[7]。研究表明，施加水杨酸能促进盐胁迫下花椰菜幼苗的生长发育[8]，外源Ca(NO3)2能降低盐胁迫下番茄幼苗叶片叶绿素的降解和根系活力的下降，以及降低MDA的含量[9]，外源H2S可提高盐胁迫下大豆叶片中SOD、POD、CAT 的活性[10]。H2S作为一种内源气体信号分子，参与多种植物生理过程[11]， H2S可以提高干旱胁迫下玉米种子的萌发和根的建成[12]、调节切花花期[13]、促进菠菜叶片光合作用[14]、调节拟南芥气孔运动[15]等生理功能，还可以提高对多种非生物胁迫的耐受力，包括干旱、渗透、高盐、温度、重金属等[15-19]。然而，H2S对盐胁迫下加工番茄幼苗生长及生理特性的影响未见报道。为此，本研究采用H2S供体NaHS处理盐胁迫下加工番茄幼苗，观察幼苗形态特征，以明确H2S对盐胁迫下加工番茄幼苗生长及生理特性的影响，同时找出最适的NaHS处理浓度。

1 材料和方法

1.1 试验材料

以前期在石河子大学试验站筛选的耐盐性强的KT-7和耐盐性弱的KT-32 2个加工番茄品系为试验材料。外源硫化氢(H2S)供体为NaHS，购自Sigma 公司，其他化学试剂购于当地化学试剂公司。

1.2 试验设计

挑选大小一致且饱满的加工番茄种子，催芽后播种于以蛭石为基质的72穴发芽盘中，待子叶展平时每天用配置的Hoagland营养液(pH 值6.2)浇灌。幼苗长至三叶一心时选取长势整齐一致的移入以蛭石为基质的小花盆继续培养至四叶一心时进行不同处理。其中NaCl在处理时直接溶于营养液中进行浇灌，NaHS溶液以叶片喷施的方式于每日18∶00喷施。

试验设置6个处理：浇营养液，叶面喷施蒸馏水(CK)；浇营养液，加入250 mmol/L NaCl和叶面喷施蒸馏水(NaCl)；浇营养液，加入250 mmol/L NaCl和叶面喷施20 μmol/L NaHS(T1)；浇营养液，加入250 mmol/L NaCl和叶面喷施50 μmol/L NaHS(T2)；浇营养液，加入250 mmol/L NaCl和叶面喷施100 μmol/L NaHS(T3)；浇营养液，加入250 mmol/L NaCl和叶面喷施150 μmol/L NaHS(T4)。每个处理3个重复，共处理12 d后测定相关指标。

1.3 测试指标及方法

处理12 d后测定幼苗株高、茎粗、苗鲜质量、根鲜质量，105 ℃杀青15 min，80 ℃烘24 h后测定苗干质量，根干质量。叶片相对含水量测定采用称重法[20]；叶绿素含量、脯氨酸含量、丙二醛含量、根系活力的测定参照高俊凤[21]的方法；叶片电解质渗透率测定采用电导法[22]；SOD测定采用氮蓝四唑(NBT)法；POD测定采用愈创木酚法；CAT活性测定参照文献[23]的方法。

1.4 数据统计分析

采用Microsoft Excel 2010进行原始数据处理，用SPSS 19.0对数据进行统计分析，并运用Duncan法进行差异显著性检验，以平均值±标准误(Means±SD)表示，用Origin 9.0 作图。

2 结果与分析

2.1 H2S对NaCl胁迫下加工番茄幼苗生长的影响

从表1来看，盐胁迫都显著抑制了2个加工番茄品系的株高、茎粗、苗鲜质量、根鲜质量、苗干质量、根干质量。叶面喷施不同浓度的NaHS溶液后，盐胁迫下2个品系幼苗生长指标都有不同程度的增加，整体呈现出随NaHS浓度增加先上升后下降的趋势，在T2时盐胁迫下各生长指标达到最大，其中KT-7各生长指标比盐胁迫单独处理提升30.8%～66.7%，KT-32各生长指标比盐胁迫单独处理提升24.0%～96.4%。说明盐胁迫显著抑制了加工番茄幼苗的生长，而NaHS能有效缓解盐胁迫引起的抑制效应，在T2处理下缓解效应达到最佳。

表1 外源NaHS对NaCl胁迫下加工番茄幼苗形态指标的影响Tab.1 Effect of exogenous NaHS on the growth characteristics of processing tomato seedlings under NaCl stress

注：同列数据后不同字母表示不同处理间差异达到0.05的显著性水平。表2同。

Note：Values followed by different letters in a column are significant difference among treatment at the 0.05 level.The same as Tab.2.

2.2 H2S对NaCl胁迫下加工番茄幼苗光合色素的影响

表2表明，盐胁迫显著降低了2个加工番茄品系的光合色素含量。叶面喷施不同浓度的NaHS后光合色素都有不同程度的增加，在T2时光合色素含量在2个品系中都达到了最大，其中在KT-7中，叶绿素a、b、类胡萝卜素含量比盐胁迫单独处理分别提升了61.8%，56.3%和57.0%；在KT-32中叶绿素a、b、类胡萝卜素含量比盐胁迫单独处理分别提升了49.8%，52.0%和46.7%。随着NaHS浓度的进一步增加光合色素含量开始出现下降趋势，其中在KT-7中，在T4时光合色素含量接近盐胁迫水平。说明低浓度的NaHS能够缓解因盐胁迫而引起的光合色素的下降，其中在T2时缓解效应最好。

2.3 H2S对NaCl胁迫下加工番茄幼苗叶片相对含水量和根系活力的影响

由图1-A可知，盐胁迫显著降低了处理12 d的加工番茄幼苗叶片相对含水量，在KT-7中T1、T2、T3处理叶片中相对含水量与盐胁迫单独处理相比显著提高，在KT-32中T1、T2处理叶片中相对含水量与盐胁迫单独处理相比显著提高，其中两品系在T2时都达到最高，接近CK水平，缓解作用显著。在T4时，其中KT-32相对含水量恢复至与盐胁迫单独处理不显著水平。说明NaHS对加工番茄幼苗盐胁迫的缓解作用与浓度有关，低浓度缓解作用显著，超过150 μmol/L的NaHS对盐胁迫的缓解作用降低，甚至可加剧盐胁迫。

表2 外源NaHS对NaCl胁迫下加工番茄幼苗光合色素的影响Tab.2 Effect of exogenous NaHS on photosynthetic pigment of processing tomato seedlings under NaCl stress mg/L

图中不同小写字母表示处理间差异达0.05显著水平。图2-3同。Different small letters in the figure mean significant difference among treatment at 0.05 level. The same as Fig.2-3.

由图1-B来看，NaCl胁迫显著降低了加工番茄幼苗根系活力，叶面喷施NaHS后分别显著提高了盐胁迫下2个加工番茄品系的根系活力，随着NaHS浓度的增加呈现先升高后降低的趋势，在T2时根系活力在盐胁迫下达到最高，分表比盐胁迫单独处理提高0.8(KT-7)，1.4倍(KT-32)。表明50 μmol/L外源NaHS可以显著缓解因盐胁迫引起的根系活力的下降。

2.4 H2S对NaCl胁迫下加工番茄幼苗电解质渗出率、丙二醛含量和脯氨酸含量的影响

盐胁迫通常会引起细胞膜透性的改变或丧失，电解质渗透率作为一个重要的生理指标被用来检测细胞膜透性变化。由图2-A可以看出，盐胁迫使2个品系幼苗电解质渗出率都显著升高，叶面喷施20～150 μmol/L外源NaHS后电解质渗出率表现出先下降后上升的趋势，在T2时电解质渗出率降至最低，分别比NaCl胁迫单独处理下降30.0(KT-7)，33.3个百分点(KT-32)，其中KT-32与CK相比达到差异不显著水平。说明外源NaHS能保护因盐胁迫引起的膜透性变化。

图 2 外源NaHS对NaCl胁迫下加工番茄幼苗电解质渗出率，脯氨酸含量和丙二醛含量的影响Fig. 2 Effect of exogenous NaHS on electrolytic leakage，proline and MDA content of processing tomato seedlings under NaCl stress

由图2-B可以看出，丙二醛含量(以鲜质量计)在各处理间的变化与电解质渗透率变化趋势一致，在盐胁迫条件下T2时丙二醛含量在两品系中都降至最低，分别比盐胁迫单独处理下降15(KT-7)，12个百分点(KT-32)。盐胁迫明显增加丙二醛含量，说明细胞已经受到伤害，而叶面喷施NaHS显著缓解了盐胁迫下叶片丙二醛的积累，其中50 μmol/L缓解效果最佳。

脯氨酸是植物细胞内一种重要的渗透调节物质。由图2-C表明，盐胁迫显著增加了脯氨酸含量(以鲜质量计)，从T1～T3脯氨酸含量进一步增加，T2时在两品系中都增至最大，在T4时脯氨酸含量比盐胁迫单独处理有下降趋势，其中在KT-7中达到显著水平。

2.5 H2S对NaCl胁迫下加工番茄幼苗SOD、POD、CAT活性的影响

由图3-A可知，盐胁迫显著降低了加工番茄幼苗的SOD活性(以鲜质量计)，叶面喷施不同浓度的NaHS后，SOD活性呈现先上升后下降的趋势，T2时SOD活性是除CK外在各处理中最高的，其中KT-32达到与CK差异不显著的水平，活性分别比盐胁迫单独处理提高9.1%(KT-7)和10.2%(KT-32)。同样(以鲜质量计)盐胁迫单独处理显著降低了幼苗叶片的POD活性，叶面喷施NaHS能不同程度的提升POD活性，在KT-7中，T2时POD活性比盐胁迫单独处理提高1.4倍，达到盐胁迫下最高水平；在KT-32中，T1～T3 POD活性都比CK高且达到显著水平，其中T2时达到最高，比盐胁迫高出66.0%(图3-B)。CAT活性(以鲜质量计)的变化表现出与SOD、POD相同的趋势，T2、T3时在2个品系中CAT活性都比CK高，其中在KT-7中都能达到显著水平，KT-32在T2时也达到显著水平(图3-C)。说明外源NaHS能提高盐胁迫下SOD、POD、CAT 3种抗氧化酶的活性，其中以50 μmol/L的效果最好。

图 3 外源NaHS对NaCl胁迫下加工番茄幼苗SOD、POD、CAT活性的影响Fig. 3 Effect of exogenous NaHS on SOD，POD，CAT activity of processing tomato seedlings under NaCl stress

3 讨论

盐胁迫通常会严重影响植株碳同化，影响植株的生长发育，使植株生长量和干物质积累量减少[24]。盐胁迫还会引起植物光合碳同化能力的减弱，造成光合色素降解，引起膜脂过氧化，从而破坏植物的光合机构[25]。本研究中NaCl胁迫显著降低了加工番茄幼苗的光合色素含量和抑制了加工番茄幼苗的生长，而叶面喷施NaHS后不同程度增加了植株的株高、茎粗、苗鲜质量、根鲜质量、苗干质量、根干质量；同时提高了盐胁迫下光合色素含量，这个结果与单长卷等[26]的结果一致，本试验中NaHS浓度为50 μmol/L效果最好。说明低浓度的NaHS能有效缓解NaCl胁迫对加工番茄幼苗生长的抑制作用和因盐胁迫而引起的光合色素含量的下降，提高了幼苗盐适应性。

盐胁迫常会引起植物吸水能力下降，引起植物生理干旱。相对含水量是植物耐旱和抗旱性的重要指标，相对含水量越高，适应环境的能力越高[27]。盐胁迫还会抑制番茄幼苗根系生长，引起根系呼吸能力减弱，对土壤中水分和矿物质的吸收能力下降，进而影响整个番茄幼苗的正常生长发育[28]。本试验中结果表明，低浓度的NaHS能够提高盐胁迫下叶片的相对含水量和根系活力，说明NaHS可提高盐胁迫下加工番茄幼苗的相对含水量和增强根系活力来提高植株的抗盐性，特别是浓度为50 μmol/L的NaHS效果最好。

电解质渗透率和丙二醛含量的高低通常能够反映植物细胞膜脂过氧化强弱和细胞质膜破坏程度[29]，而脯氨酸是一种重要的渗透调节物质，在逆境条件下有助于细胞或组织的保水，还可以作为细胞结构或细胞内多种酶的保护剂[30]。本试验中盐胁迫都显著增加了2个品系加工番茄幼苗的电解质渗出率和丙二醛含量，而喷施NaHS能不同程度的降低电解质渗出率和丙二醛含量，这个结果与李永生等[12]NaHS显著降低了干旱胁迫下玉米叶片中丙二醛含量的结果一致。表明NaHS能降低盐胁迫下加工番茄幼苗膜脂过氧化程度，减少胞内物质渗漏，降低盐胁迫对植株造成的伤害。本试验中盐胁迫使脯氨酸含量显著增加，喷施低浓度的NaHS使两加工番茄叶片内脯氨酸含量进一步增加，这个结果与Li等[31]和李永生等[12]的结果基本一致。

SOD、POD、CAT是植物组织中重要的酶促抗氧化剂，孟德云等[32]在盆栽花生的研究表明，SOD、POD、CAT活性的变化呈现出了相同的变化趋势，三者协调一致，通过清除植物体内积累的活性氧，增强植株抗氧化能力。本研究遵循了上面的规律，不同浓度的NaHS不同程度的增加了盐胁迫下两加工番茄幼苗叶片中SOD、POD、CAT的活性，并且在盐胁迫下都能在50 μmol/L的NaHS处理下活性达到最高。说明外源NaHS可以增强幼苗叶片抗氧化酶的活性，增强植株的耐盐性，可以有效缓解盐胁迫对抗氧化酶活性的抑制作用。