鹽堿脅迫下外源抗壞血酸對海濱錦葵的調節效應

代月蒙　周建

摘要? ? 為研究外源抗壞血酸對鹽堿脅迫下海濱錦葵生長與離子富集的調節效應，利用NaCl、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO4配制成4種濃度為30 mmol/kg的鹽堿土壤栽培海濱錦葵，對幼苗噴施0.5、1.5 mmol/L濃度的抗壞血酸，測定了植株的生長指標、組織Na+濃度與離子轉運系數等。結果表明，外源抗壞血酸對鹽堿脅迫下海濱錦葵的生長抑制具有一定緩解作用，其中1.5 mmol/L抗壞血酸對地徑、干重的緩解更顯著;外源抗壞血酸對不同鹽堿土中海濱錦葵的Na+富集與Na+轉運的影響存在差異，但1.5 mmol/L抗壞血酸的調控效應相對較明顯。

關鍵詞? ? 海濱錦葵;鹽堿脅迫;抗壞血酸;生長;離子富集

中圖分類號? ? S156.4? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）03-0171-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Regulating? Effect? of? Exogenous? Ascoribic? Acid? on? Kosteletzkya? virginica? Under? Salina-alkali? Stress

DAI Yue-meng 1，2? ? ZHOU Jian 1，2 *

（1 School of Horticulture and Landscape Architecture，Henan Institute of Science and Technology，Xinxiang Henan 453003;

2 Henan Province Engineering Center of Horticultural Plant Resource Utilization and Germplasm Enhancement）

Abstract? ? In order to study the regulating effect of exogenous ascorbic acid on growth and sodium ion accumulation of Kosteletyzkya virginica in saline-alkali soil，NaCl，Na2CO3，NaHCO3 and Na2SO4 were used to prepare salina-alkali soil（concentration of 30 mmol/kg） for cultivation of Kosteletyzkya virginica.The ascorbic acid at 0.5 mmol/L and 1.5 mmol/L concentrations was sprayed respectively on leaves of K. virginica plants in this research，then the growth index，Na+ concentration and ion transport coefficient of these treated plants were determined.The results showed that exogenous ascorbic acid could alleviate the growth inhibition of K. virginica under the saline-alkali stress，while the alleviations on stem diameter and dry weight from 1.5 mmol/L treatment were more significant than those from 0.5 mmol/L treatment.There were differences of Na+ enrichment and Na+ transport in K. virginica plants among four kinds of saline-alkali soil，but the regulations from 1.5 mmol/L ascorbic acid were basically more effective than that from 0.5 mmol/L treatment.

Key words? ? Kosteletyzkya virginica;saline-alkali stress;ascorbic acid;growth;ion accumulation

當前，土壤鹽堿化是世界性的環境問題，分布范圍廣，嚴重影響了植物生長和農作物的產量[1-2]。我國是鹽堿地大國，廣泛分布于西北地區、東北地區以及沿海地區，各類鹽堿土總面積達到9 913.3 hm2，成為威脅農業發展和生態環境的重大非生物脅迫因素之一[3]。土壤鹽分對植物形成有直接影響，如抑制種子萌發及干擾植物代謝、光合作用等，進而影響植物生長發育，甚至造成植物萎蔫死亡或產量下降。因此，選用耐鹽堿能力強的植物或利用外源手段調節植物耐鹽性，以此來改善鹽堿地生態功能與提高鹽堿地經濟產出已成為重要的農業發展方向[4]。星星草是一種優良的牧草，耐鹽性極強，能耐1.0%的NaCl溶液澆灌，成為鹽生草甸的建群種[5]。白穎苔草耐鹽閾值達到263 mmol/L，鹽脅迫抗性強，在鹽堿地生長具有明顯的優勢，具有較強的環境改善能力[6]。作為一種鹽生經濟植物，低鹽堿地可促進堿地膚的生長;高鹽堿條件下，堿地膚生長受到一定程度抑制[7]。

海濱錦葵（Kosteletyzkya virginica），原產于美國東部沿海地區的含鹽沼澤地帶，是多年生宿根草本植物，具極強的抗鹽能力，在2.5%鹽水澆灌下，種子產量可達到0.8～1.5 t/hm2 [8]。海濱錦葵種子含有豐富的油脂和蛋白質，有“生物柴油”的美稱;地下塊根膨大，富含糖類、總黃酮、皂苷等，可以作為飼料、保健品和其他工業用途的原料;花期長，花大而艷麗，具有很好的優化海濱地區景觀作用[9-10]。1993年，南京大學將海濱錦葵引入我國，用于海濱鹽土開發利用[11]。目前，對海濱錦葵的抗鹽性機制的系統研究比較深入[12-13]。在引種發展過程中，海濱錦葵在海濱鹽土表現出較高的生態適應性與經濟效益。

抗壞血酸（Ascorbic Acid，簡稱AsA），又稱維生素C，是在植物體內普遍存在的非酶促抗氧化物質，可有效去除植物體內O2-、-OH、H2O2等活性氧（ROS），緩解氧化毒害[14]，提高植物的抗逆性。近年來，抗壞血酸在提高植物抗性方面有廣泛的應用。在鋁脅迫下，對水稻葉片噴施2 mmol/L的抗壞血酸，可降低葉片內H2O2的含量，提高葉綠素含量，促進水稻受脅迫植株的生長[15]。與水稻相似，對鋁毒害的大麥幼苗噴施0.25 mmol/L AsA，可顯著提高植株體內抗氧化酶活性，有效緩解鋁毒害對大麥的生長抑制[16]。馬彥霞等[17]研究發現，外源抗壞血酸能有效緩解番茄幼苗的自毒作用，促進幼苗主根和上胚軸的生長，維持植株正常的生理功能。此外，在正常生長條件下，外源抗壞血酸能促進煙草細胞分裂，減輕細胞膜脂過氧化，明顯延緩細胞衰老[18]，成為有效的煙草生長調節劑。

因此，本試驗通過在鹽堿脅迫下對海濱錦葵幼苗噴施抗壞血酸，初步探索抗壞血酸對海濱錦葵鹽堿脅迫損傷的緩解效應，為海濱錦葵在鹽堿地的推廣應用提供參考。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗材料

供試海濱錦葵種子由南京大學鹽生植物實驗室提供。

1.2? ? 試驗設計

試驗設4個鹽堿土處理，即稱取普通園土，與NaCl、Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3混合配置成4種30 mmol/kg的鹽堿土，即NaCl（A1）;NaCl∶Na2SO4∶Na2CO3∶NaHCO3=4∶8∶1∶1（A2）;NaCl∶Na2SO4∶Na2CO3∶NaHCO3=8∶4∶1∶1（A3）;Na2CO3∶NaHCO3=1∶1（A4），以空白處理為正對照（CK）。設2個抗壞血酸噴施處理，分別為0.5 mmol/L（B1）、1.5 mmol/L（B2），以不噴施抗壞血酸為負對照（CK0）。

1.3? ? 試驗方法

將配置好的土壤分別裝入口徑12 cm、高11 cm的栽培缽中，每個處理6缽，一并放入長54 cm、寬26 cm、高12 cm的塑料白盆中，并做好標記。選擇飽滿的海濱錦葵種子，用濃硫酸處理30 min;隨后用清水快速沖洗，并用溫水浸泡24 h;最后用濕沙催芽。待露白種子達到1/3時進行播種。每個栽培缽播種5粒，播后澆透水1次。幼苗出土30 d后，對幼苗分別噴施0.5、1.5 mmol/L抗壞血酸，每周噴1次，連續噴施9次。

1.4? ? 指標測定

1.4.1? ? 植株生長指標的測定。待處理完成以后，從每個處理中選出具有代表性的植株，用游標卡尺（精確到千分位）和直尺（cm）分別測量植株的地徑和株高。隨后，將樣株從栽培缽中移出，在水中緩慢清洗植株根部，盡量減少對根系的損傷。用吸水紙吸干清洗干凈的植株的表面水分。隨即用剪刀將植株根、莖、葉剪切分離，置入烘箱中，于80 ℃條件下烘干至恒重。最后，使用1/1 000電子天平測定植物干組織質量。重復5次。

1.4.2? ? 鈉離子濃度測定。取烘干植物組織0.1～0.2 g，放入研缽中充分研磨。將研磨組織置入消解罐中，并加入7 mL濃硝酸、2 mL雙氧水、2 mL高氯酸，放入微波消解儀于165 ℃、5 W下消解30 min;消解完成后，將消解液轉移至聚四氯乙酸燒杯，在170 ℃電熱板上趕酸，除去氯氣;待消解液趕酸至黃豆大小，用0.2%的稀硝酸溶液定容至25 mL，于50 mL離心管內保存。最后用Optima 2100DV電感耦合等離子發射光譜儀測定樣品Na+含量。重復3次。

1.4.3? ? 鈉離子轉運系數的計算。植物組織鈉離子轉運系數由以下公式計算：

鈉離子轉運系數=上部位置Na+含量/下部位置Na+含量

1.5? ? 數據統計與分析

用Excel 2010數據分析軟件進行數據分析與制圖;用SPSS 21.0進行方差分析，在α=0.05水平下進行Duncan多重比較。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 外源抗壞血酸對鹽堿脅迫下海濱錦葵生長特性的影響

在試驗中，對株高而言，噴施抗壞血酸對處理A1、A2、A3、A4等4種鹽堿土植株有不同程度的影響，見圖1（a）。在0.5 mmol/L處理中，噴施措施對處理A2、A3鹽堿土植株株高起促進作用，其中處理A3鹽堿土植株增幅最大，分別較CK、CK0高11.58%、24.12%;噴施措施抑制處理A1、A4鹽堿土植株株高生長，處理A4鹽堿土植株的抑制最顯著，低于CK0 12.57%。在濃度為1.5 mmol/L時，噴施措施對處理A1、A2、A3等鹽堿土植株株高大致起促進作用，其中處理A1鹽堿土植株促進最明顯，分別較CK、CK0高7.61%、7.53%。

對地徑而言，外源抗壞血酸對處理A1、A2、A3、A4等4種鹽堿土植株影響不顯著，見圖1（b）。0.5 mmol/L抗壞血酸對處理A3鹽堿土植株地徑促進最明顯，分別較CK、CK0高18.86%、17.41%;噴施1.5 mmol/L抗壞血酸，處理A2鹽堿土植株地徑的促進作用最大，分別較CK、CK0增加19.37%、23.79%。2種處理濃度對處理A4鹽堿土植株的地徑生長均有抑制作用，0.5 mmol/L處理植株低于CK0 13.57%;1.5 mmol/L處理植株分別較CK、CK0低6.34%、14.38%。

外源抗壞血酸對鹽堿土植株干重大致起促進作用，見圖1（c）。在0.5 mmol/L處理中，處理A1鹽堿土植株干重增加幅度最大，分別較CK、CK0高13.48%、27.00%;對處理A2鹽堿土植株的抑制最顯著，低于CK0 37.31%。抗壞血酸濃度為1.5 mmol/L時，對脅迫植株干重的促進程度高于0.5 mmol/L處理，其中處理A1鹽堿土植株干重的增幅最大，分別較CK、CK0增加74.21%、94.97%;而處理A4鹽堿土植株干重略呈抑制趨勢，分別較CK、CK0低28.95%、14.77%。

2.2? ? 外源抗壞血酸對鹽堿脅迫下植株組織Na+濃度的影響

在試驗中，0.5、1.5 mmol/L抗壞血酸處理對海濱錦葵根部Na+富集影響存在差異，見圖2（a）。0.5 mmol/L抗壞血酸促進處理A3、A4鹽堿土植株根部Na+富集，其中處理A4鹽堿土植株促進作用最顯著，分別較CK、CK0高108.60%、14.07%;抑制處理A1、A2鹽堿土植株根部鈉離子富集，且對處理A2鹽堿土植株的抑制較顯著，分別較CK、CK0低75.13、85.61%。在1.5 mmol/L處理中，噴施措施對海濱錦葵根系Na+富集大致呈現促進趨勢，其中對處理A4鹽堿土植株的促進作用最顯著，高于CK0 81.05%;對處理A2鹽堿土植株根系離子富集的抑制最強，低于CK0 59.83%。

在抗壞血酸噴施處理下，植株莖部Na+富集存在一定差異，見圖2（b）。在0.5 mmol/L抗壞血酸處理中，處理A1鹽堿土植株莖部離子富集促進效果最顯著，其離子濃度高于CK0 33.65%;處理A2鹽堿土植株莖Na+富集抑制最明顯，低于CK0值23.57%。在1.5 mmol/L時，噴施措施促進處理A1、A4鹽堿土植株莖離子富集，處理A1鹽堿土植株的促進幅度最大，離子濃度高于CK0 68.06%;處理A2鹽堿土植株莖Na+富集呈抑制趨勢，離子濃度低于CK0 16.64%。

在鹽堿脅迫土壤中海濱錦葵葉的Na+濃度均高于正常處理植株。在0.5 mmol/L處理中，抗壞血酸對海濱錦葵植株葉中Na+富集的影響存在一定差異，見圖2（c）。其中，對處理A2鹽堿土植株的促進作用最明顯，分別較CK、CK0高468.64%、64.59%;對處理A3、A4鹽堿土植株葉片中鈉離子富集形成抑制，其中處理A4抑制最大，低于CK0值53.55%。在1.5 mmol/L處理中，抗壞血酸抑制了植株葉部鈉離子富集，其中對處理A1鹽堿土植株的影響最小，低于CK0 19.11%;處理A3鹽堿土對植株的影響最大，低于CK0 42.51%。

2.3? ? 外源抗壞血酸對植株Na+轉運系數的影響

在試驗中，噴施抗壞血酸對海濱錦葵葉/莖離子轉運系數的影響存在差異，見圖3（a）。0.5 mmol/L抗壞血酸促進處理A1、A2鹽堿土植株Na+葉/莖轉運，其轉運系數分別較CK0高61.34%、109.20%;而處理A3、A4鹽堿土植株離子轉運受到抑制，分別較CK0低57.89%、42.34%。在1.5 mmol/L處理中，抗壞血酸對處理A1、A3、A4鹽堿土植株離子轉運形成抑制，其中處理A1鹽堿土對植株的影響最大，低于CK0 51.87%。

對于莖/根Na+轉運而言，外源抗壞血酸對處理A1、A2、A3鹽堿土植株起促進作用，對處理A4鹽堿土對植株形成抑制，見圖3（b）。在0.5、1.5 mmol/L處理中，噴施措施對處理A2鹽堿土植株的促進效果最顯著，分別較CK0高380.97%、107.53%;而處理A4鹽堿土植株的鈉離子轉運系數呈下降趨勢，分別較CK0低20.56%、34.54%。

在試驗中，噴施抗壞血酸對海濱錦葵植株根/土壤Na+轉運系數的影響存在差異，見圖3（c）。在0.5 mmol/L處理中，抗壞血酸促進處理A2、A3鹽堿土植株離子轉運，其中對處理A2鹽堿土植株的影響最大，其轉運系數高于CK0 43.91%;處理A1、A4鹽堿土植株離子轉運受到抑制，其中處理A2植株受影響最明顯，其Na+轉運系數低于CK0 59.94%。在1.5 mmol/L處理中，噴施措施促進處理A1、A2鹽堿土植株Na+轉運，其中處理A2鹽堿土植株影響最大，其轉運系數高于CK0 301.72%;處理A3、A4鹽堿土植株Na+轉運受到抑制，其中處理A4植株抑制作用最強，其離子轉運系數低于CK0 34.54%。

3? ? 結論與討論

3.1? ? 外源抗壞血酸對鹽堿脅迫下海濱錦葵生長特性的影響

在試驗中，噴施抗壞血酸對鹽堿脅迫下海濱錦葵生長抑制，尤其是對地徑、干重的抑制具有緩解作用，這與抗壞血酸對燕麥[19]、黃芩[20]、番茄幼苗[21]的調節效應相似。外源抗壞血酸調控鹽堿脅迫下海濱錦葵幼苗生長的作用：一是提高植株體內可溶性糖和脯氨酸等滲透調節物質，并以此來緩解鹽堿對植株形成的水分滲透脅迫[20-22];二是增強酶促或非酶促抗氧化途徑的效率，從而有效清除產生的活性氧，減輕鹽堿脅迫形成的氧化毒害[23]。研究發現，0.5 mmol/L抗壞血酸是提高鹽脅迫下黃芩幼苗抗鹽性的最適濃度[20]，20 mg/L抗壞血酸對海水脅迫下油菜生長抑制的緩解效果最好[22];本試驗中，高濃度抗壞血酸（1.5 mmol/L）對鹽堿脅迫下海濱錦葵生長抑制的緩解效果較低濃度（0.5 mmol/L）更好，可能是因為植物種間差異與生理特性不同所導致，具體作用機理有待進一步研究。

3.2? ? 外源抗壞血酸對鹽堿脅迫下海濱錦葵植株離子富集與轉移的影響

在鹽脅迫下，細胞內積累的活性氧能直接改變膜脂和膜蛋白的結構[24]，進而影響膜的透性及對離子的吸收、轉運。噴施外源抗壞血酸可提高植株體內抗氧化酶活性，可有效清除活性氧，降低膜質過氧化傷害，保持細胞膜結構和功能的完整性[21，25]，在一定程度保持植株對離子的吸收與轉運，提高其鹽堿耐受性。本試驗中，外源抗壞血酸對不同鹽堿土中海濱錦葵根、莖、葉Na+富集與Na+轉運的影響存在差異，有的表現為促進，部分存在抑制。這應該與鹽堿土類型有關，其鹽分種類及鹽分配比存在差異，導致鹽堿土間化學性質不同，從而對海濱錦葵形成的脅迫危害存在差異;同時，不同濃度的外源抗壞血酸清除海濱錦葵體內活性氧、保護細胞膜完整的能力不同，從而導致外源抗壞血酸對海濱錦葵鹽堿脅迫植株的Na+富集與Na+轉運的調控效應存在差異性。

4? ? 參考文獻

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