外源水楊酸對NaCl脅迫下桔梗幼苗生理生化指標的影響

華智銳，姚丹妮，李小玲

(商洛學院 生物醫藥與食品工程學院 陜西秦嶺特色生物資源產業技術研究院有限公司，陜西 商洛 726000)

桔梗(Platycodongrandiflorus)，又稱為僧帽花、包袱花、鈴鐺花，為桔梗科桔梗屬多年生的草本植物，其根可入藥，有利咽、祛痰、排膿、宣肺等作用，是中醫常用藥。桔梗生長于山坡草叢、灌叢間，在南北方皆適于種植[1]。桔梗植株對鹽堿有很高的抵抗力，能夠在鹽度為0.1%～0.4%的土壤中存活[2]，使桔梗在鹽堿地種植成為可能。

鹽脅迫是一種常見的非生物脅迫，是限制植物生長發育的關鍵逆境因素之一[3]；鹽脅迫會導致植物滲透調節失衡，抑制水分吸收，導致植物發生生理干旱，降低氣孔導度和葉片的光合速率，并降低生物量[4]。研究表明，鹽脅迫會破壞植物組織，過量的鹽分積累會導致植物代謝紊亂，引起植物生理干旱，進而影響植物的營養狀況[5-6]。對于大多數植物來說，高濃度的鹽環境會導致植物生長發育不良[7]，尤其鹽和干旱環境對植物的影響最大，特別是鹽脅迫會造成70%的農作物產量下降[8]。

外源水楊酸(salicylic acid，SA)是一類小分子酚類物質，是植物體中一種重要的內源性生長調節劑，可增加植物對逆境的抵抗力[9-10]，如抗高溫性、抗旱性、抗鹽性、抗病性等，可緩解桔梗、黃瓜、玉米等植物受到的鹽害[11]。高明遠等[12]研究發現，在鹽脅迫下，0.5和2.0 mmol/L SA對白榆生理指標的改善作用比較明顯；許凌欣[13]研究發現，在NaCl脅迫下，水楊酸通過促進肥皂草進行光合作用，從而穩定其正常的生理代謝,來提高肥皂草抵抗NaCl脅迫的能力；劉亞棟等[14]研究發現，SA浸種小麥幼苗耐鹽性有所提高；孫曉春等[15]研究了外源水楊酸對干旱脅迫下桔梗幼苗生理生化指標的影響，發現外源水楊酸可通過提高抗氧化酶活性和滲透調節物質的含量來提高桔梗幼苗的抗干旱脅迫能力。國外學者研究了氮磷鉀肥、溫度、光照強度等對桔梗生長特性的影響[16,17]。

桔梗作為商洛市重點發展的“十大商藥”之一，近年來，其生物學和藥學品質已受到非生物因子的嚴重影響，限制了桔梗產業的可持續發展。目前，國內外對桔梗在生理抗性方面的研究較少，而外源水楊酸對NaCl脅迫下桔梗幼苗生理指標的影響暫無研究。因此，本試驗以桔梗為試驗材料，開展外源水楊酸對NaCl脅迫下桔梗幼苗的生理特征的影響研究，旨在為鹽堿地區桔梗的優質高產栽培以及逆境生理機制和抗性育種研究提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用幼苗為商洛市商州區商山中藥材種植合作社桔梗種植基地生產的一年生桔梗幼苗。

1.2 試驗方法

1.2.1 材料預培養及處理 將一年生桔梗幼苗移栽至外圍為15 cm×20 cm的塑料花盆中進行預培養，在緩苗期間定時澆水和松土使土壤保持濕潤，以恢復至正常生理狀態，澆水量視降雨情況而定，且每個處理澆水量一致。每盆3株，每個處理5盆，1周后隨機選取幼苗用于試驗。

將幼苗分成7組，第1組：不添加任何藥品，進行蒸餾水栽培，作為對照組(CK)；第2組：蒸餾水中添加100 mmol/L NaCl進行鹽脅迫處理；第3組：蒸餾水中添加0.1 g/L SA；第4組：蒸餾水中同時添加100 mmol/L NaCl和0.1 g/L SA；第5組：蒸餾水中同時添加100 mmol/L NaCl和0.3 g/L SA；第6組：蒸餾水中同時添加100 mmol/L NaCl和0.5 g/L SA；第7組：蒸餾水中同時添加100 mmol/L NaCl和0.7 g/L SA[18]。

采用灌根的方式每兩天對桔梗幼苗澆灌一次，澆灌500 mL相應的處理液，確保處理液完全加入且不溢出[19]。每種處理重復5次，每次重復3株苗。處理1周后采集各處理桔梗幼苗的葉片進行生理指標的測定。

1.2.2 生理指標的測定 測定超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性、葉綠素含量、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量等生理指標。測定方法：SOD活性的測定參照李合生等[20]的氮藍四唑法；POD活性的測定參照李合生等[20]的愈創木酚法；CAT活性的測定參照高俊風等[21]的紫外吸收法；葉綠素含量的測定參照張志良等[22]的丙酮-碳酸鈣法；MDA含量的測定參照張志良等[22]的硫代巴比妥酸(TBA)檢測法；可溶性糖含量的測定采取蒽酮-硫酸法，取0.5 g桔梗葉片剪碎，放入試管中，加15 mL蒸餾水，沸水浴煮20 min，冷卻過濾后轉入100 mL容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度。取提取液1 mL，加5 mL蒽酮試劑，在620 nm下測定吸光度，計算可溶性糖含量。各項指標重復測定3次，求其平均值。

1.3 數據處理

采用Excel 2010進行數據統計并作圖，用SPSS statistics 22.0軟件進行數據方差分析。3次重復測得的各項生理指標數據，取其平均值繪制圖片。

2 結果與分析

2.1 水楊酸對NaCl脅迫下桔梗幼苗POD活性的影響

由圖1可知，在100 mmol/L NaCl脅迫(第2組)下，POD的活性水平較對照組(第1組)顯著降低(P<0.05)，說明NaCl脅迫處理對桔梗葉片中的POD活性有顯著影響；單獨SA處理(第3組)下，POD活性較對照組顯著增加；在相同濃度NaCl脅迫下，施加不同濃度SA(第4～7組)均使POD活性較第2組顯著增加，增幅分別為30.84%、41.07%、58.98%、45.23%，且呈先上升后下降的趨勢，在SA濃度為0.5 g/L(第6組)時達到最大增幅。結果表明，SA對NaCl脅迫下POD活性的影響顯著，但并不是濃度越大影響越好，影響最顯著的濃度為0.5 g/L。

圖1 SA對NaCl脅迫下桔梗幼苗POD活性的影響

2.2 水楊酸對NaCl脅迫下桔梗幼苗SOD活性的影響

由圖2可知，在100 mmol/L NaCl脅迫(第2組)下，SOD的活性水平較對照組(第1組)顯著降低(P<0.05)，說明NaCl脅迫處理對桔梗葉片SOD活性有顯著影響；SA單獨處理(第3組)下，SOD活性較對照組顯著增加；先NaCl脅迫后SA處理(第4～7組)均使SOD活性比NaCl脅迫處理有不同程度的增強，增幅分別為35.49%、55.8%、70.37%、53.87%；在相同濃度NaCl脅迫下，隨著SA濃度的升高，SOD活性整體上呈現出一個先上升后下降的趨勢，在SA濃度為0.5 g/L(第6組)處理下與對照組相比達到最大增幅。可見適宜濃度的SA能夠提高NaCl脅迫下桔梗幼苗體內SOD的活性，結果表明0.5 g/L SA對鹽脅迫下SOD活性的影響最顯著。

圖2 SA對NaCl脅迫下桔梗幼苗SOD活性的影響

2.3 水楊酸對NaCl脅迫下桔梗幼苗CAT活性的影響

由圖3可知：與對照組(第1組)相比，在100 mmol/L NaCl脅迫(第2組)下，CAT的活性呈顯著降低(P<0.05)，說明NaCl脅迫處理對桔梗葉片CAT活性有顯著影響；單獨SA處理(第3組)下，CAT活性比對照組顯著增高，增幅為9.42%；在同一濃度NaCl脅迫下，不同濃度SA處理(第4～7組)對桔梗幼苗CAT的活性影響不同，在第4～7組中CAT活性比NaCl脅迫分別提高17.23%、23.99%、31.65%、25.68%，且在第6組達到最大增幅。由此可知，在NaCl脅迫下，適宜的SA濃度可顯著提高桔梗幼苗CAT的活性。

圖3 SA對NaCl脅迫下桔梗幼苗CAT活性的影響

2.4 水楊酸對NaCl脅迫下桔梗幼苗MDA含量的影響

由圖4可知：在正常情況下桔梗幼苗葉片中MDA含量較低；NaCl脅迫(第2組)處理與對照組(第1組)相比，MDA含量明顯升高，增幅達到25.98%，差異達顯著水平(P<0.05)，說明NaCl脅迫處理對桔梗葉片MDA含量有顯著影響；單獨SA處理(第3組)與對照組相比差異不顯著；在相同NaCl脅迫下，添加不同濃度的SA處理(第4～7組)，與第2組MDA的含量相比均有不同程度的變化，第4～7組與第2組相比，分別降低了5.89%、15.46%、18.95%、16.89%，這說明添加適當濃度的SA可以降低NaCl脅迫下桔梗幼苗MDA的含量，緩解NaCl脅迫對植株的傷害，當SA濃度為0.5 g/L時表現最為明顯。

圖4 SA對NaCl脅迫下桔梗幼苗MDA活含量的影響

2.5 水楊酸對NaCl脅迫下桔梗幼苗葉綠素含量的影響

由圖5可知：與對照組(第1組)相比，在100 mmol/L NaCl脅迫(第2組)下，葉綠素的含量顯著降低(P<0.05)，說明NaCl脅迫處理對桔梗葉片中的葉綠素含量有顯著影響；SA單獨處理(第3組)與對照組相比差異不顯著；先NaCl脅迫處理后添加SA處理(第4～7組)均使葉綠素含量比NaCl脅迫處理有不同程度的增強，增幅分別為47.21%、55.79%、69.05%、40.45%；在相同NaCl脅迫下，隨著SA濃度的升高，葉綠素的含量整體上呈現出一個先上升后下降的趨勢，在SA濃度為0.5 g/L(第5組)處理下與對照組相比達到最大增幅，說明0.5 g/L SA對鹽脅迫下葉綠素含量的影響最顯著。

圖5 SA對NaCl脅迫下桔梗幼苗葉綠素含量的影響

2.6 水楊酸對NaCl脅迫下桔梗幼苗可溶性糖含量的影響

由圖6可知：在100 mmol/L NaCl脅迫(第2組)下，桔梗葉片的可溶性糖含量比對照組(第1組)顯著增加10.43%，說明NaCl脅迫對桔梗葉片中的可溶性糖含量有顯著影響；單獨SA處理(第3組)可溶性糖含量較對照組也顯著增加；在相同濃度NaCl脅迫下，用不同濃度的SA處理(第4～7組)后其可溶性糖含量均比NaCl脅迫組顯著增加，增幅分別為17.88%、38.47%、55.13%、47.37%。從整體上看，加入SA后桔梗葉片的可溶性糖含量呈先上升后下降的趨勢，在0.5 g/L SA處理(第6組)下增幅達到最大，效果最佳。

圖6 SA對NaCl脅迫下桔梗幼苗可溶性糖含量的影響

3 討論

植物在不利于其生長的鹽環境下，為維持自身的正常生理活動，會通過增加抗氧化酶(SOD、POD、CAT等)的活性，減少體內活性氧的數量，來保護植物細胞膜免受氧化損傷[23]，這是植物的應激反應策略，因此抗氧化酶活性成為逆境脅迫下監測植物的重要指標。逯亞玲等[24]研究發現，紫花苜蓿幼苗在NaCl脅迫下抗氧化酶的活性均顯著降低；王立紅等[25]研究發現，外源SA處理下棉花幼苗的抗氧化酶的活性顯著升高。本研究表明NaCl脅迫下桔梗幼苗的SOD、POD、CAT的活性較對照組顯著降低，添加不同濃度的SA均比NaCl脅迫下SOD、POD、CAT活性顯著增高，這與前人的研究結論一致，說明外源SA可以調節桔梗幼苗的保護酶系統，緩解NaCl脅迫對桔梗幼苗的傷害，且在0.5 g/L時效果最佳。

逆境脅迫和植物衰老會破壞植物的細胞膜系統，并導致膜脂質過氧化形成丙二醛(MDA)，通常膜損傷程度的大小可以通過MDA含量的多少來反映[26]。曹光峰等[27]發現黃瓜幼苗子葉MDA含量經NaCl處理后明顯增加；宿越等[28]研究發現SA處理顯著降低了NaCl脅迫下番茄幼苗MDA的含量，并且隨SA濃度的增加有先下降后上升的趨勢。本研究表明，在NaCl脅迫下桔梗幼苗的MDA含量較對照組顯著增加，添加不同濃度的SA均比NaCl脅迫下MDA含量顯著降低，并在SA濃度為0.5 g/L時達到最低值，這與前人的研究結論一致，說明在NaCl脅迫下，桔梗幼苗細胞膜系統受到損傷，外源水楊酸可以緩解植物細胞膜系統受到的損傷，且在0.5 g/L SA處理下影響最大。

葉綠素是植物吸收太陽光能進行光合作用的重要物質，而光合作用作為植物生命的基礎，是植物體合成能量的基本來源。葉綠素可以使光能轉化為化學能從而合成有機化合物，其含量的多少決定了植物光合作用的強弱。當葉綠體中積累高濃度的Na+或Cl-時，光合作用就會受到抑制，直接影響到植物的健康[29]。楊德翠等[30]研究發現，葉綠素的含量在鹽脅迫后顯著下降，經不同濃度的SA處理后所受鹽脅迫有所緩解。本研究與前人的研究結果一致，在相同的NaCl脅迫下，不同濃度的SA處理后葉綠素含量較NaCl脅迫組顯著增加，說明外源SA對NaCl脅迫下葉綠素的含量有影響，在0.5 g/L SA處理下影響最大。

可溶性糖是植物中主要的有機滲透調節物質之一，也是作物碳骨架和能量的主要來源，它對穩定細胞膜和原生質體膠體有重要作用[31]；當細胞中無機離子濃度較高時，可溶性糖可以保護植物體內的酶類[32]。在鹽脅迫期間，可溶性糖的積累可以降低植物的滲透壓，并在保水方面發揮作用，同時也是植物適應機制的重要信號物質。本試驗研究發現，經NaCl脅迫處理后，桔梗幼苗的可溶性糖含量顯著增加；在相同濃度NaCl脅迫下，用不同濃度的SA處理后其可溶性糖含量均比NaCl脅迫組顯著增加，說明SA可以誘導桔梗NaCl脅迫下可溶性糖含量進一步提高，在0.5 g/L SA處理下影響最顯著。

4 結論

在各個處理下，桔梗幼苗葉片中SOD、POD、CAT活性變化趨勢大致相同。在100 mmol/L NaCl溶液脅迫下，各酶活性水平均比對照組顯著降低；0.1 g/L SA單獨處理各酶活性水平均比對照組顯著增強；在相同濃度NaCl脅迫下再添加不同濃度的SA，均使各酶活性水平比NaCl脅迫處理有不同程度的增強。NaCl脅迫降低了植物體內抗氧化酶活性；添加SA后，隨著SA濃度增大，抗氧化酶活性逐漸增強，從而緩解脅迫帶來的傷害。但SA的濃度如果過高，則酶活性會下降。本試驗結果表明，外源SA在濃度為0.5 g/L時，影響最顯著。在NaCl脅迫下，桔梗幼苗葉片中MDA含量顯著增加；添加不同濃度SA后，MDA含量先下降后又上升，在第6組表現最好，說明一定濃度的SA可以緩解NaCl脅迫對植物的傷害。隨著SA濃度的升高，MDA含量有所升高，說明高濃度SA緩解植物鹽脅迫的效果差。

對桔梗幼苗添加外源SA，對桔梗幼苗葉綠素的形成具有明顯的促進作用。不同濃度的SA的影響不同，SA濃度為0.5 g/L時影響最好。NaCl脅迫會使桔梗幼苗可溶性糖含量提高，添加外源SA可以誘導可溶性糖含量進一步提高。

綜上所述，本試驗中0.5 g/L的外源水楊酸對NaCl脅迫下桔梗幼苗生理特性影響最為顯著，表明外源水楊酸可以緩解NaCl脅迫對桔梗幼苗帶來的傷害。