喷施褪黑素对黄瓜幼苗耐盐效应研究

李 荣，焦志阳，银珊珊，周国彦，谢 洋

（1.河北省秦皇岛市蔬菜管理中心 河北秦皇岛 066000； 2.河北科技师范学院园艺科技学院 河北秦皇岛 066004）

土壤盐渍化是全球性问题，是制约农业可持续发展的重要因素[1]。盐胁迫会使种子萌发、幼苗生长和作物产量受限制[2]，植株表现为矮小、叶片枯黄、光合作用效率降低，同时也会加快植物的生长发育进程，使植物提早成熟[3]。因此，迫切需要找到有效方式或途径以减少土壤盐渍化对作物栽培生产的不良影响。

褪黑素（MT）是一种广泛存在于生物体内的吲哚杂环类化合物[4]，植物体内MT 的含量很低，但在抵御和适应逆境环境方面有着强大的作用[5]。在响应干旱胁迫方面，苗期浇灌MT 可提高大豆产量，年均增产38.6%[6]；根施100 μmol·L-1MT 对小麦幼苗生长表现出较快的恢复能力，通过增大植株根冠比和增强抗氧化能力，以减轻干旱胁迫损伤[7]；利用100 μmol·L-1MT 处理牡丹幼苗可提高其抗旱性，主要是通过提高干旱胁迫下牡丹幼苗光合荧光特性、抗氧化和渗透调节能力，促进干旱胁迫下牡丹幼苗生长[8]。在响应盐胁迫方面，根灌0.1 μmol·L-1的MT 可有效缓解盐胁迫对猕猴桃幼苗的伤害[9]；根灌100 μmol·L-1MT 能够提高番茄抗氧化酶活性，增加抗坏血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）的含量，提高番茄幼苗硝酸盐胁迫的抗性[10]。在响应低温胁迫方面，外源MT 主要通过增强低温胁迫下茄子幼苗的光合作用以及清除活性氧的能力，减缓低温胁迫的危害，提高茄子幼苗对低温胁迫的耐性[11]。此外，低温弱光下，200 μmol·L-1外源MT 可通过提高黄瓜幼苗保护酶活性、抗氧化物质含量、细胞膜ATP 酶活性等来降低质膜过氧化水平，保持细胞膜的完整性和功能，从而增强黄瓜幼苗对低温弱光的适应性，维持其正常生长[12]。因此，MT 在提高植株抗逆性等方面发挥着重要作用。

前人研究表明，150 mmol·L-1NaCl 胁迫下，黄瓜种子发芽和幼苗生长均受到抑制[13-15]。基于此，笔者以津研四号黄瓜为试材，采用基质盆栽，以150 mmol·L-1NaCl 浇灌作为盐胁迫环境，以不同浓度梯度的MT 溶液喷施黄瓜叶片，研究MT 对盐胁迫下黄瓜幼苗生长发育的影响，从而确定出适宜的MT 溶液浓度，为提高黄瓜耐盐性提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料

津研四号黄瓜由天津市蓟农种子有限公司提供。褪黑素（MT）购买于北京索莱宝科技有限公司，其他分析纯等药品由河北科技师范学院中心实验室提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验于2021 年4 月在河北科技师范学院园艺实验站一号温室进行。采用基质盆栽，由V草炭∶V珍珠岩∶V蛭石=3∶1∶1 混配。选取籽粒饱满、长势一致的黄瓜种子，温汤浸种后播种于口径10 cm 营养钵中，常规管理。待幼苗长至3 叶1 心时开始处理，以150 mmol·L-1NaCl 浇灌作为盐胁迫环境，以0 μmol·L-1（CK）、50 μmol·L-1（T1）、100 μmol·L-1（T2）、150 μmol·L-1（T3）褪黑素溶液喷施3 叶1 心黄瓜为处理组，共处理3 次，每隔2 d 喷施1 次MT溶液。采用随机区组设计方法，设置完全空白对照组（CK0，0 μmol·L-1MT+0 mmol·L-1NaCl），每个处理12 株，3 次重复。

1.2.2 植物生长指标的测定 在第1 次处理后0 d（定植后7 d）、6 d（定植后13 d）、12 d（定植后19 d）、18 d（定植后25 d）分别测量黄瓜幼苗的株高、茎粗、叶面积等指标。

1.2.3 植物光合指标与根系活力的测定 于定植后25 d，分别测定叶片光合参数指标、叶绿素含量、根系活力等。使用GFS-3000 型便携式光合仪（德国WALZ 公司）测定叶片光合参数（天气晴朗情况下），包括光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度。使用SPAD-502 Plus 型叶绿素仪（日本KONICA MINOLTA 公司）测定叶片叶绿素含量。采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法[16]测定根系活力。

1.2.4 叶片抗氧化系统指标测定 于定植后25 d，选取黄瓜朝向一致、大小相近的功能叶，分别测定叶片酶活性与丙二醛（MDA）含量。采用氮蓝四唑光化还原法[17]测定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用紫外吸收法[18]测定过氧化氢酶（CAT）活性；采用硫代巴比妥酸法测定[19]MDA 含量。

1.3 数据分析

利用Microsoft Excel 2010 统计与作图，采用SPSS22.0 软件进行差异显著性分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 外源MT对盐胁迫下黄瓜生长指标的影响

2.1.1 外源MT对盐胁迫下黄瓜株高的影响 由图1 可知，与CK0 相比，各处理组株高生长速度不同程度减缓，但T1、T2 和T3 较CK 减缓速度变慢。处理后0 d 和处理后6 d 各处理株高差异不显著；处理后12 d，T2 的株高比CK 显著增加了41.49%，但与CK0 相比差异不显著；处理后18 d，T1、T2、T3处理均与CK0 差异不显著；CK 较CK0 显著降低了30.18%。以上结果说明，喷施MT 可减缓盐胁迫对株高生长的影响。

图1 外源MT 对盐胁迫下黄瓜株高的影响

2.1.2 外源MT对盐胁迫下黄瓜茎粗的影响 由图2 可以看出，在处理后0 d，各处理黄瓜茎粗差异不显著。在处理后6 d，CK 和T3 的茎粗均显著低于CK0，分别降低了17.69%、15.37%，T1、T2 与CK0相比差异不显著；T2 比CK 茎粗显著提高了23.49%，但T3 与CK 差异不显著。在处理后12 d，T2、CK0 茎粗均显著高于CK，分别为18.66%、16.67%；在处理后18 d，T1、T2、T3 茎粗均与CK0差异不显著，但均显著高于CK，增幅分别为19.34%、21.24%、16.75%。由此表明，适宜浓度MT对盐胁迫缓解作用明显，而高浓度MT 对盐胁迫缓解作用减弱。

图2 外源MT 对盐胁迫下黄瓜茎粗的影响

2.1.3 外源MT对盐胁迫下黄瓜叶面积的影响 由图3 可知，在处理后0 d，各处理黄瓜叶面积差异不显著，处理后12 d，T1 叶面积均高于T3，但差异不

图3 外源MT 对盐胁迫下黄瓜叶面积的影响

显著。在处理后6 d，T1、T2 比CK 分别显著提高42.57%、44.70%。在处理后12 d，CK 叶面积较CK0显著降低30.74%，T1、T2 叶面积与CK 相比分别显著提高44.95%、55.67%。在处理后18 d，T1、T2 较CK 叶面积增幅分别为20.25%、25.98%，差异显著。

2.2 外源MT 对盐胁迫下黄瓜叶片光合指标与根系活力的影响

2.2.1 外源MT对盐胁迫下黄瓜叶绿素含量与根系活力的影响 由图4 可知，T2 较CK、T1、T3 叶绿素含量分别显著提高了43.85%、22.11%、24.58%，T1、T3 与CK 差异不显著。CK 较T1、T2、T3 根系活力显著降低，减幅分别为44.50%、61.03%、45.77%。结果表明，100 μmol·L-1MT（T2）喷施对盐胁迫下黄瓜叶绿素含量与根系活力缓解作用最大，分别为CK 的1.44 倍和1.61 倍。

图4 外源MT 对盐胁迫下黄瓜叶绿素含量与根系活力的影响

2.2.2 外源MT对盐胁迫下黄瓜叶片光合参数的影响 由表1 可知，T2、T3 和CK0 处理黄瓜叶片光合速率显著高于CK，分别为CK 的2.19 倍、3.60 倍、3.26 倍，且T3 与CK0 差异不显著。T1、T2、T3 和CK 处理蒸腾速率、气孔导度较CK0 均降低，其中T3 气孔导度显著高于CK。T1、T2、T3 与CK 胞间CO2浓度差异均不显著，但CK 胞间CO2浓度显著高于CK0。结果表明，盐胁迫一定程度降低了叶片光合速率、蒸腾速率和气孔导度，增高了叶片胞间CO2浓度；喷施适宜浓度MT 可缓解盐胁迫造成的损伤。

表1 外源MT 对盐胁迫下黄瓜叶片光合指标的影响

2.3 外源MT 对盐胁迫下黄瓜CAT 活性、SOD 活性及MDA含量的影响

由图5 可知，各处理中黄瓜叶片中SOD 活性差异不显著。T1、T2、T3 的CAT 活性与CK 差异显著且分别为CK 的6.23 倍、4.23 倍、2.36 倍；T1、T2的CAT 活性显著高于CK0，分别为CK0 的2.58倍、1.75 倍。T1、T2、T3 的MDA 含量较CK 差异显著且降幅分别为38.32%、48.15%、37.75%，但与CK0 差异不显著。以上结果表明，喷施外源MT 可能是通过增强CAT 活性和降低MDA 含量来缓解盐胁迫损伤。

图5 外源MT 对盐胁迫下黄瓜CAT 活性、SOD 活性及MDA 含量的影响

2.4 外源MT 对盐胁迫下黄瓜生长影响的综合评价

为了综合评价MT 对盐胁迫下黄瓜生长的影响，利用主成分分析对5 个处理组的12 个指标值进行了主成分特征值、贡献率和累计贡献率及综合得分分析（表2～3）。结果显示，按照特征值大于1及累积贡献率大于85%的原则，提取了2 个主成分，累计方差贡献率分别为59.445%、88.950%；综合排名由大到小依次为CK0、T2、T1、T3、CK。

表2 主成分分析的特征值及方差贡献率

表3 外源MT 对盐胁迫下黄瓜生长影响的综合得分

以上主成分分析结果表明，100 μmol·L-1MT（T2）较其他MT 处理对黄瓜幼苗盐胁迫的缓解作用更强，其次是T1 和T3。

3 讨论与结论

盐胁迫是影响植物生长发育的重要非生物胁迫之一[20]。盐胁迫造成植物生理干旱现象，产生离子毒害，对植物生长发育过程中的光合作用、呼吸作用、膜结构、物质合成与代谢等各个环节产生不良的影响，从而使植株发育迟缓、早衰甚至死亡[21]。前人研究表明，MT 在调节植物生长发育及抵御高温、干旱、高盐等非生物胁迫等方面有重要作用[22-24]。因此，通过外源MT 喷施来提高植株耐盐性对植物高效栽培及盐碱地利用率提升有重要意义。

张海军[13]研究发现，能够显著抑制种子萌发的NaCl 浓度为150 mmol·L-1；刘维宝等[14]研究发现，在150 mmol·L-1NaCl 胁迫下，黄瓜种子发芽和幼苗根系生长均受到抑制。曹齐卫等[15]研究发现，Na-Cl 浓度小于100 mmol·L-1时盐害指数均为0，NaCl浓度大于等于100 mmol·L-1时盐害指数显著提高，NaCl 浓度大于150 mmol·L-1时盐害指数达到最大值，为100%。笔者研究以150 mmol·L-1NaCl 浓度模拟盐胁迫环境是基于此浓度下黄瓜幼苗产生一定胁迫表型，但仍能继续生长发育，这与前人研究报道较一致。

外源MT 喷施浓度和施用方法对不同非生物胁迫的缓解效应不同。根灌100 μmol·L-1MT 能够提高番茄幼苗盐胁迫的抗性[10]；营养液水培条件下，0.5 μmol·L-1MT 对番茄缺钙症状具有明显的缓解效应[25]。高青海等[12]研究表明，喷施200 μmol·L-1MT可增强黄瓜幼苗对低温弱光的耐性。笔者研究发现，喷施MT 可以减轻盐胁迫下黄瓜植株受到的损伤，并且随着MT 浓度的增加植株抵抗能力也随之增强，但是超过100 μmol·L-1，随浓度增加效果降低；在一定浓度范围中，喷施MT 处理组株高、茎粗、叶面积等生长指标部分优于未喷施处理组，有些指标甚至超过了空白处理组，说明了MT 可以增强黄瓜植株对盐胁迫的抗性。以上结果与番茄[26]、香椿[27]等盐胁迫下MT 施用最佳浓度为100 μmol·L-1相吻合。

盐碱胁迫下，喷施MT 溶液可以提高黑麦种子的抗氧化酶活性，减少盐胁迫对植物的伤害[28]；金盏菊在盐胁迫下喷施MT 提高了CAT、SOD、POD 的活性，使MDA 的含量降低，并促进光合作用[29]。笔者研究发现，与盐胁迫处理组相比，喷施100 μmol·L-1MT 植株的CAT 活性、根系活力以及叶绿素含量显著增高，而MDA 含量则显著降低，表现出植株的株高、茎粗、叶面积等增大现象，暗示着外源MT 通过提高抗氧化酶活性、根系活力来减轻对细胞的毒害作用，以此保障对植株的营养正常供应。笔者的研究结果与前人研究报道略有不同，表现在抵御盐胁迫时，黄瓜叶片中SOD 活性未显著提高，而是通过CAT 活性增强和MDA 含量减少缓解盐胁迫对植物的损伤。

综上所述，笔者以150 mmol·L-1NaCl 浇灌模拟盐胁迫环境，喷施不同浓度外源MT，测定植株表型、光合特性和抗氧化系统等12 个指标，再利用主成分分析，筛选MT 最佳喷施浓度，探究MT 对黄瓜幼苗盐胁迫的缓解效应。结果表明，MT 可以提高盐胁迫下黄瓜幼苗株高、茎粗、叶面积等生长指标，同时提高植物的光合作用效率、CAT 活性、根系活力以及叶绿素含量等生理指标，降低MDA 含量，增强植株对盐胁迫的抗性，100 μmol·L-1MT（T2）较其他浓度对黄瓜幼苗盐胁迫的缓解作用更大。