褪黑素对NaCl胁迫下油松叶绿素及抗氧化酶活性的影响

孙凤萍

（山西省林业和草原资源调查监测中心，山西 太原030012）

当前全球盐渍化耕地面积达到了全部耕地面积的20%[1]，我国盐渍化耕地面积也达到了9913万hm2[2]。NaCl胁迫会使植物膜系统受到破坏，影响植物的正常生长，严重时会导致植物死亡[3]。油松是我国很多山区造林和城镇绿化应用较多的树种之一，幼苗与成年树相比耐NaCl胁迫能力差，土壤的盐渍化严重影响了油松育苗工作和营林造林工作顺利进行[4]。褪黑素（melatonin，MT）1958年首次分离得到，可以缓解非生物胁迫下逆境对植物的伤害，提高植物抗逆能力[5]。褪黑素具有清除盐胁迫下植物体内多余活性氧的能力，同时提高抗氧化酶活性和渗透调节物质含量[1]，适宜浓度的褪黑素可以显著降低盐胁迫下芹菜的MDA含量，降低活性氧的危害[6]，提高植株对盐胁迫的耐受能力。杜卓[7]研究认为，褪黑素可以显著提高干旱胁迫下植物体内叶绿素含量，有利于提高植物光合能力和逆境适应能力，促进生长；杜天浩[8]研究认为，褪黑素显著提高了NaCl胁迫下番茄叶绿素含量和抗氧化酶活性，有利于植株清除多余的活性氧以降低NaCl胁迫对番茄的伤害；王丽英[9]研究认为，褪黑素提高了黄瓜植株内抗氧化物质含量，有效缓解了NaCl胁迫造成的膜脂质过氧化作用，显著提高了黄瓜的耐盐性；向警[1]研究认为，适宜浓度的褪黑素显著提高了NaCl胁迫下水稻幼苗的SOD、POD、CAT活性，增强了水稻抗氧化能力，缓解了NaCl胁迫造成的氧化损伤；张海文[10]研究认为，外源褪黑素可以提高油松抗氧化酶活性，但是外源褪黑素对NaCl胁迫下油松叶绿素含量和抗氧化酶活性变化的相关研究并未涉及。本文研究了不同浓度的褪黑素对NaCl胁迫下油松的叶绿素和抗氧化酶活性变化，以期为利用褪黑素缓解油松苗木NaCl胁迫提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年4月至7月在山西省林业和草原资源调查监测中心实验苗圃内进行。试验所选油松为2a生实生苗，该苗木于2018年3月2日浸种3d，3月6日播种入穴盘中，出苗后养护至6月20日，将苗木移栽入长×宽×高为35cm×30cm×35cm的塑料栽植盆内。每盆装土20kg，每盆栽1株。苗木生长期间正常养护，防止出现旱涝灾害及病虫危害。

1.2 试验设计

本试验共设5个处理，T1为空白对照，无NaCl胁迫和褪黑素，T2为NaCl胁迫对照，NaCl浓度为200mmol/L；T3为NaCl+低浓度褪黑素，NaCl浓度200mmol/L+50μmol/L褪黑素；T4为NaCl+中等浓度褪黑素，NaCl浓度200mmol/L+100μmol/L褪黑素；T5为NaCl+高浓度褪黑素，NaCl浓度200mmol/L+150μmol/L褪黑素。其中，T2、T3、T4、T5处理NaCl灌入量为2000mL/盆，分两次处理，即4月15日浇入1000mL，5月15日浇入1000mL。褪黑素共处理2次，第一次为4月22日至25日连续3d喷施，每天喷施量为50mL/株；第二次为5月22日至25日，每天喷施量为50mL/株，喷施时间为下午18：00以后。T1处理在4月15日和5月15日分别浇入1000mL的蒸馏水，T1、T2处理在4月22日至25日、5月23日至26日每天喷施50mL/株的清水。每处理共设置20盆，3次重复。整个试验期间防止病虫危害和旱涝灾害。

1.3 测定项目

分别于5月5日、5月20日、6月5日、6月20日取样，每处理选取6株油松苗木，每2株作为一个重复，剪取叶片2g，取0.5g用于测定叶绿素含量，其余叶片放入液氮中冷冻30min后转入-40℃冰箱中保存，用于测定抗氧化酶活性。其中，叶绿素含量测定采用浸提法[11]，SOD活性测定采用NBT还原法[12]，POD活性测定采用愈创木酚法[12]，CAT活性测定采用紫外吸收法[12]。各项指标分别测定5次，取平均值作为最后结果。

1.4 数据处理

图表制作及数据处理均使用Excel2010版软件，方差分析使用DPS7.05版软件。

2 结果与分析

2.1 褪黑素对NaCl胁迫下油松叶绿素a含量的影响

由图1可知：NaCl胁迫在整个试验期间均显著降低了油松叶片内的叶绿素a含量，褪黑素处理与NaCl处理相比显著提高了叶绿素a含量，不同浓度的褪黑素对叶绿素a含量的影响不同。整个试验期间，T4叶绿素a含量处于最高值，与T2处理相比分别提高了0.43mg/g、0.48mg/g、0.57mg/g、0.92mg/g，差异显著，表明100μmol/L褪黑素与NaCl处理相比显著提高了油松叶片内的叶绿素a含量。5月5日至6月5日，3个浓度的褪黑素处理叶绿素a含量处于同一水平，表明不同浓度的褪黑素在该时间段内不会对油松叶绿素a含量产生显著影响。6月20日，T4分别高于T1、T2、T3处理0.6 5mg/g、0.92mg/g、0.57mg/g，差异显著，表明100μmol/L与50μmol/L褪黑素处理相比在6月20日对提高叶绿素a含量效果达到了显著水平；T5低于T4处理0.16mg/g，无显著差异，表明褪黑素含量从T4提高至T5对叶绿素a含量的影响不显著。

图1 褪黑素对NaCl胁迫下油松叶绿素a含量的影响

2.2 褪黑素对NaCl胁迫下油松叶绿素b含量的影响

由图2可知：整个试验期间，NaCl处理与空白对照相比显著降低了油松叶片内叶绿素b含量，褪黑素处理与NaCl处理相比显著提高了叶绿素b含量，不同浓度褪黑素处理对叶绿素b含量的影响存在差异。整个试验期间，T4分别高于T2处理0.50mg/g、0.65mg/g、0.60mg/g、0.72mg/g，差异显著，表明100μmol/L褪黑素与NaCl处理相比具有显著提高油松叶片内叶绿素b含量的作用。整个试验期间T4均显著高于T1，表明该浓度的褪黑素与空白对照相比有显著提高油松叶片内叶绿素b含量的作用；T3、T5与T1之间无显著差异，表明这两个浓度的褪黑素与空白对照相比不会对油松叶绿素b含量产生显著影响。5月5日与6月5日，T3、T4、T5处理的叶绿素b含量处于同一水平，表明不同浓度的褪黑素在这两个时间点不会对叶绿素b含量产生显著影响；5月20日和6月20日，T4叶绿素b含量分别高于T3处理0.33mg/g、0.39mg/g，差异显著，表明在这两个时间点褪黑素浓度由100μmol/L降低至50μmol/L会显著降低油松叶片内叶绿素b含量。T5与T4之间无显著差异，表明褪黑素浓度由T4提高至T5不会对油松叶绿素b含量产生显著影响。

图2 褪黑素对NaCl胁迫下油松叶绿素b含量的影响

2.3 褪黑素对NaCl胁迫下油松SOD活性的影响

由图3可知：NaCl处理与空白对照相比显著提高了油松SOD活性，褪黑素处理与NaCl处理相比同样提高了油松叶片内SOD活性。从试验结果来看，5月5日至6月20日，T4与T2相比SOD活性分别提高了26.92%、24.42%、33.10%、32.44%，差异显著，表明100μmol/L的褪黑素与NaCl处理相比显著提高了油松叶片内SOD活性；T3与T2处理之间无显著差异，表明50μmol/L的褪黑素不能显著提高NaCl胁迫下油松的SOD活性；5月20日至6月20日，T4显著高于T3处理，表明褪黑素浓度从50μmol/L提高至100μmol/L会显著提高NaCl胁迫下油松叶片内的SOD活性；T5在整个试验期间均显著高于T2处理，表明150μmol/L的褪黑素同样可以显著提高NaCl胁迫下油松叶片内SOD活性；T5与T4之间无显著差异，表明褪黑素浓度从100μmol/L提高至150μmol/L不会对油松SOD活性产生显著影响。

图3 褪黑素对NaCl胁迫下油松SOD活性的影响

2.4 褪黑素对NaCl胁迫下油松POD活性的影响

由图4可知：NaCl处理与空白对照相比提高了油松叶片的POD活性，其中5月5日T2与T1之间无显著差异，5月20日至6月20日两个处理之间存在显著差异，表明NaCl胁迫会显著提高油松叶片内的POD活性。喷施褪黑素与NaCl处理相比，在整个试验期间均提高了油松叶片内POD活性，不同浓度的褪黑素对油松POD活性的影响存在差异。整个试验期间，T4与T2相比POD活性分别提高了48.29%、40.06%、36.48%、52.30%，差异显著，表明100μmol/L的褪黑素与NaCl处理相比会显著提高油松叶片内的POD活性。T3与T2相比分别提高了7.89%、12.80%、13.02%、20.17%，无显著差异，表明50μmol/L的褪黑素与NaCl胁迫处理相比不能显著提高油松叶片内的POD活性。5月5日和6月5日，T5分别高于T4处理0.43U/g、0.38U/g，无显著差异，5月20日和6月20日T5与T4之间无显著差异，表明褪黑素浓度从100μmol/L升高至150μmol/L不会对油松POD活性产生显著影响。

图4 褪黑素对NaCl胁迫下油松POD活性的影响

2.5 褪黑素对NaCl胁迫下油松CAT活性的影响

由图5可知：NaCl胁迫下，油松叶片内的CAT活性显著升高，褪黑素处理与NaCl处理相比显著提高了CAT活性，但是不同浓度的褪黑素对油松CAT活性影响存在差异。5月5日，T4比T2处理提高了18.42%，差异显著，T3、T5与T4之间无显著差异，表明不同浓度的褪黑素在处理后10d对油松CAT活性的影响处于同一水平，T3、T5与T2之间无显著差异，表明T3、T5在5月5日与T2相比不会对油松CAT活性产生显著影响。5月20日至6月20日，T4与T2相比分别提高了20.51%、28.08%、24.22%，差异显著，表明100μmol/L的褪黑素与NaCl处理相比会使油松叶片内CAT活性显著升高；T3分别低于T4处理4.71U/g、6.19U/g、7.05 U/g，差异显著，表明褪黑素浓度从100μmol/L降低至50μmol/L会使油松CAT活性显著降低；T5与T4之间无显著差异，表明褪黑素浓度提高至150μmol/L不会对油松叶片内CAT活性产生显著影响。

图5 褪黑素对NaCl胁迫下油松CAT活性的影响

3 讨论与结论

NaCl胁迫会直接影响植物的叶绿素代谢过程，长时间的NaCl胁迫会降低叶绿素的合成量和提高叶绿素降解速率，从而导致叶片内叶绿素含量降低[13]。本试验中，油松叶片内叶绿素a、b含量在NaCl胁迫下会显著降低，而褪黑素处理的叶绿素a和叶绿素b含量均显著升高，这与罗黄颖[14]的研究结果相似，分析原因认为可能与褪黑素可以缓解NaCl胁迫下叶绿素合成障碍，同时降低叶绿素降解速率有关。

植物在NaCl胁迫条件下体内产生大量的活性氧，从而使细胞膜遭受破坏和代谢紊乱，导致植物体早衰，甚至死亡[15]。植物在长期的进化过程中形成了一套清除过多活性氧的抗氧化酶系统，SOD、POD、CAT是植物体内最重要的3种抗氧化酶，对清除植物体内多余的活性氧和防止膜系统受到破坏起着重要作用[16]。本试验结果中，褪黑素处理与NaCl处理相比显著提高了油松叶片内的SOD活性，这与乔沛[17]的研究结果相似，表明褪黑素对提高植物体内SOD活性，降低NaCl胁迫危害具有重要作用。

从POD活性变化上来看，50μmol/L的褪黑素与100μmol/L处理相比显著降低了油松叶片内的POD活性，并且50μmol/L的褪黑素处理与NaCl胁迫处理的POD活性无显著差异，说明50μmol/L的褪黑素并未显著提高油松POD活性，这与陈莉[18]的研究结果不同，分析原因认为这可能与褪黑素对植物不同器官的作用存在差异有关。褪黑素浓度从100μmol/L提高至150μmol/L时，POD浓度在5月20日和6月20日表现出降低的变化，这与彭玲[19]的研究结果一致，说明高浓度的褪黑素会降低植物体内POD活性。CAT活性变化与POD相似，100μmol/L的褪黑素显著提高了NaCl胁迫下油松叶片内的CAT活性，这与何松榆[20]的研究结果一致，表明褪黑素可以显著提高NaCl胁迫下的油松叶片内抗氧化酶活性，防止活性氧的积累导致油松膜系统受到伤害，从而维持正常生理生化过程的进行。综上分析来看，100μmol/L的褪黑素可以显著提高NaCl胁迫下油松叶片内叶绿素含量和抗氧化酶活性。