外源水楊酸對黃瓜幼苗生長和離子吸收的影響

付 玲，包 穎，范永山

外源水楊酸對黃瓜幼苗生長和離子吸收的影響

付 玲，包 穎，范永山

（唐山師范學院 生命科學系，河北 唐山 063000）

以黃瓜品種津優4號為試材，采用營養液水培的方式，對幼苗進行鹽分（NaCl 90 mmol?L-1）處理，研究不同濃度的水楊酸對鹽脅迫下黃瓜幼苗生長和離子吸收的影響。研究結果表明，外源水楊酸可提高黃瓜幼苗的株高、莖粗、生物量和葉綠素含量；根、莖、葉、葉綠體中K+、Ca2+、Mg2+的含量隨水楊酸濃度的增加，出現不同程度的上升，且2 mmol?L-1水楊酸處理后離子含量增幅最明顯。

黃瓜；水楊酸；鹽脅迫；離子吸收

1 引言

黃瓜是我國種植范圍和種植面積較大的蔬菜品種之一，土壤鹽漬化對黃瓜的種植會產生消極影響，因此研究外源物質對鹽脅迫下黃瓜生長的影響有重要實際意義。鹽脅迫對作物的傷害機制有兩種：一種是離子傷害，導致細胞膜透性增加，影響酶的結構和功能；另一種是因滲透脅迫而造成的生理干旱，植物細胞會在自身受到逆境脅迫時主動積累一些可溶性滲透調節物質，這些滲透調節物質包括有機溶質、無機離子如K+、Ca2+、Na+等。近年來，施用一些外源物質緩解鹽脅迫對植株的傷害已成為一種行之有效并逐漸被認可的方法。水楊酸（salicylic acid，SA）是高等植物體內一種普遍存在的酚類物質，可以誘導植物產生抗性，緩解植物在逆境下的脅迫傷害[1]。水楊酸在植物生長中具有重要的生理調節作用，可提高植物的抗冷性、抗鹽性、抗病性、抗熱性、抗污染等[2-6]。水楊酸可通過誘導抗氧化防御系統并緩解膜脂過氧化，促進光合和呼吸作用，調控離子吸收與分布，進而對鹽脅迫起到緩解作用[7]。近年來的研究表明，鹽脅迫條件下，外源水楊酸可改變植株體內離子動態，提高根系對K+、Ca2+、Mg2+的吸收，減少對Na+的吸收，從而緩解植株在鹽脅迫下的傷害[8]。鹽脅迫下黃瓜幼苗生長受到抑制，直接影響植株生長和產量。本實驗將探究不同濃度水楊酸對鹽脅迫環境下黃瓜幼苗生長和各器官中K+、Mg2+和Ca2+離子含量的影響。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

本實驗于2018年3月至5月在唐山師范學院溫室開展，所選實驗材料為黃瓜津優4號品種。

2.2 實驗設計

本實驗共分5組，見表1。營養液均用日本山崎營養液配方配置。水楊酸采用葉面噴施，CK處理的營養液中未加入NaCl，噴施相同體積的蒸餾水。處理期間每2 d更換一次營養液，每天24 h不間斷通氣，在添加水楊酸后的第七天進行取樣，測定黃瓜幼苗植株的株高、莖粗、地上、地下干鮮重，葉綠素含量以及根、莖、葉和葉綠體中的K+、Mg2+和Ca2+的含量和離子交換比率。每個處理重復3次。

表1 實驗處理方案

2.3 實驗方法

2.3.1 栽種方法

精心挑選籽粒大小整齊一致、飽滿、完整、無病蟲害的黃瓜津優4號種子300粒，使用75%的酒精進行消毒，放在15 ℃（光照0%）/28 ℃（光照100%）的光照培養箱中催芽約32 h。選擇種子露白程度整齊一致的幼苗播種到裝滿消毒基質（蛭石：細草炭=1:3）的育苗盤中，當黃瓜幼苗的兩片子葉充分展開之時，選取長勢均勻一致且旺盛的黃瓜幼苗，將其根清洗干凈（至少3遍）后，移栽至裝有日本山崎配方營養液（pH 5.5-5.8）的水培槽中，置于唐山師范學院溫室進行培養。每個水培槽栽植幼苗，均為12株，且每個處理設3個重復（3個水培槽）。

2.3.2 處理方法

在黃瓜幼苗的2片真葉長出之時，按照處理方案（表1）對黃瓜幼苗進行處理。其中T0-T3對應的水培槽中2天內分2次加入NaCl，使其終濃度達到90 mmol?L-1。然后在鹽處理后的每天下午16:30對T0-T3處理的植株進行葉面噴施水楊酸溶液，對CK植株葉面噴施蒸餾水，均以溶液附于植株葉面不下滴為最佳。在水楊酸處理后的第7天對植株進行隨機取樣，測定黃瓜幼苗相關生長指標、葉綠素含量和各部位離子含量及運輸比率。

2.4 指標測定方法

株高、莖粗采用直接測量法，稱重法獲得鮮重和干重。采用丙酮:95%乙醇=1:1混合浸提法提取葉綠素[9]。離子含量的測定參照文獻[10]中離子提取方法中的第2種方法，葉綠體提取參照文獻[11]，并進行葉綠體中離子含量的測定。

2.5 數據統計分析

采用SPSS軟件進行多重比較和方差分析，數據的整理和繪圖采用Microsoft Excel完成。

3 結果與分析

3.1 外源水楊酸對鹽脅迫下黃瓜幼苗生長指標的影響

表2 外源水楊酸對鹽脅迫下黃瓜幼苗生長的影響

注：以上數據是在P<0.05顯著水平下的差異顯著性，并且同列的不同字母則表示差異顯著。下同。

由表2可見，鹽脅迫（T0）條件下黃瓜幼苗的各個生長指標較CK均呈下降趨勢，其中株高、地上鮮重、地上干重、地下鮮重、地下干重存在極顯著差異（p<0.05），莖粗差異不顯著（p>0.05）；而葉面噴施水楊酸后，各生長指標較T0條件下均呈不同幅度的提高，說明水楊酸對鹽脅迫下黃瓜的生長有促進作用，可促進黃瓜幼苗各生長指標含量的增加。在本實驗所設濃度范圍內，當水楊酸濃度達到2 mmol?L-1時，水楊酸的促進效果最顯著，株高、莖粗、地上鮮重、地上干重、地下鮮重、地下干重較T0處理分別提高了41%、18%、81%、125%、108%、87%，說明2 mmol?L-1的水楊酸對黃瓜幼苗的生長指標促進效果最顯著。

3.2 外源水楊酸對鹽脅迫下黃瓜幼苗葉綠素含量的影響

表3 水楊酸對鹽脅迫下黃瓜幼苗光合色素含量及比例的影響

由表3可知，NaCl脅迫對黃瓜幼苗光合色素含量產生了不同程度的影響。鹽脅迫（T0）條件下黃瓜幼苗的光合色素較CK均呈下降趨勢，其中Chl-a含量、總葉綠素含量、Chl-a/Chl-b差異不顯著（p>0.05），Chl-b含量存在顯著性差異（p<0.05）；而葉面噴施水楊酸后，總葉綠素含量較T0條件下略顯增高，但差異不顯著，說明葉面噴施不同濃度的水楊酸在一定程度上可減緩鹽脅迫對黃瓜幼苗植株的傷害，但對黃瓜幼苗葉綠素含量的促進作用不顯著。在本實驗所設濃度范圍內，當水楊酸濃度達到2 mmol?L-1時，水楊酸的促進效果最顯著，緩解作用最好，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a/葉綠素b、總葉綠素含量分別較NaCl脅迫（T0）下提高了2.94倍、1.61倍、1.79倍、2.33倍。

3.3 外源水楊酸對鹽脅迫下黃瓜幼苗中離子含量的影響

3.3.1 對K+含量的影響

由圖1分析可知，NaCl脅迫（T0處理）下，黃瓜幼苗根、莖、葉、葉綠體中的K+含量較CK呈下降趨勢；當葉面噴施水楊酸后，莖、根、葉綠體中的K+含量均呈現不同程度的增加，其中莖和葉綠體中的離子含量之間存在極顯著的差異。添加水楊酸后的T1、T2、T3中，莖中K+含量較T0分別增加1.25倍、1.60倍、1.14倍；葉綠體中K+含量較T0相比分別增加1.64倍、1.51倍、0.92倍，而根和葉中的離子含量之間差異不顯著。莖、根、葉、葉綠體中的K+含量在T2處理下，較T0處理分別增加1.60倍、1.22倍、1.15倍、1.51倍，是本實驗所設濃度范圍中處理效果最好的濃度，故2 mmol?L-1濃度的水楊酸對K+含量的促進效果最顯著。

圖1 外源水楊酸對鹽脅迫下黃瓜幼苗中K+含量的影響

3.3.2 對Ca2+含量的影響

由圖2分析可知，NaCl脅迫（T0）下，黃瓜幼苗根、莖、葉、葉綠體中Ca2+含量較CK均呈下降趨勢，且鹽處理后的莖、根、葉、葉綠體中Ca2+含量都很低；葉面噴施水楊酸后，莖、根、葉、葉綠體中的Ca2+含量均呈不同程度增加，其中根、葉、葉綠體中Ca2+含量變化差異不顯著；莖中Ca2+含量變化幅度較大，存在極顯著性差異，較T0分別增加4.15倍、2.48倍、2.38倍；在T2處理下的莖、根、葉、葉綠體中的Ca2+含量較T0處理分別增加2.48倍、1.48倍、1.26倍、1.31倍，是本實驗中所設的濃度范圍內處理效果最好的濃度，故2 mmol?L-1濃度的水楊酸處理對Ca2+含量的促進效果最顯著。

圖2 外源水楊酸對鹽脅迫下黃瓜幼苗中Ca2+含量的影響

3.3.3 對Mg2+含量的影響

圖3 外源水楊酸對鹽脅迫下黃瓜幼苗中Mg2+含量的影響

由圖3可知，NaCl脅迫（T0）下，黃瓜幼苗根、莖、葉、葉綠體中的Mg2+含量較CK均呈下降趨勢；當葉面噴施水楊酸后，莖、根、葉、葉綠體中的Mg2+含量均呈不同程度的增加，其中莖中的離子含量之間存在極顯著的差異。在添加水楊酸后的T1、T2、T3處理的莖中Mg2+含量較T0相比分別增加1.54倍、1.62倍、1.18倍；而根、葉、葉綠體中Mg2+含量變化不顯著。T2處理的莖、根、葉、葉綠體中的Mg2+含量較T0處理樣品中分別增加1.62倍、2.21倍、1.26倍、1.31倍，是本實驗中所設的濃度范圍中處理效果最好的濃度，故2 mmol?L-1濃度的水楊酸對Mg2+含量的促進效果最顯著。

3.3.4 對無機離子運輸和分配的影響

由表4可知，NaCl脅迫下，黃瓜幼苗中從根部向莖部運輸的過程中離子比率出現增加的有K+、Ca2+，分別是CK的1.58倍、3.48倍，而Mg2+的運輸比呈下降趨勢；在從莖部運輸到葉的過程中，K+、Ca2+，Mg2+三種離子的運輸比均出現不同程度的降低；在從葉運輸到葉綠體的過程中，K+呈下降趨勢，Ca2+，Mg2+均略微增加，不存在顯著性差異，分別是CK的1.06倍、1.02倍。當葉面噴施水楊酸后，不同濃度水楊酸處理后黃瓜幼苗中從根部向莖部運輸的過程中K+、Ca2+的運輸比率均呈不同程度降低；而Mg2+的運輸比卻略顯增加，分別是CK的1.07倍、1.91倍、1.35倍；從莖部運輸到葉的過程中，K+、Ca2+，Mg2+三種離子的運輸比均出現不同程度的增加；在從葉運輸到葉綠體的過程中，K+、Ca2+、Mg2+運輸比率總體上呈增加趨勢，但不存在顯著性的差異。

表4 水楊酸對鹽脅迫下黃瓜幼苗無機離子運輸比率影響

4 討論

大量研究表明，水楊酸對植物的非生物脅迫有一定緩解作用。本實驗中90 mmol?L-1的NaCl脅迫顯著抑制了黃瓜幼苗的生長，而經水楊酸處理后黃瓜幼苗株高、莖粗、干鮮重均有顯著提高，因此水楊酸的施用對處于NaCl脅迫下的黃瓜幼苗生物量的積累產生了一定的積極作用，緩解了鹽脅迫對植株的傷害，2 mmol?L-1的水楊酸是最適濃度，這與孫麗娜等的研究結果一致[12]。

本實驗中葉面噴施不同濃度的水楊酸可在一定程度上提高黃瓜幼苗光合色素含量，說明水楊酸還可以提高植物的光合作用，減緩鹽脅迫下對黃瓜幼苗的傷害。原因可能是水楊酸減少了黃瓜幼苗對Na+的吸收，進而葉綠素酶的活性降低了，葉綠素分解減少[13]；還可能是施用水楊酸有助于維持Chl-a/Chl-b值的動態平衡和相對穩定，進而促進光合色素對光能的吸收、利用和轉化。

在鹽脅迫下，植物重要的耐鹽機制之一是維持好體內的離子平衡和離子區域化。細胞內離子不平衡會對Na+的吸收和礦物質營養如Ca2+、K+的吸收減少，細胞中含量過多會引起一些酶抑制反應[14]。在植物受到脅迫時，植株體內的離子平衡可有效地使細胞內鹽離子的含量降低，其中參與滲透調節的無機陽離子主要為Ca2+、K+、Na+[15]。植物體內離子的合理分布和含量適宜的積累是植物抵抗鹽脅迫作用的重要機制。鉀和鈣是植物必須攝取的兩種元素。鉀具有“活化”大多數酶的作用，也可促進硝酸鹽、磷酸鹽以及氨基酸的吸收和轉移[16]，K+可維持細胞內的電中性；鈣具有穩定植物的細胞膜的功能，可調節細胞滲透壓；鎂是一種參與葉綠素合成的重要元素。因此，植物對鉀、鈣、鎂三種元素的吸收和積累對于緩解NaCl脅迫對植物生長造成的不利影響起到了積極的作用。

本研究表明：NaCl的添加，加劇了黃瓜對Na+的吸收，而Na+含量過多將抑制K+的吸收和活化，同時引起黃瓜體內Ca2+、Mg2+的大量流失，造成礦質營養的虧損，最終抑制植株生長，而外源水楊酸的添加，能夠增加植株對Ca2+、Mg2+和K+的吸收，緩解鹽害。同時，能夠增強NaCl脅迫下黃瓜幼苗體內Ca2+、Mg2+、K+由根莖向葉片，葉片向葉綠體的運輸，抑制有毒害的Na+吸收。2 mmol?L-1的水楊酸對鹽脅迫黃瓜幼苗離子吸收的作用最為有效。

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Effects of Salicylic Acid on Growth and Ion Absorption of Cucumber Seedlings under Salt Stress

FU Ling, BAO Ying, FAN Yong-shan

(Department of Life Sciences, Tangshan Normal University, Tangshan 063000, China)

The effects of different concentrations of salicylic acid on the growth and ion absorption of Cucumber Seedlings under salt stress was studied using cucumber variety Jinyou 4 as test material, and the seedlings were treated with salt (NaCl 90 mmol?l-1) by hydroponic culture in nutrient solution. The effects of foliar spraying SA on growth and ion absorption of cucumber seedlings under salt stress were studied. The results showed that exogenous salicylic acid could increase the plant height, stem diameter, biomass and chlorophyll content of cucumber seedlings. The content of K+, Ca2+, Mg2+in root, stem and chloroplast increased at different degrees with the increase of SA concentraion on leaf surface, among which 2 mmol?L-1SA treatment shows the highest ion content increase.

cucumber; salicylic acid; salt stress; ion absorption

S642.2

A

1009-9115(2022)03-0054-05

10.3969/j.issn.1009-9115.2022.03.015

唐山師范學院科學研究基金項目（2018C07）

2022-02-24

2022-03-12

付玲（1987-），女，河北唐山人，碩士，講師，研究方向為逆境植物生理。

（責任編輯、校對：范永山）