水杨酸对PEG-6000胁迫下茄子种子活力和幼苗抗旱性的影响

2019-03-22张小微王玉萍

甘肃农业大学学报 2019年1期

张小微，王玉萍

(1.甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃兰州 730070；2.甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州 730070)

茄子(Solanummelongena)是茄科一年生草本植物，是一种主要的果菜类蔬菜作物，广泛种植于全国各地[1-3].茄子作为需水较多的蔬菜作物，探讨干旱胁迫下茄子生理指标的变化与抗旱机理，对于干旱气候条件下茄子抗旱栽培和大面积推广具有重要意义.

聚乙二醇-6000(PEG-6000)是一种具有较强亲水性的大分子聚合物，常被用作植物渗透调节剂来模拟干旱逆境[4].在PEG的渗透胁迫下，植物通过体内光合机制、渗透调节物质以及抗氧化酶活性等一系列变化来增强抗旱能力，以抵御各种生物和非生物胁迫[5].

水杨酸(salicylic acid，SA)广泛的存在于高等植物中，当植物受外界不良环境影响时，植物体会产生的一种内源信号调节小分子，该小分子化合物为酚类化合物，在诱导植物的抗逆性的生理代谢过程中发挥着重要作用[6].近年来，有关水杨酸提高植物抗旱性的研究较多.SA能够显著提高植物对干旱非生物逆境胁迫的抗性，在缓解植物逆境胁迫和提高作物产量方面应用前景非常广阔[7].研究发现，SA能提高甜瓜幼苗的抗旱性，主要原因在于SA可降低干旱胁迫下幼苗的MDA含量，缓解氧化损伤[8].关于水杨酸缓解蔬菜逆境胁迫方面的研究已有较多报道，但外源水杨酸对干旱胁迫下茄子的种子萌发和幼苗生长的影响以及能否降低干旱胁迫所造成的伤害程度，国内还未见报道.本试验研究了不同浓度水杨酸对PEG-6000胁迫下茄子种子萌发和幼苗部分形态生理指标的作用效果，旨在探索水杨酸能否增强茄子抗旱能力，为水杨酸作为抗旱剂的开发及茄子的节水栽培提供参考.

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料：2个长茄品种‘紫阳’长茄(A)和‘紫红’长茄(B)和2个圆茄品种‘快圆’茄(C)和‘黑茄王’(D)的新鲜种子.水杨酸和PEG-6000购自天津化学试剂公司，含量≥99.5%，分析纯(AR)试剂.

种子处理：选取籽粒饱满、大小一致的茄子种子，分成5份，每份150粒，置于55～60 ℃的热水中浸泡10 min，然后将种子分别用蒸馏水(CK)、0.5、1.0、1.5和2.0 mmol/L的SA浸种48 h，再用蒸馏水冲洗3次，室温下晾干备用.

种子萌发：将处理过的种子分别置于垫有2层滤纸的培养皿中，每皿50粒种子，并加8 mL 30%的PEG-6000[9]，置于人工气候培养箱中催芽，温度设为28 ℃/15 ℃(16 h/8 h)，3次重复.严格按照国家农作物种子检验规程[10]进行，每日定时详细统计种子发芽情况，用称重法补充蒸馏水，直到第14天.

幼苗培养：将上述获得的茄子幼苗移至装有干净蛭石和珍珠岩(体积比为3∶1)的塑料营养钵中，每隔3 a浇适量含30% PEG-6000的1/2 Hoagland(pH 6.5)营养液，于人工气候室中进行培养.培养条件为：光照12 h，26 ℃，光强为(600±15)μmol/(m2·s)白色荧光灯，黑暗12 h，18 ℃，相对湿度为75%.培养至3片真叶展开时，测定相关指标.

1.2 测定指标与方法

1.2.1 种子活力指标测定

发芽率(%)=规定发芽率测定天数内正常发芽的种子粒数/供试种子数×100%

发芽势=7 d正常发芽的种子数/供试种子数×100%

发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt)

式中，Gt为在时间t日内的发芽数，Dt为相应的发芽天数，α-淀粉酶相对活性的测定参照李合生[11]的方法.

1.2.2 幼苗生长指标的测定株高测定：用直尺测量植株茎最高部位距土面的高度.

叶面积测定：用方格纸计算法测量第3片真叶展开叶面积.

叶绿素含量测定：参照李合生[11]的方法.

干质量测定：挖取整个植株并洗干净，分为地上和地下两部分，置于105 ℃的烘箱中杀青1 h后转于55 ℃恒温下烘干48 h，待冷却后称其质量.

1.2.3 幼苗叶片生理指标的测定丙二醛(MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸比色法；超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定采用NBT光还原法；过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚氧化法；过氧化氢酶(CAT)活性的测定采用紫外吸收法；脯氨酸含量的测定采用磺基水杨酸法；可溶性糖含量的测定采用硫酸-蒽酮法.以上均参照《植物生理学实验指导》[12]进行.

1.3 数据分析与处理

试验中各数据均以平均数±标准差表示.数据应用Excel 2003和SPSS 19.0软件进行统计分析.采用单因素(One-way ANOVA)和Duncan法进行差异显著性分析(α=0.05).

2 结果与分析

2.1 SA浸种对干旱胁迫下茄子种子活力的影响

种子活力的强弱是界定种子抗逆性的关键指标之一.SA浸种对PEG-6000胁迫下不同茄子品种的种子发芽率、发芽势、发芽指数和α-淀粉酶相对活

性影响显著(表1).1.0 mmol/L SA浸种后，PEG-6000胁迫下4个茄子品种种子发芽率、发芽势、发芽指数和α-淀粉酶相对活性显著高于对照，并达最大值；其次，在SA浓度为0.5 mmol/L时，PEG-6000胁迫下的茄子种子发芽率、发芽势、发芽指数和α-淀粉酶相对活性较高；当SA浓度为2.0 mmol/L时，茄子种子发芽率、发芽势、发芽指数和α-淀粉酶相对活性均显著低于对照.同时，由表1可以看出，PEG-6000胁迫下的长茄类种子比圆茄类种子对SA的敏感性稍强.由此可见，低浓度的SA浸种，对PEG-6000胁迫下的茄子种子萌发有促进作用，浓度过高反而抑制种子萌发，其中1.0 mmol/L的SA浸种对干旱胁迫下茄子种子萌发促进作用最显著.

2.2 SA浸种对干旱胁迫下茄子幼苗生长的影响

不同浓度的SA浸种对PEG-6000胁迫下茄子幼苗的生长影响显著(表2).与对照相比，0.5～1.5 mmol/L的SA处理可以明显提高4个茄子品种幼苗的株高、叶面积、叶绿素含量、地上部分干重和地下部分干重.其中在SA浓度为1.0 mmol/L时，效果最佳，在SA浓度为0.5 mmol/L时，效果次之.当SA浓度为2.0 mmol/L时，4个茄子品种幼苗的株高、叶面积、叶绿素含量、地上部分干重和地下部分干重均低于对照.同时，从表2中可以看出，长茄类品种的幼苗生长情况较圆茄类好.由此可见，低浓度的SA浸种，对PEG-6000胁迫下的茄子幼苗的生长具有促进作用，浓度过高反而抑制幼苗生长，1.0 mmol/L SA浸种对干旱胁迫下茄子幼苗生长促进作用效果最佳.

表1 SA浸种对PEG-6000胁迫下茄子种子活力的影响

同列不同小写字母表示不同SA浓度间差异显著(P<0.05).

The different small letters in the same column indicate significant differences at 5% level.

表2 SA浸种对PEG-6000胁迫下茄子幼苗生长的影响

同列不同字母表示不同SA浓度间差异显著(P<0.05).

The different small letters in the same column indicate significant differences at the 5% level.

2.3 SA浸种对干旱胁迫下茄子幼苗叶片MDA含量的影响

不同浓度SA处理后，茄子幼苗叶片的MDA含量变化显著(图1).随着SA浓度的增加，4个品种的幼苗叶片MDA含量均表现出先下降后上升的趋势，SA浓度为1.0 mmol/L时，幼苗叶片的MDA含量最少，而当SA浓度为2.0 mmol/L时，幼苗叶片的MDA含量最高.由图1可以看出，圆茄类幼苗叶片的MDA含量普遍高于长茄类幼苗.由此可见，低浓度的SA使茄子幼苗叶片MDA含量减少，缓解干旱胁迫，而高浓度的SA使幼苗叶片MDA含量积累，会加剧胁迫程度.

2.4 SA浸种对干旱胁迫下茄子幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

干旱胁迫下，低浓度的SA可以显著提高茄子幼苗叶片的抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性(图2).SA浓度为1.0 mmol/L时，茄子幼苗叶片的SOD、POD和CAT活性均显著高于对照并达最大值.当SA浓度为2.0 mmol/L时，4个品种的茄子幼苗叶片的SOD、POD和CAT活性最低.同时也可以看出，圆茄类幼苗叶片的SOD、POD和CAT活性普遍低于长茄类.由此可见，适宜浓度(1.0 mmol/L)的SA浸种可以提高干旱胁迫下茄子幼苗叶片的SOD、POD和CAT活性，并达到较高水平，从而保证茄子幼苗在受干旱胁迫时，仍然能够进行正常的生长发育.

图1 SA浸种对PEG-6000胁迫下茄子幼苗叶片MDA含量的影响Figure 1 Effects of salicylic acid on seedling leaves MDA content of eggplant under PEG-6000 stress

2.5 SA浸种对干旱胁迫下茄子幼苗叶片脯氨酸含量的影响

SA能够影响干旱胁迫下茄子幼苗叶片的脯氨酸含量(图3).与对照相比，在SA的浓度为0.5～1.5 mmol/L时，4个茄子品种幼苗叶片的脯氨酸含量均表现出增加，并且当SA的浓度为1 mmol/L时，幼苗叶片的脯氨酸含量达到最高，其次是0.5 mmol/L的SA浓度下，幼苗叶片的脯氨酸含量较高.当SA的浓度为2.0 mmol/L时，茄子幼苗叶片脯氨酸含量最低.4个品种中，长茄类幼苗叶片的脯氨酸含量高于圆茄类.由此看出，低浓度的SA处理可以增加茄子幼苗叶片的脯氨酸含量，而高浓度具有抑制作用.

2.6 SA浸种对干旱胁迫下茄子幼苗叶片可溶性糖含量的影响

在干旱胁迫下，不同浓度的SA对茄子幼苗叶片的可溶性糖含量影响差异显著(图4).在4个品种中，随着SA浓度的增加，茄子幼苗叶片的可溶性糖含量均呈现先上升后下降的趋势，其中在SA浓度为1.0 mmol/L时，可溶性糖含量积累达到最大.在SA浓度为2.0 mmol/L时，可溶性糖含量为最小.同时，从图4可以看出，长茄类品种幼苗叶片的可溶性糖含量高于圆茄类品种.由此看出，在PEG-6000胁迫下，低浓度的SA有利于茄子幼苗叶片的可溶性糖的积累，在SA浓度为1.0 mmol/L时，效果最佳，而高浓度的SA抑制茄子幼苗叶片可溶性糖的积累.

A.SOD活性；B.POD活性；C.CAT活性.不同字母表示不同浓度间差异显著(P<0.05).A.SOD activity；B.POD activity；C.CAT activity.The different small letters indicate significant differences at the 5% level.图2 SA浸种对PEG-6000胁迫下茄子幼苗叶片抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性的影响Figure 2 Effects of salicylic acid on seedling leaves antioxidant enzymes (SOD,POD,CAT) activities of eggplant under PEG-6000 stress

图3 SA浸种对PEG-6000胁迫下茄子幼苗叶片脯氨酸含量的影响Figure 3 Effects of salicylic acid on seedling leaves proline content of eggplant under PEG-6000 stress

图4 SA浸种对PEG-6000胁迫下茄子幼苗叶片可溶性糖含量的影响Figure 4 Effects of salicylic acid on seedling leaves soluble sugar content of eggplant under PEG-6000 stress

3 讨论

干旱胁迫影响种子细胞膜透性，抑制种子的萌发，严重时会导致种子代谢紊乱甚至死亡.SA通过传递内源信号使细胞膜保持正常的渗透压，从而维持膜的结构与功能的完整来提高种子与幼苗在逆境下萌发与生长的能力[13].研究表明[14-15]，SA浸种处理可以有效缓解水分亏缺对夏枯草种子萌发及幼苗生长的抑制作用，提高种子发芽能力，促进幼苗生长.适宜的SA浓度能够促进种子的萌发，提高幼苗的抗旱性.张利霞等[14]研究发现，较低浓度(0.5～2.0 mmol/L)的SA可以提高干旱胁迫下夏枯草的发芽率等萌发指标，随着SA浓度升高其缓解效果也随之增加，当SA浓度为2.0 mmol/L时效果最佳，而在较高浓度(3.0 mmol/L)SA处理下，SA的缓解作用则下降.本研究发现，较低浓度(0.5～1.5 mmol/L)的SA浸种可以提高PEG-6000胁迫下茄子种子发芽率、发芽势、发芽指数和α-淀粉酶相对活性，并且1.0 mmol/L SA处理下达最大值，而在较高浓度(2.0 mmol/L)SA处理下，则具有抑制作用.表明适宜浓度的SA可以增加种子α-淀粉酶相对活性，提高种子质量促进种子萌发.

植株的株高、叶面积、叶绿素含量、生物量(地上部分干质量、地下部分干质量)可以作为植物在逆境条件下的综合反应.叶绿素通过参与植物光合作用来影响植物的生长发育，其含量也可反映植株遭受胁迫的程度[16].本研究中1.0 mmol/L SA处理明显增加了叶绿素含量，促进植物的光合作用，从而有利于干旱条件下茄子幼苗的株高、叶面积以及生物量的增加.

MDA是膜脂过氧化的产物，其含量的高低可以作为细胞膜系受损伤程度的指标之一，也是衡量植物抗性强弱最直观的反应指标.抗氧化酶活性的高低，是植物抗性强弱的重要体现[17].干旱胁迫下，植物细胞膜受到损伤，产生大量自由基，MDA含量升高，植物抗氧化保护酶SOD、POD和CAT活性增强，协同清除活性氧自由基，保护植物膜系统[17].干旱胁迫下，SA处理可增加相关抗氧化酶的活性，降低玉米根系的MDA含量[18].本研究发现，30% PEG-6000模拟干旱胁迫下，1.0 mmol/L SA浸种后，茄子幼苗的MDA含量较对照显著降低，SOD、POD和CAT活性升高，表明在干旱条件下，适宜浓度的SA通过激活抗氧化物酶来清除干旱胁迫下产生的自由基，保护植物细胞膜免受干旱带来的伤害，使其正常生长发育.

脯氨酸和可溶性糖在植物逆境胁迫中作为渗透调节剂对植物细胞起保护作用.干旱条件下，植物体内的脯氨酸含量增加，并且脯氨酸的含量与植物的抗旱性呈正相关[19].本研究结果表明，适宜浓度的SA浸种提高了干旱胁迫下茄子幼苗渗透调节物质(脯氨酸和可溶性糖)的含量，说明SA通过增加干旱胁迫下茄子幼苗的渗透调节物质来维持细胞内的水分，进而提高茄子幼苗的抗旱性，促进植物生长.