腐胺浸种对Ca(NO3)2胁迫下不同品种黄瓜幼苗生长及生理抗性的影响

张铖锋 李硕 石玉 杨然 张毅

摘要：为明确腐胺（Put）浸种对Ca（NO3）2胁迫下黄瓜幼苗生长的影响，本试验以‘津春2号和‘津研四号黄瓜为材料，设置CK、Put、Ca（NO3）2、Put+Ca（NO3）2 4个处理，测定不同处理下黄瓜幼苗生物量、叶绿素含量、电导率、水势和丙二醛（MDA）含量的变化。结果表明，与CK相比，Ca（NO3）2处理的黄瓜幼苗株高、茎粗、干重和鲜重均明显降低，部分达显著水平，而水势、相对电导率、叶绿素和丙二醛（MDA）含量等均有不同程度的增加;Put浸种处理可有效缓解盐胁迫对黄瓜幼苗生物量积累的抑制作用，降低水势、相对电导率和叶绿素含量，减轻膜脂过氧化程度，且对耐盐性较差的‘津春2号缓解效果更明显。由此表明，外源腐胺浸种能够有效缓解Ca（NO3）2胁迫对黄瓜幼苗的伤害，提高其耐盐性，且对不耐盐黄瓜品种盐胁迫的缓解效果更显著。

关键词：黄瓜;腐胺;Ca（NO3）2胁迫;生理抗性

中图分类号：S642.201+S432.3+1 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2019）12-0067-06

Abstract The study was to investigate the relieving effect of exogenous putrescine soaking seeds on the growth of cucumber seedlings under Ca（NO3）2 stress. Cucumber cultivars ‘Jinchun 2 and ‘Jinyan 4 were used as test materials in the experiment. The changes of the biomass， chlorophyll content， relative electrolytic leakage， water potential and MDA content of the two cultivars were determined in treatments including CK， Put，Ca（NO3）2，Put+Ca（NO3）2. The results showed that， compared with CK， the plant height， stem diameter， dry and fresh weight of the two cultivars under Ca（NO3）2 treatment were significantly lower， but the water potential， conductivity， chlorophyll content and MDA content increased， among them， some reached significant levels. Soaking seeds with exogenous putrescine effectively alleviated the inhibition of salt stress on biomass accumulation of cucumber seedlings， and reduced water potential， electrical conductivity， chlorophyll content and the degree of membrane lipid peroxidation. Moreover， the relieving effect was more obvious on ‘Jinchun 2with poor salt-tolerance. Therefore， soaking seeds with exogenous putrescine could effectively alleviate the damage of Ca（NO3）2 stress to cucumber seedlings and improve salt tolerance， and the relieving effect was more significant in poor salt-resistant cucumber cultivar.

Keywords Cucumber; Putrescine; Ca（NO3）2 stress; Physiological resistance

近年來，随着我国农业现代化水平的提高，设施农业占比迅速增大，随之而来的设施土壤次生盐渍化问题却日益严重。土壤次生盐渍化会对作物造成离子毒害及渗透胁迫[1]，导致植物生长发育受抑制，严重影响产量及品质。有研究表明，设施土壤盐分组成的阴离子有NO-3、Cl-、SO2-4、HCO-3等，以 NO-3为主;阳离子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+等，以Ca2+为主[2]。而在作物生长过程中，对Ca2+、NO-3离子的需求量相对较大，因此，土壤中Ca（NO3）2积累具有营养供应和渗透胁迫的双重效果。

多胺（polyamine，PA）是生物代谢过程中产生的一类脂肪族含氮碱，具有强烈的生物活性，并广泛存在于一切植物细胞中，与植物的生长发育、性别分化、衰老以及响应逆境胁迫密切相关[3]。植物细胞内常见的多胺有腐胺（Put）、亚精胺（Spd）和精胺（Spm）等[4]。腐胺是多胺合成途径的中心物质[5]，一方面具有植物激素的基本特性，能够调节植物的生长发育，控制形态建成，提高植物对逆境的抗性;另一方面作为“第二信使”参与植物逆境胁迫的信号传导，从而缓解胁迫对植物的伤害[6]。

黄瓜（Cucumis sativus L.）是重要的设施栽培蔬菜，对土壤次生盐渍化较为敏感。本试验以‘津春2号和‘津研四号两个黄瓜品种为材料，设计CK、Put、Ca（NO3）2、Put+Ca（NO3）2 4个处理，测定不同处理下的黄瓜幼苗生物量、叶绿素含量、相对电导率、水势和丙二醛（MDA）含量等指标的变化，以期探明外源腐胺对Ca（NO3）2胁迫下黄瓜幼苗生长的作用，并为减轻设施土壤次生盐渍化对栽培作物的伤害提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试黄瓜品种为‘津春2号和‘津研四号;腐胺、Ca（NO3）2，分别购自上海源叶生物科技有限公司、天津市大茂化学试剂厂。

1.2 试验处理

选取籽粒良好的黄瓜种子进行温汤浸种，置于25℃遮光环境中，用腐胺浸种8 h催芽，以蒸馏水浸种为对照。催芽后，分别播于装有复合基质的穴盘中，待幼苗长至三叶一心，定植于50%剂量的日本山崎黄瓜配方营养液。缓苗5天后，更换1倍剂量营养液并添加37.5 mmol/L Ca（NO3）2处理，第2天将Ca（NO3）2浓度补充至75 mmol/L。盐胁迫处理12天后进行幼苗株高、茎粗和干鲜重的测定，同时取生长点以下第1、2片完全展开功能叶及根系，-80℃保存备用。

每品种设置4个处理，即CK：蒸馏水浸种+营养液处理;Put：0.5 mmol/L Put浸种+营养液处理;Ca（NO3）2：蒸馏水浸种+营养液+75 mmol/L Ca（NO3）2处理;Put+Ca（NO3）2：0.5 mmol/L Put浸种+营养液+75 mmol/L Ca（NO3）2处理。

1.3 测定指标及方法

黄瓜幼苗株高、茎粗、干重和鲜重分别使用直尺、游标卡尺和千分之一天平测定。黄瓜水势测定采用压力室法;叶绿素含量测定采用96%酒精浸提;叶片和根系电导率使用D3100型电导率仪测定;丙二醛（MDA）含量用硫代巴比妥酸（TBA）法测定。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据统计并制图，SAS 8.1软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 腐胺浸种对Ca（NO3）2胁迫下黄瓜幼苗株高、茎粗的影响

由图1可以看出，与CK相比，Ca（NO3）2處理和Put+Ca（NO3）2处理均显著抑制‘津春2号和‘津研四号黄瓜幼苗株高，分别降低56.75%和36.94%、56.83%和34.05%，但Put+Ca（NO3）2处理的幼苗株高明显高于Ca（NO3）2处理，提高幅度分别为45.79%和52.78%。Put处理的‘津春2号黄瓜幼苗茎粗高于CK，但Ca（NO3）2处理和Put+Ca（NO3）2处理的黄瓜幼苗茎粗生长均受到抑制，其中‘津春2号黄瓜受抑制程度较为明显，分别降低5.57%和3.22%，而Put+Ca（NO3）2处理的黄瓜幼苗茎粗较Ca（NO3）2处理有所增加。因此，外源腐胺浸种可在一定程度上缓解盐胁迫下株高和茎粗的降低。

2.2 腐胺浸种对Ca（NO3）2胁迫下黄瓜幼苗干重和鲜重的影响

由图2可以看出，与CK相比，Ca（NO3）2处理均显著降低‘津春2号和‘津研四号黄瓜幼苗鲜重，降幅分别为41.30%和42.58%;而Put+Ca（NO3）2处理的‘津春2号和‘津研四号黄瓜幼苗鲜重虽较CK有所降低，但分别比Ca（NO3）2处理的增加108.50%和48.42%;Put处理的黄瓜幼苗鲜重均显著高于CK。Ca（NO3）2处理的‘津春2号黄瓜幼苗干重较CK变化不明显，但显著抑制‘津研四号黄瓜幼苗干物质积累，使其降低34.26%;Put+Ca（NO3）2处理的‘津研四号和‘津春2号幼苗干重较Ca（NO3）2处理的分别增加39.40%、67.72%;Put处理的黄瓜幼苗干重均显著高于CK。表明腐胺浸种可促进正常生长条件下黄瓜幼苗干、鲜重的增加，有效缓解盐胁迫对‘津研四号黄瓜幼苗干物质积累的抑制作用，同时对‘津春2号黄瓜幼苗干、鲜重积累起到促进作用。

2.3 腐胺浸种对Ca（NO3）2胁迫下黄瓜幼苗叶绿素含量的影响

由表1可以看出，与CK相比，Ca（NO3）2处理的‘津春2号黄瓜幼苗叶片中叶绿素a含量变化未达显著性水平，但叶绿素b和类胡萝卜素含量和叶绿素总量显著增加，增幅分别为96.83%、31.63%和24.29%;Put+Ca（NO3）2处理的‘津春2号黄瓜幼苗叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素总量分别比Ca（NO3）2处理降低了29.10%、31.45%、39.53%和31.60%。Put处理能够有效提高叶绿素a/b的比值，但在Ca（NO3）2胁迫下效果不明显。

Ca（NO3）2处理提高了‘津研四号黄瓜幼苗叶片中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和叶绿素总量的积累，与对照相比分别增加135.48%、131.00%、104.81%和129.49%，而Put+Ca（NO3）2处理有效降低该类物质在黄瓜叶片中的积累，与Ca（NO3）2处理相比，降低幅度分别为52.48%、46.75%、58.69%和52.48%。

2.4 腐胺浸种对Ca（NO3）2胁迫下黄瓜幼苗水势的影响

与CK相比，Ca（NO3）2处理的‘津春2号和‘津研四号黄瓜幼苗水势均显著降低，降幅分别为45.05%和163.56%;Put处理较CK显著增加‘津春2号黄瓜幼苗水势，‘津研四号的幼苗水势则与CK无显著差异;Put+Ca（NO3）2处理可有效缓解‘津春2号和‘津研四号黄瓜幼苗因Ca（NO3）2胁迫诱导的水势降低，与Ca（NO3）2处理相比，分别显著增加51.36%和39.16%（图3）。表明，腐胺浸种可有效缓解盐胁迫下黄瓜幼苗水势的变化。

2.5 腐胺浸种对Ca（NO3）2胁迫下黄瓜幼苗电解质渗透率的影响

由图4可以看出，与CK相比，Ca（NO3）2处理的‘津春2号黄瓜幼苗叶片和根的相对电导率均显著升高，分别增加123.12%和284.73%;而Put+Ca（NO3）2处理的叶片和根的相对电导率分别较Ca（NO3）2处理显著降低36.05%和21.77%。Ca（NO3）2处理下‘津研四号黄瓜幼苗的叶片和根的相对电导率比CK分别增加65.49%和133.17%;而Put+Ca（NO3）2处理的幼苗叶片和根相对电导率与Ca（NO3）2处理相比均显著降低，降幅达33.99%和22.42%。表明腐胺浸种可有效缓解Ca（NO3）2胁迫下黄瓜幼苗相对电导率升高的趋势。

2.6 腐胺浸种对Ca（NO3）2胁迫下黄瓜幼苗丙二醛（MDA）含量的影响

由图5看出，Ca（NO3）2处理的‘津春2号黄瓜幼苗叶片和根中的丙二醛含量均显著升高，较对照分别增长167.05%和44.71%;与Ca（NO3）2处理相比，Put+Ca（NO3）2处理的‘津春2号黄瓜幼苗叶片和根中的丙二醛含量分别降低35.75%和82.69%，差异达显著水平。与CK相比，Ca（NO3）2处理的‘津研四号黄瓜幼苗叶片和根中的丙二醛含量升高，分别增加184.64%和59.34%;Put+Ca（NO3）2处理的‘津研四号黄瓜幼苗叶片和根中的丙二醛含量较Ca（NO3）2处理分别显著降低57.80%和45.28%。表明腐胺浸种可有效缓解盐胁迫下黄瓜幼苗体内丙二醛含量的升高。

3 讨论

土壤次生盐渍化是设施农业面临的主要问题之一，盐胁迫严重影响植物的生长发育和能量代谢[7]。有研究发现，多胺与植物的生长发育、形态建成和胁迫反应等密切相关[8]。逆境中，多胺含量和比例的变化可促进细胞膜结构稳定[9]，提高植物抗氧化酶活性[10]，清除活性氧[11]，显著提高植物抗逆性。同时，外源多胺处理可以有效缓解盐胁迫造成的植物损伤[12]，这与本试验结果相一致。

本试验中，外源腐胺浸种处理有效缓解了盐胁迫下‘津研四号黄瓜幼苗株高、干重和鲜重的降低，同时促进‘津春2号黄瓜幼苗干、鲜重的积累。研究发现，施加低浓度硝酸钙可促进植物生物量的积累[13]，而75 mmol/L 高浓度Ca（NO3）2处理中，外源腐胺浸种对黄瓜幼苗生物量积累的促进作用可能是腐胺浸种促进黄瓜幼苗对硝酸钙吸收利用的缘故。

叶绿素是重要的光合色素，其含量和比例在一定程度上能反映植物同化能力[14]。研究表明，盐胁迫下叶绿素降解酶活性提高，叶片叶绿素含量显著降低[15]。本试验结果显示，盐胁迫处理下黄瓜幼苗叶片叶绿素含量上升，腐胺浸种却使其含量降低。推测原因可能是腐胺浸种一方面可促进幼苗叶片快速生长，降低叶绿素在叶片中的相对积累;另一方面，多胺易与叶绿素分子和蛋白质分子产生电性相吸，保护叶绿素分子和结合态蛋白的结构，促使类囊体膜稳定性提高[6]，导致叶绿素难以提取。

盐胁迫下黄瓜幼苗水势显著降低，而腐胺浸种有效缓解了该趋势。一方面，腐胺作为小分子渗透性溶质，能够进行渗透调节，减少植物组织水势的下降;另一方面，多胺能够调节细胞膜离子通道和细胞质Ca2+浓度来缓解盐胁迫伤害[16]。相对电导率变化与水势相对应，外源腐胺有效降低了盐胁迫造成的相对电导率升高，这与王强等[17]的试验结果一致。

盐胁迫会导致植物体内活性氧代谢紊乱，引起MDA含量上升。研究发现多胺含量变化能影响植物对逆境的抗性[18]。本试验通过外源腐胺浸种来影响植物体内多胺的代谢，有效缓解逆境造成的膜脂过氧化伤害，这与孟德云等[19]的试验结果一致，表明腐胺浸种有效提高了盐胁迫下黄瓜幼苗的耐盐性。

4 结论

综上所述，75 mmol/L Ca（NO3）2胁迫抑制黄瓜幼苗的正常生长发育，对耐盐性较弱的‘津春2号黄瓜幼苗的伤害更显著。0.5 mmol/L外源腐胺浸种处理可显著提高Ca（NO3）2胁迫条件下的黄瓜幼苗生物量的积累，抑制植物水势的降低，维持光合色素含量的稳定，减轻叶片和根系的膜脂过氧化程度，缓解Ca（NO3）2胁迫对黄瓜幼苗的伤害，而在缓解效果上，对‘津春2号黄瓜幼苗的缓解作用更明显。

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