海藻糖对盐胁迫下两个沙棘品种逆境生理的影响

2022-11-08武亚琼

湖北林业科技 2022年5期

武亚琼

(山西省桑干河杨树丰产林实验局大同 037006)

土壤盐渍化是影响植物生长发育的重要因素，由于晋北地区降水稀少，夏季蒸发强烈，这也导致了大面积土壤发生次生盐渍化[1]。在园林苗圃育苗中，化学肥料的不当施用也导致部分地区苗圃土壤发生了次生盐碱化，从而严重影响了苗圃培育优质壮苗工作[2]。为解决这一问题，改良盐碱地和提高植物耐盐性是一种切实有效的途径[3]。沙棘Hippophaerhamnoides是晋北地区重要的绿化树种之一，具有保持水土、防风固沙和涵养水源的重要功能[4]。沙棘适应性强，对土壤要求不严，轻度盐碱条件下能够生长，中度和重度盐胁迫会抑制植株生长，降低移栽苗的成活率[5]。因此，通过施用外源物质提高沙棘耐盐性，促进苗木生长和提高移栽苗成活率具有重要的实践意义[6]。海藻糖是植物体内一种具有抵抗非生物胁迫的重要活性物质[7]，盐胁迫下其积累量的增加可以提高植物体渗透调节能力，并且还具有清除活性氧和提高其他抗氧化酶活性的重要作用[8]，海藻糖积累量的高低也会对植物生长发育产生显著影响[9]。从前人的相关研究来看，人工喷施海藻糖是提高植物抗盐能力的有效途径之一，也是促进植物生长发育的重要栽培措施[10]。因此，研究海藻糖对沙棘逆境生理的影响规律，可以为其育苗和栽培过程中利用海藻糖缓解盐胁迫危害提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021年5～6月在桑干河杨树丰产林实验局下属苗圃试验田内进行。试验选择耐盐性较强的中国沙棘Hippophaerhamnoidessubsp.SinensisRousi和耐盐性较弱的齐棘两个沙棘品种。两个品种均为1 a生扦插苗，2020年3月在苗圃地扦插繁殖，7月2日移栽入塑料栽植盆中，栽植盆规格为30 cm×30 cm×35 cm，每盆装入土壤20 kg，每盆栽1株。苗木移栽后，每隔10 d浇水1次，连续浇水4次后正常养护，防止发生干旱胁迫和病虫危害。

1.2 试验设计

试验共设置5个处理，其中T1为空白对照，NaCl 0 mg·L-1+Tre 0 mmol·L-1；T2为盐胁迫处理，NaCl 200 mmol·L-1+Tre 0 mmol·L-1；T3为低浓度海藻糖处理，NaCl 200 mmol·L-1+Tre 0.2 mmol·L-1；T4为中等浓度的海藻糖处理，NaCl 200 mmol·L-1+Tre 0.4 mmol·L-1；T5为高浓度的海藻糖处理，NaCl 200 mmol·L-1+Tre 0.6 mmol·L-1。5月10日，将试验苗木搬迁至防雨棚中，5月20日，按照试验设计，将配置好的NaCl溶液浇入塑料栽植盆中，其中T1浇入1 500 mL清水，T2至T5处理每盆浇入1 500 mL的NaCl溶液(200 mmol·L-1)，每个塑料栽植盆下放置一个盆拖，将收集的渗漏液浇入栽植盆中。T3、T4、T5处理按照试验设计配置好海藻糖溶液后，分别于5月21～25日叶面喷施至所有叶片滴水为止，T1和T2处理喷施等量的清水。每个处理每个品种12盆，共计120盆，栽植盆随机排列。

1.3 试验取样及测定方法

分别于海藻糖处理后的第15天、第30天和第45天取样。取样时，每个处理选取3株苗木，每株苗木上随机摘取4片叶，带回实验室清洗干净，用于生理指标的测定。叶绿素含量测定采用浸提法[11]，丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸(TBA)法[9]，可溶性糖含量测定采用蒽酮法[9]，可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法[9]，游离脯氨酸含量测定采用茚三酮法[9]，海藻糖-6-磷酸磷酸酶(Trehalose-6-phosphate phosphatase，TPP)活性测定使用北京索莱宝科技有限公司试剂盒所描述方法。

1.4 数据处理

数据处理和图表制作使用Excel 2010版软件，方差分析使用DPS 7.05版软件。

2 结果与分析

2.1 海藻糖对盐胁迫下两个沙棘品种叶绿素含量的影响

中国沙棘和齐棘在海藻糖处理后第15～45天方差分析结果中p值均小于0.01，表明两个沙棘品种不同处理间叶绿素含量均存在极显著差异(表1)。多重比较结果如图1，盐胁迫与对照相比显著降低了两个沙棘品种叶片内的叶绿素含量，外源海藻糖显著提高了盐胁迫下沙棘叶片内的叶绿素含量。第15～45天，中国沙棘T4叶绿素含量分别比T2提高了24.07%、29.28%和52.17%，差异显著，齐棘T4分别比T2提高了32.23%、29.89%和60.95%，差异显著，表明T4与T2相比显著提高了盐胁迫下两个沙棘品种叶绿素含量。第15～30天，中国沙棘和齐棘叶绿素含量T4均显著高于T3，表明0.4 mmol·L-1的海藻糖对提高两个沙棘品种叶绿素含量效果显著优于0.2 mmol·L-1；第15～30天，两个沙棘品种叶绿素含量T4显著高于T5，第45天无显著差异，表明0.6 mmol·L-1海藻糖与0.4 mmol·L-1相比仅在处理后30 d内对叶绿素含量产生显著影响。

表1 两个沙棘品种叶绿素含量方差分析表

图1 海藻糖对盐胁迫下两个沙棘品种叶绿素含量影响的多重比较注：图中不同小写字母表示不同处理在同一取样时期差异显著(P<0.05)，下同。

2.2 海藻糖对盐胁迫下两个沙棘品种MDA含量的影响

中国沙棘和齐棘在海藻糖处理后第15～45天方差分析结果中p值均小于0.01，表明两个沙棘品种不同处理间MDA含量均存在极显著差异(表2)。多重比较结果如图2，表明盐胁迫与对照相比显著提高了两个沙棘品种叶片内的MDA含量，T4和T5与T2相比均显著降低了MDA含量。第15、30和45天，中国沙棘T4分别比T3降低了14.55%、23.42%和15.98%，差异显著，齐棘T4分别比T3降低了15.55%、17.78%和14.65%，差异显著，表明T4与T3相比对缓解盐胁迫对沙棘的危害达到了显著水平；第15天和第30天，中国沙棘和齐棘T5与T4之间无显著差异，表明海藻糖浓度从T4提高至T5在处理后30 d内不会对两个沙棘品种MDA含量产生显著影响。整个试验期间，T4与T2相比MDA含量在第30天中国沙棘和齐棘分别降低了29.55%和28.79%，第45天分别降低了26.38%和24.46%，说明海藻糖处理后30 d对缓解沙棘盐胁迫效果最明显。

表2 两个沙棘品种MDA含量方差分析表

图2 海藻糖对盐胁迫下两个沙棘品种MDA含量影响的多重比较

2.3 海藻糖对盐胁迫下两个沙棘品种游离脯氨酸含量的影响

中国沙棘和齐棘在海藻糖处理后第15～45天方差分析结果中p值均小于0.01，表明两个沙棘品种不同处理间游离脯氨酸含量均存在极显著差异(表3)。多重比较结果如图3，表明第30天和第45天，盐胁迫与对照相比显著提高了两个沙棘品种叶片内的游离脯氨酸含量，外源海藻糖提高了盐胁迫下两个沙棘品种的游离脯氨酸含量。中国沙棘游离脯氨酸含量表现为随着海藻糖浓度增加先升高后降低的变化，第15、30和45天，T4与T2相比分别提高了12.41%、18.61%和16.47%，差异显著，齐棘T4分别比T2提高了29.36%、28.23%和23.06%，差异显著，表明T4能够显著提高盐胁迫下两个沙棘品种游离脯氨酸含量；第15～45天，两个沙棘品种游离脯氨酸含量T4显著高于T3，第15～30天，T4与T5之间无显著差异。T4在不同时间对盐胁迫下沙棘游离脯氨酸含量的影响不同，两个品种均在海藻糖处理后第30天对提高盐胁迫下沙棘游离脯氨酸含量的幅度最大，第45天均表现出降低趋势。

表3 两个沙棘品种游离脯氨酸含量方差分析表

图3 海藻糖对盐胁迫下两个沙棘品种游离脯氨酸含量影响的多重比较

2.4 海藻糖对盐胁迫下两个沙棘品种TPP活性的影响

中国沙棘和齐棘在海藻糖处理后第15～45天方差分析结果中p值均小于0.01，表明两个沙棘品种不同处理间TPP活性均存在极显著差异(表4)。多重比较结果如图4，表明盐胁迫与对照相比提高了两个沙棘品种TPP活性，外源海藻糖具有提高盐胁迫下沙棘TPP活性的作用。整个试验期间，中国沙棘T4处理的TPP活性处于最高值，与T2相比分别提高了12.71%、20.86%和21.23%，差异显著；齐棘T4分别比T2提高了15.50%、22.12%和12.89%，差异显著，表明该处理显著提高了盐胁迫下两个沙棘品种的TPP活性。第30～45天，T4显著高于T3和T5处理，表明T4对提高盐胁迫下沙棘TPP活性效果优于T3和T5。第45天，海藻糖对提高盐胁迫下中国沙棘TPP活性效果最佳，而齐棘在第30天，第45天表现出降低的变化。

表4 两个沙棘品种TPP活性方差分析表

图4 海藻糖对盐胁迫下两个沙棘品种TPP活性影响的多重比较

2.5 海藻糖对盐胁迫下两个沙棘品种可溶性糖含量的影响

中国沙棘和齐棘在海藻糖处理后第15～45天方差分析结果中p值均小于0.01，表明两个沙棘品种不同处理间可溶性糖含量均存在极显著差异(表5)。多重比较结果如图5，表明盐胁迫与对照相比显著提高了两个沙棘品种叶片内的可溶性糖含量，T4、T5处理显著提高了盐胁迫下两个沙棘品种的可溶性糖含量。第15～45天，中国沙棘可溶性糖含量表现为随着海藻糖浓度的增加先升高后降低的变化，第30～45天，齐棘也表现出相同的变化。整个试验期间，中国沙棘T4分别比T2提高了81.21%、83.11%和80.28%，差异显著，第30天和第45天，T4显著高于T3和T5处理。齐棘T4分别比T2提高了80.86%、78.08%和65.86%，差异显著，T4显著高于T3，T4与T5之间无显著差异。从海藻糖对提高盐胁迫下沙棘可溶性糖效果上来看，中国沙棘在处理后第30天最高，齐棘在第45天最高，第30天与第15天无显著差异。

表5 两个沙棘品种可溶性糖含量方差分析表

图5 海藻糖对盐胁迫下两个沙棘品种可溶性糖含量影响的多重比较

2.6 海藻糖对盐胁迫下两个沙棘品种可溶性蛋白含量的影响

中国沙棘和齐棘在海藻糖处理后第15～45天方差分析结果中p值均小于0.01，表明两个沙棘品种不同处理间可溶性蛋白含量均存在极显著差异(表6)。多重比较结果如图6，表明盐胁迫与对照相比显著提高了两个沙棘品种叶片内的可溶性蛋白含量，T4和T5处理显著提高了盐胁迫下两个沙棘品种的可溶性蛋白含量。整个试验期间，中国沙棘T4与T2相比可溶性蛋白含量分别提高了76.49%、87.40%和92.52%，差异显著；在第15、30、45天，均为T3显著低于T4，T5与T4之间无显著差异。齐棘T4与T2相比分别提高了61.32%、80.30%和128.58%，差异显著，T4显著高于T3，T4与T5之间无显著差异。从试验结果来看，两个沙棘品种对提高盐胁迫下可溶性蛋白含量均在海藻糖处理后第45天达到最高。

表6 两个沙棘品种可溶性蛋白含量方差分析表

图6 海藻糖对盐胁迫下两个沙棘品种可溶性蛋白含量影响的多重比较

3 讨论

叶绿素是植物进行光合作用的重要色素，其含量的高低与植物光合能力直接相关[12]，而较强的光合能力又是植物缓解非生物胁迫的有效途径[13]。盐胁迫会导致植物体内叶绿素分解，从而导致叶绿素含量降低，影响光合作用的进行，从而抑制植物生长[14]。本试验结果中，盐胁迫显著降低了中国沙棘和齐棘叶片内的叶绿素含量，而外源海藻糖提高了盐胁迫下两个沙棘品种叶片内的叶绿素含量，这与柳福智[15]的研究结果一致，出现这种现象的原因与海藻糖可以抑制盐胁迫下植物叶绿素分解有关。不同浓度海藻糖处理比较来看，0.4 mmol·L-1对提高叶绿素含量的效果明显优于0.2 mmol·L-1处理。

盐胁迫会导致植物体内积累大量的活性氧，从而使膜系统遭到破坏，引起MDA含量升高，因此MDA含量高低可以作为判断植物受害程度的重要指标[16]。本项研究结果表明，外源海藻糖降低了两个品种沙棘叶片内的MDA含量，这可能与海藻糖可以有效缓解非生物胁迫对植物的危害有关[9]。从不同浓度海藻糖对MDA含量的影响来看，0.4 mmol·L-1处理降低MDA含量效果较其他两个浓度处理更显著。游离脯氨酸是植物体内重要的渗透调节物质，盐胁迫下其含量的升高有利于提高植物持水能力，从而缓解盐胁迫对植物的危害[17]。本研究结果中，外源海藻糖提高了盐胁迫下两个沙棘品种叶片内的游离脯氨酸含量，对缓解盐胁迫对沙棘的危害具有重要作用。

TPP将海藻糖-6-磷酸的磷酸基去掉生成海藻糖，海藻糖被海藻糖酶分解为两个葡萄糖分子，TPP活性的升高有利于葡萄糖的形成，从而导致植物体内可溶性糖含量升高[18]。本研究结果中，外源海藻糖显著提高了盐胁迫下两个沙棘品种叶片内的TPP活性，从而提高了海藻糖转化为葡萄糖的速率，使得沙棘叶片内可溶性糖含量显著升高，从而提高细胞持水能力，缓解干旱胁迫对沙棘的危害。海藻糖作为一种渗透调节物质，还具有防止逆境胁迫下可溶性蛋白分解的作用[18]。本试验结果表明，适宜浓度的外源海藻糖提高了盐胁迫下两种沙棘叶片内的可溶性蛋白含量，可溶性蛋白的积累可以降低盐胁迫对植物的危害。当海藻糖积累量过高时，植物的碳水化合物途径和活性氧代谢会变得紊乱，加剧逆境胁迫对植物的危害，这也是本研究中过高的海藻糖对沙棘逆境生理指标影响不显著的重要原因[19]。随着海藻糖处理后时间的延长，各项生理指标在第30～45天达到最高值，由此可以推论，海藻糖缓解沙棘盐胁迫的最佳时间为处理后第30～45天。综上所述，0.4 mmol·L-1的海藻糖是缓解沙棘盐胁迫的适宜浓度，海藻糖对TPP活性的调控作用是其提高沙棘抗盐性的重要生理机制。