表油菜素内酯对NaCl胁迫下马铃薯生长和块茎品质的影响

唐鑫华 孟 欣 石 忆 高红秀 曲自成 张 浩 石 瑛

(东北农业大学 农学院，哈尔滨 150030)

盐渍化土壤在世界范围分布很广，面积已达10亿hm2，由于全球气候变暖和农业生产方式等因素的影响盐渍化土壤面积仍在增加[1-2]。而我国盐碱地总面积达9 913万hm2，呈面积大、分布广和类型复杂的特点，是制约我国农业可持续发展的重要因素之一[3]。土壤含盐量在0.2%～0.5%即不利于作物的生长，含盐量超过0.6%将严重影响作物生长[4-5]。盐胁迫严重制约农作物生长，可显著影响作物种子的发芽时间、整齐度和活力[6-7]，其通过作用细胞分裂和伸长进而抑制细胞的生长，造成开花时间缩短和老化加速等，并导致作物营养发育缓慢和生殖发育受抑[8-9]；盐胁迫下作物细胞脂膜稳定性降低、活性氧积累增加、离子平衡打破，叶片光合作用下降[10-11]，并导致作物产量降低和品质下降[12-14]。

马铃薯是仅次于玉米、水稻和小麦的世界第四大粮食作物；我国已启动马铃薯主粮化战略，马铃薯将逐渐成为我国第四大主粮作物[15]。目前世界马铃薯平均单产为18.91 t/hm2，而我国平均单产为15.41 t/hm2仅为世界同期水平81.5%，较荷兰等马铃薯种植业强国差距很大[15-17]。马铃薯属于盐敏感型作物，盐胁迫造成马铃薯出苗率降低、生长缓慢、产量下降、品质降低[18-19]。

表油菜素内酯(Epibrassinolide，EBR)是人工合成的高活性油菜素内酯类似物，一种新型植物生长调节物质，同样具有调控植物生长和增强抗逆性的功能，能够提高作物单位面积产量和提升作物品质[20-21]。已有研究表明在盐碱胁迫下外源EBR可提高大豆、玉米和甜菜等抗氧化酶活性、降低活性氧的积累、增强幼苗耐盐碱胁迫的能力[22-24]。外源喷施EBR在一定程度上能缓解盐碱胁迫对作物生长的不利影响，抑制盐胁迫下叶片叶绿素含量和净光合速率下降幅度，避免植物受到严重的伤害[25-30]。目前，应用EBR缓解马铃薯盐害的研究鲜见报道。本研究以盆栽种植的马铃薯品种‘尤金’、‘东农310’和‘东农312’为研究材料，向基质施加NaCl模拟轻度土壤盐渍化，喷施EBR以期缓解NaCl胁迫处理对马铃薯生长的影响，旨在对外源激素在作物抗逆响应中的功能进行评价，以期为降低土壤盐渍化对马铃薯生产的影响提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试验地点

盆栽试验马铃薯品种为早熟品种‘尤金’(出苗到成熟约70 d)、中晚熟品种‘东农310’和‘东农312’(出苗到成熟约90 d)[31-33]，种薯级别为原种1代。试验用表油菜素内酯(EBR，CAS:78821-43-9)生产于美国Amresco公司，纯度98%以上。盆栽试验地点在东北农业大学校内马铃薯盆栽场地。

1.2 试验设计

选取壮龄种薯、质量均匀，播种前20 ℃、散色光催芽15 d；2019年5月8日播种，室外通风网棚盆栽种植、每盆播种1粒整薯。盆栽所用盆规格为高26.0 cm、上部内径33.0 cm，土壤至盆上沿3.0 cm。黑钙土和草炭土按照体积比4∶1均匀混合，土壤溶液的pH 6.58、裂解氮195.3 mg/kg、速效磷42.7 mg/kg、速效钾239.5 mg/kg、总铁1.172 mg/kg、有机质74.6 g/kg。基肥为尿素(N 460 g/kg)、磷酸二铵(N 180 g/kg，P2O5460 g/kg)和硫酸钾(K2O 500 g/kg)，用量分别为1.50、2.25和3.00 g/盆，播种时施入。使用土壤水分快速测定仪TZS-1K-G(杭州托普仪器有限公司)测定基质水分，人工浇灌，保持基质水分含量适当至各品种收获前10 d。

各品种选取长势一致的植株于6月28日进行试验，设置4个处理：处理A、B和C基质施加20 g/L NaCl溶液1.0 L(模拟基质轻度盐渍化)[18-19，34-35]，CK基质均匀浇入1.0 L蒸馏水；同时，处理B和C植株叶片分别喷施0.02和0.10 mg/L EBR至叶片正反面湿润且不流淌，CK和处理A叶片喷施蒸馏水，具体用量见表1，每个品种的各处理为12盆。于处理前当日取样测定指标，6月28日记为第0天，处理后每隔14 d取样测定指标：7月13日(第15天)、7月28日(第30天)、8月12日(第45天)；并于8月23日收获‘尤金’、9月9日收获‘东农310’和‘东农312’。

表1 不同处理添加NaCl质量和喷施EBR浓度Table 1 Supplemental amount of NaCl and EBR spraying concentration under different treatments

1.3 测定项目及方法

各处理于第 0、15、30和45天的7：00—11：00，选取植株最高分枝上部的第3、4片叶(每个品种、每个处理各取3株)，用Tang等[36-37]方法测定叶片SOD活性和MDA含量，用日本柯尼卡美能达公司SPAD-502叶绿素仪测定上、中和下部叶片的SPAD，用德国 WALZ公司PAM-2500叶绿素荧光仪测定叶片Fv/Fm，用日本日立公司的Z-2000原子吸收分光光度计测定块茎的Zn、Fe、Mn、Cu、K矿质元素含量[37]。于成熟期每个处理收获6株，清除块茎表面泥土等杂质，测定单株产量。将样品切成1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm的小块，置于烘箱105 ℃杀青，而后80 ℃下加热干燥，至恒重为止[39]。

淀粉含量(g/kg)=(干物质含量-57.5)×(1-0.015)

(1)

单株淀粉含量(g)=淀粉含量×单株产量

(2)

式中：57.5为干物质中纤维素、蛋白质和脂肪等含量，g/kg；0.015为糖分所占比值。

1.4 数据分析处理

应用Excel 2013记录数据、SPSS Statistics 19进行数据分析、GraphPad Prism 5制图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对叶片的SOD活性的影响

由表2可知，3个品种马铃薯在4个取样期叶片的SOD活性均呈现“先升高后降低”的趋势，且处理间差异显著。处理A中‘尤金’叶片SOD活性在第15、30和45天分别较CK 降低10.93%、7.65%和26.80%；而处理B和C在第15 d分别较CK高 24.58% 和36.56%，在第45天分别较CK高 674.96%和52.81%。处理A中‘东农310’叶片SOD活性在第15和45天较CK分别低 6.93%和14.53%；而处理B在第15和45天分别比CK 高19.12%和155.70%。处理A中‘东农312’叶片SOD活性在第15、30和45天分别比CK低 11.95%、22.82%和6.41%，而处理B在第45天比CK 高240.56%、处理C在第15和45天分别比CK高 7.35%和83.44%。综上，NaCl处理后马铃薯叶片SOD活性下降，而喷施EBR可减缓叶片SOD活性的下降，0.02 mg/L EBR效果更明显。

2.2 不同处理对叶片MDA含量的影响

由表3可知，3个品种在取样期内叶片的MDA含量呈现逐渐升高的趋势。处理A中‘尤金’叶片MDA的含量在第15、30、45天分别较CK高66.86%、77.09%、70.13%，而处理B在第15、30、45天分别比CK高14.41%、29.64%、28.26%，处理C在第30和45天分别比CK高79.36%和76.92%。NaCl胁迫下，3个品种处理A、B、C叶片的MDA含量较CK显著增加，但处理B的增幅较小。处理A中‘东农310’叶片的MDA含量在第15、30、45天分别比CK高13.73%、7.84%、11.79%，而处理B在第15、30、45天分别比CK低18.30%、16.99%、26.24%，处理C在第15天比CK低11.11%。处理A中‘东农312’的叶片MDA含量在第15和45天分别较CK高35.66%和81.85%，而处理B在第30天较CK低28.02%、在第45天较CK高41.94%，处理C在第45天较CK高51.61%。综上，NaCl胁迫造成马铃薯叶片的MDA含量上升，施用EBR可抑制MDA含量的升高，减缓NaCl胁迫对马铃薯叶片造成的伤害。

2.3 不同处理对叶片SPAD的影响

由表4可知，处理A中，3个品种的叶片SPAD在第15、30、45天均低于CK，其中‘尤金’叶片的SPAD在第15、45天分别较CK 低14.58%、8.73%，‘东农310’ 处理A在第15天较CK低 5.95%，‘东农312’处理A在第15、30、45天分别较CK低 9.79%、5.65%、7.03%。而3个品种处理B在第15、30、45天的SPAD均高于处理A，其中处理B 中‘尤金’在第30、45 天分别较处理A高26.68%、17.38%；‘东农310’ 处理B在第15、30天比处理A 高15.03%、7.06%；‘东农312’处理B在第30天较处理A高 17.30%。综上，NaCl处理引起马铃薯叶片SPAD降低，施用EBR可使NaCl胁迫下马铃薯植株叶片SPAD升高，浓度为0.02 mg/L EBR效果更为显著。

表2 不同处理马铃薯叶片SOD活性Table 2 SOD activity of potato leaves under different treatments U/(g·min)

表3 不同处理马铃薯叶片MDA含量Table 3 MDA content in leaves of potato under different treatments mmol/g

表4 不同处理下马铃薯叶片的SPADTable 4 SPAD of potato leaves under different treatments

2.4 不同处理对马铃薯叶片的Fv/Fm的影响

由表5可知，处理A中3个品种的叶片Fv/Fm在第15、30和45天均低于CK；其中‘尤金’在第15、30、45天分别比CK低5.96%、7.06%、4.74%；‘东农310’在第15和30天较CK低 3.26%和3.73%，‘东农312’在第45天较CK低 2.25%。B处理中3个品种的叶片Fv/Fm在第15、30、45天均高于处理A；其中‘尤金’在第15和30天分别较处理A高7.05% 和10.26%，‘东农310’在第15、30、45天分别较处理A 高8.70%、3.61%、5.55%，‘东农312’在第15天比处理A高3.74%。结果表明，NaCl处理已对马铃薯植株造成非生物逆境胁迫，叶片Fv/Fm显著下降，施用EBR可缓解NaCl胁迫的不利影响，施用0.02 mg/L EBR可显著提高NaCl胁迫下马铃薯叶片的Fv/Fm。

2.5 不同处理对马铃薯块茎中矿质元素含量的影响

由表6可知，处理A中‘尤金’、‘东农310’和‘东农312’的块茎Fe含量分别比CK低22.97%、46.43%和25.53%，K含量分别比CK低35.60%、34.84%、41.67%。而喷施EBR后，处理B中块茎的Fe含量均高于CK，处理B、C块茎的Fe含量均显著高于处理A；处理B、C块茎的K含量高于处理A，其中‘尤金’处理C比处理A高116.17%，‘东农310’处理B、C分别较处理A高247.46%、257.61%，‘东农312’处理B、C分别较处理A高137.91%、107.14%。处理A中，3个品种块茎的Zn含量均高于CK，其中‘东农310’和‘东农312’较CK高29.93%和18.91%；处理B、C块茎的Zn含量均显著高于处理A。3个品种处理A的块茎Mn含量分别较CK高44.20%、21.59%和40.50%。综上，NaCl胁迫下块茎的Zn、Mn含量增加，而Fe、K含量降低，施用EBR可显著提高NaCl胁迫下马铃薯块茎中Fe和K的含量。

2.7 不同处理对单株产量和块茎品质的影响

由表7可知，处理B中，‘尤金’、‘东农310’和‘东农312’的单株产量分别比处理A高26.19%、19.53%、7.69%；‘尤金’CK的单株产量最高。3个品种处理A的块茎干物质含量、淀粉含量和单株淀粉含量均显著低于CK，而处理B的这3项指标均显著高于处理A。在单株淀粉含量方面，‘尤金’、‘东农310’、‘东农312’处理A比CK分别下降52.15%、32.48%、7.63%，而处理B比处理A分别提高26.18%、19.03%、27.85%。综上，NaCl胁迫下，块茎干物质含量、淀粉含量和单株淀粉含量均有所降低，而喷施适当浓度EBR可缓解盐胁迫对马铃薯块茎品质和产量的不利影响，能显著提高单株产量、块茎干物质含量、淀粉含量和单株淀粉含量。

表5 不同处理下马铃薯叶片的Fv/FmTable 5 Fv/Fm of potato leaves under different treatments

表6 不同处理下3个马铃薯品种的块茎矿质元素含量Table 6 Mineral element contents in tubers of 3 potato varieties under different treatments μg/g

表7 不同处理下3个马铃薯品种的单株产量和块茎品质Table 7 Yield per plant and tuber quality of 3 potato varieties under different treatments

3 讨 论

3.1 EBR对于NaCl胁迫下马铃薯生理指标的影响

在盐胁迫下植物细胞的膜结构最先受到影响，盐胁迫会破坏细胞膜内外钠离子与钙离子的平衡、加速膜质过氧化、增加细胞膜通透性，导致膜系统受损[40-41]。MDA是膜脂过氧化的主要产物，可反映植物细胞的脂质过氧化水平和生物膜损伤程度；SOD是生物体内重要的抗氧化酶，能够清除氧自由基[21]。本研究中NaCl胁迫下3个品种处理A植株叶片的MDA含量较CK显著升高，表明植株遭受NaCl胁迫后导致处理A叶片细胞膜伤害程度增加、过氧化反应终产物(如MDA)含量增加，而喷施EBR后15和45 d的处理B叶片的SOD含量均显著高于CK和处理A，而处理B叶片的MDA含量显著低于CK和处理A。因此，推测EBR通过提高抗氧化酶的活性(如SOD)抑制盐胁迫下氧化基团的积累，从而提高了植株的耐盐性。

3.2 EBR对于NaCl胁迫下马铃薯SPAD和Fv/Fm的影响

在盐胁迫下植物细胞膜质过氧化、膜系统受到破坏，将影响叶绿体类囊体膜的PSI和PSII复合体结合叶绿素a、b的能力，可导致SPAD下降[42-43]；另一方面在盐胁迫下植株离子吸收和贮存的平衡被打破，可能导致叶绿素某些组成成分的含量下降(如铁离子参与叶绿素a、b的合成)[44-45]，造成SPAD降低。因此本研究NaCl胁迫下处理A植株的叶片SPAD显著低于CK；而喷施EBR可以提高SOD的活性，从而清除由于质膜受损所产生的氧化基团，能够提高膜系统的稳定性，因此在处理B和C条件下3个马铃薯品种的SPAD较处理A显著提高。

Fv/Fm能够反映PSⅡ内光能转换效率，在逆境胁迫条件下该参数会显著下降[38]。NaCl胁迫下3个品种处理A的植株叶片Fv/Fm均较CK显著降低，表明植株受到了非生物逆境胁迫，原因是当PSI和PSII受到损伤后叶绿体捕获光能的能力下降、并且SPAD的降低导致电子传递效率降低，造成Fv/Fm显著下降[42-43]。而EBR具有提高膜系统稳定性的功能，因此在喷施EBR后处理B植株叶片的Fv/Fm较处理A显著提高，降低了由于施加NaCl引起的非生物逆境胁迫的伤害程度，但处理C(0.10 mg/L EBR)在缓解叶片Fv/Fm下降的作用方面不及处理B(0.02 mg/L EBR)。

3.3 EBR对于NaCl胁迫下马铃薯块茎品质和单株产量的影响

细胞内Na+/K+浓度的平衡是保证植物在盐胁迫下进行正常生理代谢的关键[46]，James等[41]研究表明K+在调节植物体内渗透压和酸碱平衡上起重要作用，较高含量的K+有助于维持较高的酶活性来抵御盐胁迫。本研究NaCl胁迫下3个品种马铃薯处理A植株成熟期块茎的K含量显著低于CK，而喷施EBR后处理B和C的块茎K含量升高且均显著高于处理A，推测外源EBR可以促进马铃薯对K+的吸收和贮存，通过提高马铃薯块茎K含量进而平衡Na+/K+来抵御盐胁迫的伤害。在单株产量方面，‘东农310’和‘东农312’处理A的单株产量较CK无显著变化，这可能与盐胁迫的程度有关，根据总含盐量划分试验中处理A、B和C基质属于轻度盐渍化土壤(施加NaCl后)[18-19、34-35]，但3个品种处理A的块茎干物质含量、淀粉含量和单株块茎淀粉含量均较CK显著下降，在盐胁迫下SPAD和Fv/Fm显著降低，说明在光反应阶段光能利用率和光能转化效率下降，进而造成暗反应阶段有机物合成能力降低；而喷施EBR后3个品种处理B的单株块茎淀粉含量均显著高于处理A，这与SPAD和Fv/Fm的变化较为一致。有研究表明，植株生物积累量、SPAD和净光合速率Pn三者间均呈正相关关系[47-48]，而Fv/Fm可以反映植物受到的非生物逆境胁迫程度[38]，本试验中喷施较低浓度EBR(0.02 mg/L)可提高NaCl胁迫下叶片SPAD，从而提高Fv/Fm和Pn，因此减缓由于NaCl胁迫引起植株块茎淀粉含量积累的下降，降低盐胁迫对单株块茎淀粉积累造成的不利影响。3个品种中‘尤金’(早熟品种)盐胁迫后(处理A)单株块茎淀粉质量降幅高于‘东农310’(中晚熟品种)和‘东农312’(中晚熟品种)，这可能与品种的生育期和耐盐性有关，尚有待进一步验证。

4 结 论

喷施EBR可显著减缓由NaCl胁迫造成的‘尤金’、‘东农310’和‘东农312’ 3个马铃薯品种叶片SOD活性的下降、MDA含量的升高，并可显著提高生育后期叶片SOD活性，显著提高SPAD、减缓Fv/Fm下降。在块茎品质方面NaCl胁迫下植株块茎中Zn、Mn含量增加而Fe、K含量降低，施用EBR可显著提高马铃薯块茎中Fe和K的含量。喷施EBR能显著提高NaCl胁迫下马铃薯的单株产量、块茎干物质含量、淀粉含量和单株淀粉含量。综上，喷施浓度为0.02 mg/L的EBR能够显著缓解NaCl胁迫对马铃薯的生长和块茎品质的不利影响。