钙离子对茄子幼苗抗盐碱胁迫的影响

冯晓东，张铃露，赵 琦

（1.延安大学 生命科学学院；2.延安市设施果蔬工程技术研究中心，陕西 延安 716000）

茄子（SolanummelongenaL.）是我国广泛种植的设施蔬菜之一，在我国的设施蔬菜栽培中占有重要地位［1］，茄子生长虽然较耐盐碱，但在盐碱化土壤中种植会导致茄子产量降低，品质下降。近年来，我国设施蔬菜种植中土壤盐碱化污染越来越严重［2］。盐碱胁迫对蔬菜幼苗生长的抑制现象显著，表现为盐碱胁迫后植株生长受到抑制、植物鲜重下降，同时叶片抗氧化酶体系稳定性被破坏、可溶性蛋白合成降低、叶绿素合成量下降［3］。

钙作为植物生长的必需元素，在植物的生长发育过程和逆境应答过程中起着非常重要的作用［4］，钙离子在植物生长发育和逆境应答过程中的主要作用一方面体现在有利于维持植物细胞壁结构和细胞膜结构的稳定性，另一方面钙离子也参与植物体内信号转导［5］。有大量实验研究表明钙离子可以增强植物的抗旱、抗低温、抗高温和抗盐等作用［6］。适量的钙离子能降低质膜透性，阻止胞内钾离子的外渗和钠离子的进入，从而提高植物的耐盐性［7］。植物感知盐环境的刺激后，通过调控细胞内Ca2+浓度的瞬时变化，使其响应盐胁迫，在盐碱胁迫的土壤环境中施加一定量的外源钙可以提高植物中的各种抗逆物质积累以及植物细胞结构的稳定性，缓解盐碱胁迫的危害，进而有助于增强植物对盐碱胁迫的抗性或耐性［8］。同时，在盐碱胁迫的条件下植物体内钙离子会被诱导增强代谢活力，钙离子代谢被促进后就容易诱导植物抵御不良胁迫，从而取得较良好的提高作物的抗性的效果［9］。本试验以茄子为研究对象，通过研究盐碱胁迫下施加外源钙离子对茄子幼苗形态和生理特性的影响，目的在于了解茄子对盐碱胁迫的生理反应，探究茄子幼苗缓解盐碱胁迫的最适钙离子浓度，为茄子的设施栽培提供一定的依据。

1 材料和方法

1.1 材料

试验材料为绿领裕农三号茄子，购自南京绿领种业有限公司。

1.2 试验材料的培养与处理

选取一定数量的茄子种子，用清水浸种10 min，漂出瘪籽，然后用蒸馏水反复搓洗数次，清除种子表面的防腐剂，然后置于1 L 的烧杯中，取5 倍于种子量的55 ℃温水倒入烧杯中，立即搅拌使种子充分湿润，于55 ℃恒温水浴锅中浸泡15 min，期间不断搅拌。15 min 后取出烧杯的，继续搅拌，使水温自然降至30 ℃时停止搅拌，再继续用30 ℃蒸馏水浸种24 h，每8 h 换一次水。浸种24 h 后，捞出种子并用蒸馏水冲洗干净，然后于28 ℃恒温培养箱中进行培养。期间每天浇灌50 mL 0.5倍的Hoagland营养液，培养至幼苗长至3叶1芯时，作为试验材料。将栽培茄子幼苗的土壤先用50 mmol·L-（1cNaC∶lcNaHCO3=1∶1）的盐碱溶液处理，然后分别配制0、5、10、15、20、25、30 mmol·L-1CaCl2的Hoagland 溶液进行浇灌，连续培养10 d 再进行测量茄子幼苗的株高、叶片数量、叶绿素含量、脯氨酸含量和SOD活性。

1.3 测量方法

茄子幼苗单株叶片数量、株高的测量：在茄子幼苗处理培养10 d 后，即从培养盆中取出完整的茄子幼苗，先将其根部泥土冲洗干净，然后测量茄子幼苗的叶片数量和幼苗株高。幼苗株高的测量从茎基部起到顶叶为止测量株高，每组每项测量均重复3 次，分别将每组每项测量的数据均求平均值作为实验数据。

叶绿素含量的测定参照王学奎［10］的方法；脯氨酸含量测定参照张志良等［11］的方法；SOD 活性测定采用NBT（氮蓝四唑）光化还原法［12］，以抑制NBT 光化还原50%的酶量为1个酶活单位（U）。

1.4 数据处理与统计分析

试验结果以测定的平均值表示。采用SPSS 21.0 软件和Microsoft Excel 2010 进行数据统计分析，各处理的比较采用最小显著差数法（LSD）进行多重比较，其中P>0.05、P<0.05 分别表示无显著差异、有显著差异，且图中不同小写字母表示在0.05水平差异显著性。

2 结果与分析

2.1 钙离子浓度对茄子幼苗叶片数量的影响

由图1可知，盐碱胁迫下，在不同的外源钙离子浓度处理下，茄子幼苗叶片数量平均值存在显著差异（P<0.05），随钙离子浓度的增加，茄子叶片数量呈先增后减的趋势，在钙离子含量为20 mmol·L-1时，叶片数量达到最大值。与对照相比较，不同浓度钙离子处理下，茄子幼苗的叶片数均增加，且有显著差异。20 mmol·L-1与其他浓度的钙离子处理间存在显著差异（P<0.05），15 mmol·L-1与25 mmol·L-1、10 mmol·L-1和30 mmol·L-1处理间无显著差异（P>0.05）。结果表明，钙离子处理下茄子幼苗的叶片数会显著增加，缓解了盐碱胁迫对茄子幼苗的生长的抑制，其中当钙离子浓度达到20 mmol·L-1时，茄子幼苗叶片数量增加最显著，可以有效增加光合面积，更好地促进幼苗的生长，有利于茄子幼苗对抗盐碱胁迫的危害。

图1 钙离子浓度对茄子幼苗叶片数量的影响

2.2 钙离子浓度对茄子株高的影响

由图2可知，盐碱胁迫下，不同钙离子浓度处理对茄子幼苗株高有显著影响，差异显著（P<0.05），随钙离子浓度的增加株高呈先增后减的趋势，在钙离子浓度为20 mmol·L-1时，茄子幼苗株高达到最高，与其他浓度处理间存在显著差异（P<0.05），5 mmol·L-1与10 mmol·L-1、15 mmol·L-1、25 mmol·L-1处理间无显著差异（P>0.05），0 mmol·L-1与30 mmol·L-1处理间无显著差异（P>0.05），钙离子处理对盐碱胁迫茄子幼苗的株高影响主要在5～25 mmol·L-1之间，当钙离子浓度为20 mmol·L-1时，影响显著，能显著促进茄子幼苗株高的增加，增强了茄子幼苗的生长。

图2 钙离子浓度对茄子幼苗株高的影响

2.3 钙离子对茄子幼苗叶绿素含量的影响

由图3可知，在不同的钙离子浓度处理下，茄子幼苗叶片中叶绿素含量存在显著差异（P<0.05），叶绿素含量随钙离子浓度的增加呈先增后减的趋势，15 mmol·L-1处理与其他浓度处理间有显著差异（P>0.05），5、25、30 mmol·L-1处理无显著差异（P>0.05），10 mmol·L-1处理与20 mmol·L-1处理间无显著差异（P>0.05），表明钙离子浓度在10～20 mmol·L-1之间能有效增加盐碱胁迫下茄子幼苗的叶绿素含量，显著缓解了盐碱胁迫对茄子幼苗叶绿素合成和积累的影响，钙离子浓度在15 mmol·L-1时，促进作用最大，可以显著增加茄子幼苗的叶绿素含量，光合能力增强，缓解盐碱胁迫的效果较好。

图3 钙离子浓度对茄子幼苗叶绿素含量的影响

2.4 钙离子浓度对茄子脯氨酸含量的影响

由图4可知，不同钙离子浓度处理下，茄子幼苗体内脯氨酸含量存在显著差异（P<0.05），随着钙离子浓度的增加，茄子幼苗体内的平均脯氨酸含量呈先增后减的趋势。当钙离子浓度为20 mmol·L-1时，茄子幼苗体内脯氨酸含量达到最大值。20 mmol·L-1钙离子处理浓度与其他浓度处理间存在显著差异（P<0.05），10 mmol·L-1处理与25 mmol·L-1处理间无显著差异（P>0.05），5 mmol·L-1与30 mmol·L-1处理间无显著差异（P>0.05），10 mmol·L-1与15 mmol·L-1处理间存在显著差异，但与对照相比较，均显著增加，当钙离子浓度达到20 mmo·lL-1时，显著促进了茄子幼苗体内脯氨酸含量的积累，提高了茄子幼苗的抗盐碱能力。

图4 钙离子浓度对茄子幼苗脯氨酸含量的影响

2.5 钙离子浓度对茄子幼苗SOD活性的影响

由图5可知，在不同的钙离子浓度处理下，茄子幼苗叶片中SOD 活性存在显著差异（P<0.05），随钙离子浓度的增加，茄子幼苗体内SOD 活性呈先增后减的趋势。当钙离子浓度为20 mmo·lL-1时，茄子幼苗SOD 含量最高。20 mmol·L-1钙离子处理与其他浓度处理存在显著差异（P<0.05），15 mmol·L-1与25 mmol·L-1处理无显著差异（P>0.05），但与其他处理浓度存在显著差异，0 mmo·lL-1处理与5 mmo·lL-1、10 mmo·lL-1、30 mmo·lL-1处理间无显著差异（P>0.05），表明钙离子浓度在15 mmol·L-1与25 mmol·L-1之间能显著促进盐碱胁迫下茄子幼苗体内SOD 活性，钙离子浓度在20 mmol·L-1时，茄子幼苗体内SOD活性的增强最显著，能有效增加茄子幼苗的抗盐碱能力。

图5 钙离子浓度对茄子幼苗SOD活性的影响

3 讨论与结论

钙是植物生长周期中不可缺少的元素，对稳定植物细胞结构具有很大的作用，也参与植物体内信号转导系统，研究表明，钙有助于提高植物对抗各种非生物逆境胁迫的抗性［5］。

盐碱胁迫对植物最显著的影响是生长受到抑制，使植物的形态发生显著变化。本试验研究结果表明，盐碱胁迫下，不同浓度外源钙离子对茄子幼苗的株高和叶片数的影响存在显著影响，当外源钙离子浓度达到20 mmol·L-1时，茄子幼苗株高和叶片数量达到最大值，缓解盐碱胁迫效果明显，能显著增强茄子幼苗的生长。

叶绿素含量与叶片光合速率及植物体的有机物质积累、生长发育、产量形成密切相关，通常把叶绿素含量作为衡量叶片光合作用强弱的重要指标。盐碱胁迫有抑制幼苗的生长和降低叶绿素的含量的作用［13］，本研究结果显示，盐碱胁迫下，施加外源钙离子，随钙离子浓度增加，茄子体内叶绿素含量呈先增后减的趋势，说明一定浓度的钙离子，对盐碱胁迫导致叶绿素含量下降有明显的抑制作用，在盐碱胁迫处理后，外源钙离子可明显促进叶绿素的恢复，当钙离子浓度达到15 mmol·L-1时，叶绿素含量达到最大，但之后随着钙离子浓度的继续增加，叶绿素含量又会逐渐降低，钙离子浓度大于20 mmol·L-1时对番茄幼苗的生长起到抑制作用。

植物体内的脯氨酸含量在干旱、高温、盐渍等逆境条件下均有明显的上升趋势［14］，脯氨酸在植物受到逆境胁迫时具有重要的渗透调节功能，具有缓解逆境对植物生长发育抑制的作用［15］，同时可增加内源渗透调节物质含量，诱导抗氧化酶系统发挥作用，缓解盐碱胁迫对植物的毒害作用［16］；盐胁迫下，植物体内会产生大量活性氧自由基，从而导致细胞质膜透性增大、离子平衡失调、代谢紊乱等一系列不良链式反应，严重会导致作物死亡，进而导致作物减产。SOD 是植物体内的保护酶，它与超氧物歧化酶、过氧化氢酶相互协调共同协作，清除胁迫条件下细胞中产生的氧自由基，减少膜脂过氧化作用，最终达到保护膜结构的作用，对整个植物非生物胁迫抗性都起着至关重要的作用。本研究表明，在盐碱胁迫下，钙离子处理能显著增加茄子幼苗体内的脯氨酸含量和SOD 活性，钙离子浓度为20 mmol·L-1时促进效果最显著，这与钙离子对番茄幼苗叶片数、株高和叶绿素含量的增加最显著时的浓度相一致，表明钙离子可以通过提高茄子幼苗抗盐碱胁迫的能力缓解盐碱胁迫对茄子幼苗生长的影响。虽然施加外源钙离子可以有效的缓解盐碱胁迫对茄子幼苗的伤害，提高茄子的抗盐碱能力，但存在一定的剂量效应，有待于进一步的研究。

综上所述，钙离子能有效增加茄子幼苗对盐碱胁迫的抵抗能力，缓解盐碱胁迫对茄子幼苗生长的影响，当施加的外源钙离子浓度在15 mmol·L-1和20 mmol·L-1时，茄子幼苗株高、叶片数量、叶绿素含量、脯氨酸含量和SOD 活性均显著增加，能够有效缓解盐碱胁迫对茄子幼苗的伤害作用，显著促进茄子生长和代谢。