盐胁迫下AM真菌对西瓜幼苗叶片防御酶和内源激素的影响

徐萌丽，杨俊华，谢宏鑫，李敏

(1.青岛农业大学菌根生物技术研究所，山东青岛266109；2. 青岛农业大学园艺学院，山东青岛266109；3. 聊城市农业农村发展服务中心，山东聊城252000)

盐胁迫会使细胞外Na+浓度升高，水势降低，从而抑制植物根细胞对水分的吸收，造成生理干旱[1]。植物会通过氧化调节、渗透调节等方式来适应盐胁迫带来的危害，当植物体处于盐胁迫下，细胞质中的渗透势会比外界环境高，为了避免水分的流失，植物体会积累一些可溶性的渗透调节物质，降低细胞的渗透势，维持细胞对水分的吸收[2]。植物体在盐胁迫条件下会产生许多活性氧，从而对膜系统造成氧化损伤，但植物体内存在活性氧清除系统，其中抗氧化酶是活性氧清除系统中比较重要的组分[3]。植物在逆境条件下会通过调节体内的多种内源激素水平来适应环境的变化。研究表明，生长素、赤霉素、脱落酸等内源激素与植物耐盐性息息相关[4-6]。因此在盐胁迫下防御性酶活性、渗透调节物质以及内源激素含量的变化与调控是植物缓解抑制的关键。

丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza，AM)真菌能辅助植物应对土壤盐渍化。AM真菌能够促进玉米(ZeamaysL.)、棉花(GossypiumhirsutumL.)、番茄(Solanumlycopersicum)、滇重楼(ParispolyphyllaSmith var.yunnanensis)部分激素的合成以促进植物生长发育[7-9]。AM真菌增加植物叶片内可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量，从而调节细胞膜内外的渗透势，减少盐胁迫中的渗透胁迫对植物的影响[10]；同时AM真菌还通过提高防御性酶的活性来缓解盐胁迫对植物的影响[11-12]。AM真菌能缓解多种植物如番茄、豇豆(Vignaunguiculata)、葡萄(Vitisvinifera)、大豆(Glycinemax)、水稻(Oryzasativa)、小麦(Triticumaestivum)和莴苣(Asparaguslettuce)等的盐胁迫[10-15]。

本研究通过对盐胁迫下AM真菌对西瓜幼苗防御酶活性、渗透调节物质和内源激素的影响进行分析，为进一步揭示AM真菌提高西瓜耐盐胁迫的机制奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试西瓜品种为‘京欣4号’(北京京研益农公司)。

花盆：为塑料花盆(9.7 cm×6.6 cm×9.0 cm)，用0.4%甲醛进行浸泡消毒。

栽培基质：河沙(青岛卓创实验室服务有限公司)，过10目口径筛后用流水反复冲洗20次，自然风干1 d，高压蒸汽灭菌锅内121 ℃灭菌2 h备用。

供试AM真菌菌剂：AM真菌菌剂为由三叶草扩繁的变形球囊霉(Glomusversiforme)，由青岛农业大学菌根生物技术研究所提供，每1 mL接种菌剂中约50个孢子。

1.2 试验材料的培养及处理

试验在青岛农业大学科技楼人工气候室(8: 00至22: 00光照，光照强度400 μmol·m-2·s-1，温度25 ℃；其余时间黑暗，温度16 ℃，全天湿度为50%)进行盆栽。

西瓜种子洗净后置于70%乙醇溶液浸泡灭菌5 min，蒸馏水冲洗4次后，30 ℃蒸馏水浸泡8 h，放到铺滤纸的培养皿中，于28 ℃恒温培养箱内催芽。西瓜种子露白后播种于装有400 g栽培基质的花盆内。

接种AM真菌处理的花盆，每盆接种50 mL AM真菌菌剂，未接菌的处理则加等量的灭菌菌剂和菌剂滤液，以保持营养物质和其他微生物区系的一致，并与基质混匀[16]。每盆播2～3个露白西瓜种子，出苗7 d后每盆保留1株，播种出苗后每3 d浇灌一次1/2 的Hoagland营养液，每盆150 mL。35 d后进行试验处理，试验设4个处理：对照(未盐胁迫且不接种AM真菌，C)、只进行盐胁迫(S)、只接种AM真菌(A)、盐胁迫且接种AM真菌(AS)，每个处理12次重复，完全随机排列。

盐胁迫处理，用以1/2的Hoagland营养液为溶剂配制成的100 mmol·L-1氯化钠溶液每3 d处理一次，未盐胁迫的处理浇灌等量的1/2的Hoagland营养液。共处理8次，处理结束后3 d取样测定。

1.3 指标测定与方法

各处理随机选取5株，选西瓜幼苗第4～5片叶，参考王学奎[17]的方法，采用氮蓝四唑法测定叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性，采用紫外吸收法测定过氧化氢酶(CAT)活性，采用酸性茚三酮比色法测定脯氨酸含量。

采用三重四级杆液质联用仪(LC/MSD XT，安捷伦，USA)测定西瓜幼苗叶片内源激素吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA)、玉米素核苷(ZR)和脱落酸(ABA)的含量[18-19]。

1.4 数据统计与分析

试验数据采用SPSS 11.5处理，采用Microsoft Excel 2019制图。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下AM真菌对西瓜幼苗叶片防御酶活性的影响

由图1可知，非盐胁迫条件下，接种AM真菌的处理西瓜幼苗叶片SOD和CAT活性与对照(C)差异不显著，酶活性水平均较低。无论是否接种AM真菌，盐胁迫下西瓜幼苗叶片SOD和CAT活性均显著提高。只进行盐胁迫(S)的西瓜幼苗叶片SOD和CAT活性显著高于对照，分别比对照增加了15.7%和13.8%；而盐胁迫下接种AM真菌(AS)的幼苗叶片SOD显著高于未接种处理(S)，比未接种处理增加了17.3%。表明在盐胁迫下，AM真菌能提高西瓜幼苗防御酶活性，从而提高西瓜幼苗对盐胁迫的抗性。

图1 盐胁迫下AM真菌对西瓜幼苗叶片防御酶SOD(A)和CAT(B)活性的影响Fig. 1 Effect of AM fungi on defense enzyme activity of SOD(A) and CAT(B) in watermelon seedling leaves under salt stress注：图中柱上不同小写字母表示不同处理在P<0.05水平上差异显著，下同。

2.2 盐胁迫下AM真菌对西瓜幼苗叶片脯氨酸含量的影响

由图2可知，非盐胁迫条件下，接种AM真菌的西瓜幼苗叶片脯氨酸含量与对照差异不显著。盐胁迫条件下，无论是否接种AM真菌，西瓜幼苗叶片的脯氨酸含量均显著高于未胁迫处理。只进行盐胁迫处理的西瓜幼苗叶片脯氨酸含量比对照增加了100.0%，而盐胁迫下接种AM真菌的叶片脯氨酸含量分别比C、AM和S处理增加 180.0%、133.3%和44.2%，差异显著。表明AM真菌能显著提高盐胁迫下西瓜幼苗叶片渗透物质含量。

图2 盐胁迫下AM真菌对西瓜幼苗叶片脯氨酸含量的影响Fig. 2 Effect of AM fungi on proline content in watermelon seedling leaves under salt stress

2.3 盐胁迫下AM真菌对西瓜幼苗叶片内源激素含量的影响

由图3可知，非盐胁迫条件下，接种AM真菌处理西瓜幼苗叶片GA、IAA和ZR含量显著高于对照，而ABA含量显著低于对照。盐胁迫条件下，无论是否接种AM真菌，幼苗叶片GA和IAA含量均显著低于未胁迫处理，而ABA含量均显著高于未胁迫处理。盐胁迫下接种AM真菌的幼苗叶片GA和IAA含量显著高于只进行盐胁迫处理，分别比S处理增加22.9%和21.9%，并且，AS处理的GA/ABA、IAA/ABA的比值高于S处理；AS和S处理的ABA和ZR含量差异不显著。

2.4 AM真菌对盐胁迫下西瓜叶片测定生理指标的双因子方差分析

本试验通过对AM真菌和盐胁迫进行双因素方差分析可知(表1)，接种AM真菌能极显著提高西瓜幼苗叶片SOD和CAT活性以及脯氨酸含量，显著提高ABA含量。盐胁迫对CAT活性和ABA、GA、IAA含量影响极显著，对SOD活性和ZR含量影响显著。而AM真菌和盐胁迫处理二者交互作用对脯氨酸和GA含量影响极显著，对SOD活性和ABA含量影响显著。

A.吲哚乙酸含量；B.玉米素核苷含量；C.赤霉素含量；D.脱落酸含量A.Indole acetic acid content；B.Zeatin nucleoside content；C.Gibberellin content；D.Abscisic acid content图3 盐胁迫下对AM真菌西瓜幼苗叶片内源激素含量的影响Fig. 3 Effects of AM fungi on endogenous hormone content in watermelon seedlings leaves under salt stress

表1 AM真菌和盐胁迫对西瓜叶片抗氧化酶活性、脯氨酸和激素含量影响的方差分析(F值)Table 1 Two-factor variance analysis of the effects of AM fungi and salt stress on antioxidant enzyme activity,proline and hormone contents in watermelon seedling leaves (F Value)

3 讨论

盐胁迫导致植物体内的代谢紊乱，使得植物的氧化还原系统受到破坏，会使植物细胞内的活性氧物质大量积累并引起脂质过氧化，影响植物的光合作用，为了应对盐胁迫，植物会产生抗氧化酶清除胁迫条件下积累的活性氧[20-22]。SOD和CAT就是其中两个较为关键的抗氧化酶。在本研究中，接种AM真菌可以增强西瓜幼苗叶片在盐胁迫下SOD和CAT的活性，这与Tigka等[15]研究的在盐胁迫下接种AM真菌对莴苣抗氧化酶影响的结果一致。分析认为AM真菌可以通过加强抗氧化酶活性来启动对活性氧自由基的防御反应，从而保持盐胁迫下菊苣[15]、凤梨[22]、水稻[23]、生菜[24]等植物抗氧化还原系统的活性，增加稳固氧化还原稳态[22]。同时SOD和CAT也可作为盐胁迫条件下植物保持叶片膨压的溶质[20]。

脯氨酸作为一种小分子渗透保护物质，在植物抵御各种逆境胁迫中发挥重要的作用。其可以作为渗透调节剂、活性氧清除剂、氧化还原平衡剂及蛋白质和亚细胞结构稳定剂等[25-27]。本研究表明，盐胁迫下接种AM真菌，西瓜叶片的脯氨酸含量显著高于未接种处理，这表明AM真菌在西瓜幼苗抵御盐胁迫过程中起了积极作用，这与在盐渍条件下接种AM真菌雌桑树生物量积累以及脯氨酸浓度增加的报道一致[27]。

植物在逆境环境下会通过调节体内的多种内源激素水平来适应环境的变化，盐胁迫会使植物体内激素含量发生变化[6, 28-30]。本试验中，在盐胁迫条件下西瓜幼苗中ABA的含量显著增高，这可能与ABA作为信号分子，调控其他激素的响应有关。ABA作为信号转导物质，胁迫条件下植物会大量合成ABA，从而使第二信使Ca2+浓度增加，来调控其他激素以及脯氨酸等渗透调节物质合成以缓解盐胁迫的影响[4, 28-29]。盐胁迫条件下，接种AM真菌处理的西瓜叶片IAA、GA和ZR含量比未接种的显著增加，这支持了贺忠群等[30]研究的盐胁迫下接种AM真菌能显著增加植物的IAA、GA和ZR含量的观点。这可能是因为在盐胁迫条件下，植物通过增加IAA和GA的含量促进植株细胞分裂和生长来应对逆境[5]。

盐胁迫引起了西瓜抗氧化酶活性的升高，但长时间的盐胁迫使西瓜的抗氧化系统受到破坏，活性氧产生系统与活性氧清除系统的动态平衡被打破，而接种AM真菌可以促进西瓜抗氧化酶活性的提高，缓解西瓜的氧化胁迫。同时，接种AM真菌调节了西瓜幼苗内源激素的水平，从而促进西瓜幼苗在盐胁迫下的生长。