亞精胺對鹽脅迫下遼東櫟生理特性的影響

范秀娟

（山西省國有林場和種苗工作總站，山西 太原030012）

施用化學肥料是促進植物快速生長的有效措施，但是施用不當會引起土壤鹽漬化、土壤板結等一系列問題[1]。土壤鹽漬化是限制農林產業發展的重要瓶頸，由于改良困難并且耗時長，土壤改良難以快速達到預期目標，因此探尋植物耐鹽機理，選擇和培育抗鹽性強的植物種類是面對土壤鹽漬化最有效的途徑[2]。遼東櫟（Quercus wutaishanica）是我國北方地區闊葉混交林重要組成樹種，很多地區都有大量的人工栽培林，并且也較多的應用于城市園林建設中。為適應造林工作的需要，山西省很多苗圃也大量培育遼東櫟苗木[3]。育苗實踐中，由于連年重茬栽培和不恰當的施肥技術，部分苗圃土壤已經發生了次生鹽漬化現象，嚴重影響了遼東櫟的優質壯苗培育。鑒于此，研究亞精胺對鹽脅迫下遼東櫟生理特性的影響規律，對揭示亞精胺的抗鹽調控機理和育苗實踐中進行化學調控植物抗鹽性具有重要理論與實踐意義。亞精胺是一種多胺類物質，鹽脅迫下，其可以作為植物的信號物質用于植物抗鹽機制的形成[4]，大量試驗研究表明，外源亞精胺可以顯著提高植物的抗鹽性[5]。從機理上來看，外源亞精胺對植物鹽脅迫的緩解作用主要與亞精胺作為γ-氨基丁酸（GABA）合成的前提物質來促進其合成以維持植物細胞膜系統的穩定，降低丙醛（MDA）含量，保證植物在鹽脅迫條件下正常生理生化活動的進行并促進植物生長[6]。亞精胺作為一種緩解植物抗鹽性的多胺類物質，在大豆[6]、桑樹[2]等植物上進行了初步的研究工作，但是其對遼東櫟抗逆生理的相關研究較少。本文通過分析外源亞精胺對遼東櫟根系活力及MDA、可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量的影響規律，探討外源亞精胺對遼東櫟的抗鹽生理機制，為探索遼東櫟耐鹽栽培的新途徑提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020 年4 月至2020 年7 月在山西省國有林場和種苗工作站試驗苗圃內進行。試驗所選遼東櫟為2a 生實生苗。該苗木于2018 年3 月播種，2018 年7 月15 日移栽入長×寬×高為30cm×30cm×35cm 的栽植盆中，2018 年和2019 年在栽植盆中生長，并未發生干旱與水分脅迫，也未發生病蟲危害。

1.2 試驗設計

試驗共設5 個處理，Y1 為空白對照，無鹽脅迫和亞精胺處理；Y2 為鹽脅迫對照，NaCl 濃度為150mmol/L；Y3 為鹽脅迫+低濃度亞精胺：150mmol/L NaCl+0.60mmol/L 亞精胺；Y4 為鹽脅迫+中濃度亞精胺：150mmol/L NaCl+1.2mmol/L 亞精胺；Y5 為鹽脅迫+高濃度亞精胺：150mmol/L NaCl+1.8mmol/L亞精胺。其中，Y2、Y3、Y4、Y5 處理NaCl 用量為1500mL/株，其中4 月1 日澆灌栽植盆中500mL/株，5 月3 日澆灌1000mL/株。亞精胺處理分兩次進行，第一次為4 月5～8 日每天18：00 后噴施，噴施量為100mL/株；第二次處理為5 月4～8 日每天18：00 后噴施，噴施量為100mL/株。空白對照分別在4 月1日和5 月3 日澆灌500mL/株和1000mL/株的蒸餾水；鹽脅迫對照在4 月5～8 日、5月4～8 日期間分別噴施100mL/株的蒸餾水。每處理共計20 盆，3 次重復，隨機區組排列，共計300 盆。整個試驗期間，防止苗木出現旱澇災害及病蟲危害。

1.3 田間取樣及生理指標測定

分別于4 月15 日、5 月1 日、5 月15 日、5 月31 日、6 月15 日到田間取樣，葉片取樣時，每處理選擇3 株，將全部葉片放入液氮中貯存。根系取樣時，將栽植盆倒立，所有盆內土壤全部倒出后用水沖洗干凈根系后，用塑料袋保濕盡快帶回實驗室進行根系活力的測定。其中根系活力測定采用TTC 法[7]。將液氮中保存的葉片剪碎混合均勻，然后隨機取樣進行生理指標的測定，其中MDA 含量采用硫代巴比妥酸法測定[7]，游離脯氨酸含量測定采用茚三酮法[7]，可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍染色法[8]，可溶性糖含量測定采用蒽酮法[8]。每項指標測定5 次，取平均值作為最后結果。

1.4 數據處理

圖表制作及數據處理均使用Excel2010 版軟件，方差分析使用DPS7.05 版軟件。

2 結果與分析

2.1 亞精胺對鹽脅迫下遼東櫟MDA 含量的影響

由圖1 可知：各處理遼東櫟葉片內MDA 含量在整個試驗期內表現出先升高后降低的變化，不同處理之間存在差異。整個試驗期間，Y2 處理MDA含量始終為最高值，顯著高于空白對照（Y1），表明鹽脅迫對遼東櫟膜系統造成了一定傷害，從而顯著提高了MDA 含量。各亞精胺處理的MDA 含量均低于鹽脅迫對照（Y2）處理，說明外源亞精胺對緩解鹽脅迫下遼東櫟膜系統的危害具有一定的作用，但是不同濃度的亞精胺緩解效果存在差異。Y4在整個試驗期間MDA 含量分別比Y2 處理降低了27.78%、22.89%、24.10%、35.42%、29.66%，差異顯著，表明該濃度的亞精胺對降低遼東櫟鹽脅迫危害具有顯著作用；Y3 顯著高于Y4 處理，Y3 在5月31 日顯著低于Y2，其余時間Y3 均與Y2 之間無顯著差異，說明低濃度的亞精胺對緩解遼東櫟鹽脅迫作用不大。5 月15 日、5 月31 日，Y4 顯著低于Y5，4 月15 日、5 月1 日、6 月15 日Y4 與Y5 之間無顯著差異，表明亞精胺濃度從1.2mmol/L 提高至1.8mmol/L 不會對遼東櫟MDA 含量產生顯著影響。

圖1 亞精胺對鹽脅迫下遼東櫟MDA 含量的影響

2.2 亞精胺對鹽脅迫下遼東櫟可溶性糖含量的影響

由圖2 可知：整個試驗期間，鹽脅迫處理與空白對照相比可溶性糖含量顯著升高，表明鹽脅迫顯著誘導了遼東櫟葉片內可溶性糖的積累。鹽脅迫下，添加外源亞精胺與單獨鹽脅迫處理相比提高了遼東櫟葉片內的可溶性糖含量，但是不同濃度的亞精胺對可溶性糖含量的影響存在差異。整個試驗期間，Y4 可溶性糖含量分別比Y2 提高了20.65%、16.61%、18.27%、15.54%、23.83%，差異顯著，表明該濃度的亞精胺顯著提高了鹽脅迫下遼東櫟葉片內的可溶性糖含量；5 月1 日、5 月15 日、6 月15 日，Y4 顯著高于Y3 處理，表明亞精胺濃度從0.6mmol/L 增加到1.2mmol/L 會顯著增加遼東櫟葉片內的可溶性糖含量；Y3 處理在整個試驗期間可溶性糖含量均高于Y2，但兩個處理之間無顯著差異，表明該濃度的亞精胺對遼東櫟葉片內可溶性糖含量影響較小；Y5 與Y4 之間無顯著差異，說明亞精胺處理濃度由1.2mmol/L 基礎上提高至1.8mmol/L 并未顯著提高遼東櫟葉片內可溶性糖含量。

圖2 亞精胺對鹽脅迫下遼東櫟可溶性糖含量的影響

2.3 亞精胺對鹽脅迫下遼東櫟可溶性蛋白含量的影響

由圖3 可知：鹽脅迫下，遼東櫟葉片內可溶性蛋白含量在整個試驗期間均顯著高于空白對照，表明鹽脅迫會誘導遼東櫟葉片內可溶性蛋白積累。整個試驗期間，Y4 分別比Y2 提高了29.32%、36.39%、47.15%、52.64%、40.34%，差異顯著，表明1.2mmol/L濃度的亞精胺可以顯著提高鹽脅迫下遼東櫟可溶性蛋白含量。Y3 分別低于Y4 處理1.23mg/g、1.59mg/g、3.62mg/g、4.42mg/g、2.21mg/g，差異顯著，表明亞精胺濃度從Y3 提高至Y4 后顯著增加了鹽脅迫下遼東櫟可溶性蛋白含量；4 月15 日至5 月15 日，Y2與Y3 之間無顯著差異，表明0.6mmol/L 亞精胺在處理早期不會對鹽脅迫下遼東櫟可溶性蛋白含量產生顯著影響；5 月31 日至6 月15 日，Y3 顯著高于Y2 處理，表明該濃度的亞精胺在后期會顯著提高鹽脅迫下遼東櫟可溶性蛋白含量。5 月31 日，Y5低于Y4 處理2.21mg/g，差異顯著，表明亞精胺濃度從Y4 提高至Y5 在5 月31 日顯著降低了可溶性蛋白含量；4 月15 日、5 月1 日、5 月15 日、6 月15 日Y4 與Y5 之間無顯著差異，說明亞精胺濃度從Y4提高至Y5 后在這些時間段并未對遼東櫟可溶性蛋白產生顯著影響。

圖3 亞精胺對鹽脅迫下遼東櫟可溶性蛋白含量的影響

2.4 亞精胺對鹽脅迫下遼東櫟游離脯氨酸含量的影響

由圖4 可知：遼東櫟游離脯氨酸含量在整個試驗期間表現逐漸升高，不同處理對游離脯氨酸含量的影響存在差異。Y2 在整個試驗期間均顯著高于Y1，表明鹽脅迫顯著提高了遼東櫟葉片內的游離脯氨酸含量。噴施亞精胺處理游離脯氨酸含量均高于鹽脅迫處理，其中Y4 與Y2 相比分別提高了19.10%、25.75%、16.33%、22.17%、31.40%，差異顯著，表明該濃度的亞精胺會顯著提高遼東櫟葉片內的游離脯氨酸含量。5 月1 日，Y3 與Y4 之間無顯著差異，表明5 月1 日亞精胺濃度從Y3 降低至Y4 不會對遼東櫟游離脯氨酸含量產生顯著影響；Y3 與Y2 之間無顯著差異，表明該時間段噴施低濃度的亞精胺對遼東櫟游離脯氨酸含量影響較小；5 月15日至6 月15 日，Y3 顯著低于Y4 處理，表明5 月15日后亞精胺濃度從Y3 增加至Y4 水平會導致遼東櫟游離脯氨酸含量顯著增加；5 月31 日至6 月15日，Y3 顯著高于Y2 處理，表明低濃度的亞精胺處理在5 月31 日后可以顯著提高鹽脅迫下遼東櫟的游離脯氨酸含量。Y5 與Y4 之間無顯著差異，表明亞精胺濃度從Y4 提高至Y5 并未對遼東櫟游離脯氨酸含量產生顯著影響。

圖4 亞精胺對鹽脅迫下遼東櫟游離脯氨酸含量的影響

2.5 亞精胺對鹽脅迫下遼東櫟根系活力的影響

由圖5 可知：鹽脅迫下，遼東櫟根系活力顯著降低，其中Y2 處理根系活力始終處于最低值，與空白對照相比差異顯著，表明遼東櫟根系活力在鹽脅迫下會顯著降低。亞精胺一定程度上會提高鹽脅迫下遼東櫟的根系活力，但是濃度不同對根系活力的影響也存在差異。整個試驗期間，Y4 根系活力分別比Y2 處 理 提 高 了17.29% 、19.56% 、25.69% 、31.20%、28.81%，差異顯著，表明該濃度的亞精胺會顯著提高鹽脅迫下遼東櫟的根系活力；4 月15 日至5 月15 日，Y3 與Y4 處理之間無顯著差異，表明亞精胺濃度從Y3 提高至Y4 在5 月15 日之前不會對根系活力產生顯著影響；但5 月31 日至6 月15日，Y4 顯著高于Y3，表明亞精胺濃度從0.6mmol/L增至1.2mmol/L 會顯著提高遼東櫟根系活力。Y5 與Y4之間無顯著差異，表明亞精胺濃度增至1.5mmol/L不會顯著提高遼東櫟根系活力。

圖5 亞精胺對鹽脅迫下遼東櫟根系活力的影響

3 討論

MDA 是膜脂過氧化的主要產物，其含量的升高會導致植物體膜結構的完整性和穩定性受到破壞，影響植物的正常生理功能發揮，因此MDA 含量的變化可以作為判斷逆境條件下膜系統受傷程度的指標[9]。從本試驗結果來看，鹽脅迫顯著提高了遼東櫟葉片內的MDA 含量，這也說明鹽脅迫對其膜系統造成了一定的危害[10]。亞精胺處理與鹽脅迫處理相比降低了遼東櫟葉片內的MDA 含量，說明亞精胺對緩解遼東櫟鹽脅迫具有一定的作用，郭雙[11]研究認為這與亞精胺可以提高植物體滲透調節物質含量，對膜系統起到保護作用有關。從不同濃度的亞精胺對遼東櫟MDA 含量影響來看，中等濃度的亞精胺與高濃度和低濃度處理相比更有利于MDA含量的降低，這與趙東曉[2]的研究結果一致，說明亞精胺在緩解逆境脅迫中選擇適宜的濃度也非常關鍵。可溶性糖和可溶性蛋白是植物體內重要的滲透調節物質，鹽脅迫下其含量提高有利于維持細胞水分平衡[12]，鹽脅迫顯著提高了遼東櫟兩種滲透調節物質含量，本試驗結果與前人相關研究結果一致。外源亞精胺處理后，遼東櫟可溶性糖、可溶性蛋白含量均表現出升高的變化，這與桑樹[2]、黃瓜[13]的研究結果相似。王顯瑞[14]研究認為這可能與亞精胺提高了蔗糖磷酸合成酶和淀粉合成酶的酶活性有關。游離脯氨酸含量的升高可以緩解植物鹽脅迫造成的水分脅迫，適宜濃度的亞精胺處理可以顯著提高鹽脅迫下遼東櫟葉片內的游離脯氨酸含量，這與劉球[15]的研究結果一致，李州[16]研究認為出現這種現象的原因與亞精胺可以提高脯氨酸代謝過程中的關鍵酶，如：Δ′-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）、Δ′-吡咯啉-5-羧酸還原酶（P5CR）活性和分解代謝關鍵酶 ProDH 的活性促進氨基酸的代謝有關，也有部分研究者[17]認為亞精胺是游離脯氨酸的合成過程中的底物，外源亞精胺提高了底物含量，有利于促進游離脯氨酸的合成，從而提高其含量。鹽脅迫降低了遼東櫟根系活力，這與吳正東[18]的研究結果一致，而亞精胺一定程度上會緩解植物的鹽脅迫危害，提高植物根系活力，促進植物根系生長，但是不同植物對亞精胺的濃度響應存在差異[19]。

4 結論

（1）鹽脅迫顯著提高了遼東櫟葉片內MDA 含量，亞精胺顯著降低了鹽脅迫下遼東櫟葉片內MDA含量；1.2mmol/L 亞精胺對降低丙二醛含量效果優于0.6mmol/L 和1.8mmol/L 處理。

（2）鹽脅迫會顯著提高遼東櫟葉片內的滲透調節物質含量，亞精胺處理與鹽脅迫對照相比顯著提高了可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量；1.2mmol/L 亞精胺促進滲透調節物質含量增加效果優于0.6mmol/L 處理；1.8mmol/L 與1.2mmol/L 亞精胺處理之間無顯著差異。

（3）鹽脅迫與空白對照相比顯著降低了遼東櫟根系活力，亞精胺有提高鹽脅迫下遼東櫟根系活力的作用，其中1.2mmol/L 亞精胺處理與鹽脅迫對照相比差異顯著。

（4）1.2mmol/L 亞精胺可以較好的緩解遼東櫟鹽脅迫。