外源褪黑素对盐胁迫下苦菜幼苗生长的影响

郭爱华

(吕梁学院生命科学系，山西吕梁 033000)

苦菜(L.)为菊科(Compositae)苦苣菜属()草本植物，是一种常在土壤休耕期间利用其储存的宝贵水分进行生长的野生资源，原产于欧洲、非洲北部、亚洲，在我国大部地区均有分布。苦菜含有多种活性成分(黄酮类槲皮素、芹菜素、芸香苷、脂肪酸、酚酸、糖苷、倍半萜内酯)及其苷类化合物、甾体，味甘略苦，既可作为蔬菜食用，又可作为中药材治疗疾病，具有较高的抗氧化及抑菌活性。研究发现，苦菜提取物对K562、HepG-2等肿瘤细胞有抑制作用，可防治癌症，有显著的镇痛作用和良好的抗胃溃疡、抗溃疡性结肠炎活性。Su等研究发现，苦菜对臭氧较敏感，可作为臭氧的指示生物。由此可见，对苦菜资源的良好利用和开发是提高其经济收益的有效措施。

人为作用引起的盐渍化，又称为次生盐渍化，对土壤有不同程度的影响。目前，土壤盐渍化日益严重，已经成为制约经济植物发展的瓶颈，植物体内积聚盐分后会影响植株形态建成，使光合作用降低、发生过氧化作用、膜系统损伤、渗透调节物质失去平衡等，对其有效改善和缓解已成为众多学者面临的严峻课题。褪黑素(melatonine，MT)，又名-乙酰基-5-甲氧基色胺(-acetyl-5-metoxytriptamine)，是一种重要的第二信使分子，在生物胁迫与非生物胁迫中起着各种作用。在甜瓜、番茄、甜叶菊等植物中，外源褪黑素能够显著促进其种子萌发及植株生长发育，通过修复线粒体，减轻活性氧、非生物和生物应激引起的细胞损伤，促进光合作用，最终提高植物的抗逆性。本研究旨在研究外源褪黑素对盐胁迫后苦菜幼苗在生长发育、光合色素、膜质、抗氧化酶活性、渗透调节等方面的作用，为解决盐渍化及进一步阐释褪黑素的分子机制提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

挑选籽粒饱满的琪龙牌苦菜种子，浸种6 h后，摆放在铺有2层湿纱布的培养皿中，每皿摆放30粒，在25 ℃培养箱中水培。

1.2 盐胁迫处理

苦菜种子萌发后3 d，分别用0.1、0.2、0.3、0.4 mol/L NaCl溶液处理幼苗7 d，以清水处理为对照，根据根长、叶长、鲜质量、叶绿素含量，选择胁迫较明显的处理组的浓度作为后期盐胁迫处理浓度。

1.3 褪黑素处理

幼苗盐胁迫处理1周后加入0、25、50、75、100 μmol/L 外源褪黑素，处理5 d后检测各项指标，每个处理重复3次。

1.4 指标的测定

选取长势一致的3株幼苗，测量平均叶长、根长、鲜质量。

叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量的测定参考《植物生理学实验指导》。丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法(thiobarbituric acid，TBA)测定；电导率的测定参考Wang等的方法；过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法；SOD活性采用酶联免疫法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定；可溶性总糖含量采用蒽酮比色法进行测定；脯氨酸含量采用酸性茚三酮法进行测定。

数据统计使用Excel 2010，作图使用Origin 2019，数据分析用SAS 8e。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫处理对苦菜幼苗的影响

用不同浓度的盐对苦菜幼苗进行胁迫处理，其根长、叶长、鲜质量及光合色素含量见图1。可以看出，与未经盐处理的幼苗相比，0.1、0.2 mol/L盐处理可显著提高幼苗根长、叶高、鲜质量、叶绿素a含量、叶绿素b含量。用0.3 mol/L盐处理苦菜幼苗后，各项指标均下降，除鲜质量、叶绿素a含量外，包括类胡萝卜素含量在内的各指标都与对照组间差异显著，说明0.3 mol/L以上浓度的盐会显著影响苦菜幼苗的生长发育，但又不至于使植株完全失活，因此选用0.3 mol/L盐胁迫处理幼苗进行后期试验。

2.2 褪黑素对苦菜幼苗生长发育的影响

用0.3 mol/L盐胁迫处理幼苗后，再用不同浓度的褪黑素处理。由图2可以看出，25～50 μmol/L外源褪黑素可显著提高幼苗根长、叶长、鲜质量，与0 μmol/L处理组相比，50 μmol/L处理组分别使幼苗根长、叶长、鲜质量提高了77%、35%、24%。用大于50 μmol/L浓度的褪黑素处理后，幼苗的生长指标降低。由此可见，由于苦菜幼苗较弱小，低浓度的外源褪黑素即可显著促进其生长发育。

2.3 褪黑素对苦菜光合色素含量的影响

对褪黑素处理后的苦菜幼苗中的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等光合作用色素的鲜质量含量进行测定。由图3可见，幼苗中的叶绿素a、叶绿素b的鲜质量含量有先升高后下降的趋势，在 50 μmol/L 褪黑素处理下，叶绿素a的鲜质量含量达到最大值(0.94 mg/g)，在75 μmol/L褪黑素处理下，叶绿素b的鲜质量含量达到最大值(0.66 mg/g)，且与50 μmol/L褪黑素处理组间的差异不显著。类胡萝卜素含量随着褪黑素浓度的增大而增加，尤其是当褪黑素浓度大于50 μmol/L后，其含量显著增加，与幼苗显著变成黄色紧密相关。

2.4 褪黑素对苦菜膜质的影响

对外源褪黑素处理后的苦菜幼苗中的丙二醛含量、相对电导率进行测定。由图4可见，二者均有先降低后升高的趋势。较低浓度(如25 μmol/L)褪黑素处理即可显著降低经盐胁迫处理后苦菜幼苗的丙二醛含量、相对电导率，分别较对照显著降低了4.9%、14.3%。50 μmol/L 褪黑素处理组的幼苗丙二醛含量、电导率分别显著降低了10.3%、20.5%。75 μmol/L褪黑素处理的幼苗丙二醛含量和相对电导率均升高，其电导率与0 μmol/L褪黑素处理组间差异显著。由此可见，低浓度褪黑素处理即可显著提升质膜功能，以降低膜所受损伤。

2.5 褪黑素对苦菜抗氧化酶活性的影响

经褪黑素处理后的苦菜幼苗POD、SOD活性见图5。当褪黑素浓度小于75 μmol/L时， POD、 SOD活性均显著提高，其中当褪黑素浓度为50 μmol/L时，POD、SOD活性达到最大值，分别较对照组提高了36.6%、20.5%，并且与对照组之间差异显著。当褪黑素浓度达到100 μmol/L时，2种抗氧化酶活性反而降低。

2.6 褪黑素对苦菜渗透调节的影响

从图6可以看出，25、50 μmol/L褪黑素均可显著提高可溶性蛋白含量，分别较0 μmol/L处理组增加了25.4%、34.1%。当褪黑素浓度大于75 μmol/L时，显著降低了可溶性蛋白含量。当褪黑素浓度小于75 μmol/L时，显著增加了苦菜幼苗的可溶性糖含量，其增幅在4.0%～29.5%之间。不同浓度褪黑素对苦菜幼苗脯氨酸含量的影响呈现先升高再降低的趋势，浓度小于75 μmol/L的褪黑素处理均提高了脯氨酸含量，并且不同处理组之间差异显著。当褪黑素浓度达到100 μmol/L时，不仅显著降低了可溶性蛋白、可溶性糖含量，并且显著降低了脯氨酸含量。

2.7 不同浓度褪黑素对各测定指标影响的相关性

由表1可以看出，植物生长指标根长与叶长、鲜质量、叶绿素a含量、叶绿素b含量均呈显著正相关；类胡萝卜素、丙二醛、电导率与生长发育指标呈较大的负相关；抗氧化酶活性及渗透调节物质含量基本与生长发育指标呈显著正相关。

表1 各检测指标之间的相关性分析

3 讨论

苦菜作为药食同源的野生植物资源，具有绿色、天然、环保等优点，而且其商业开发价值较高，种子萌发时对温度范围的要求广泛，在5～35 ℃均可萌发，其生长对环境条件的要求不高，春、夏、秋季均可获取，而且可作为环境指示生物之一。苦菜在中药材方面的应用已有2 000多年的历史，由于其含有低分子抗氧化剂(萜类、黄酮、酚酸、甾体等)中草药成分，因此相关临床研究逐渐增多，为揭示其分子机制奠定了基础。

用0.1、0.2、0.3、0.4 mol/L NaCl溶液处理苦菜幼苗后，通过对其根长、叶长、鲜质量、叶绿a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量等指标的检测，发现低浓度盐可促进植株生长，大于0.3 mol/L浓度的NaCl溶液对苦菜幼苗的胁迫作用较显著。植物响应盐胁迫可通过多种生化和分子机制，在植株上表现为控制离子运输、光合途径以及抗氧化酶活性、植物激素水平、膜质成分等方面的变化。缓解盐胁迫是提高经济植物产量、进行有效开发利用的前提和保证。

大量研究发现，褪黑激素在植物对盐胁迫的反应中起着重要作用。本研究使用不同浓度褪黑素对盐胁迫后的苦菜幼苗进行处理，发现在生长发育及生理方面，褪黑素可有效缓解幼苗遭受的盐胁迫；25 μmol/L褪黑素即可调节膜质物丙二醛及其相对电导率，增强其抵抗力，降低膜损伤；上调抗氧化酶活性，以消除活性氧物质；增强渗透调节功能，有效改善渗透不平衡现象，防止细胞脱水。这与外源褪黑素处理提高盐胁迫后玉米幼苗的结果相似，此外，褪黑素还可有效抵抗多种生物及非生物胁迫，如重金属、干旱胁迫等。褪黑激素主要通过2种途径增强植物对盐胁迫的抗性，一种是通过直接途径，如直接清除活性氧，另一种是通过间接途径提高抗氧化酶活性、光合效率和代谢物含量，以及调节与胁迫相关的转录因子。