噴施褪黑素對黃瓜幼苗耐鹽效應研究

李 榮，焦志陽，銀珊珊，周國彥，謝 洋

（1.河北省秦皇島市蔬菜管理中心 河北秦皇島 066000； 2.河北科技師范學院園藝科技學院 河北秦皇島 066004）

土壤鹽漬化是全球性問題，是制約農業可持續發展的重要因素[1]。鹽脅迫會使種子萌發、幼苗生長和作物產量受限制[2]，植株表現為矮小、葉片枯黃、光合作用效率降低，同時也會加快植物的生長發育進程，使植物提早成熟[3]。因此，迫切需要找到有效方式或途徑以減少土壤鹽漬化對作物栽培生產的不良影響。

褪黑素（MT）是一種廣泛存在于生物體內的吲哚雜環類化合物[4]，植物體內MT 的含量很低，但在抵御和適應逆境環境方面有著強大的作用[5]。在響應干旱脅迫方面，苗期澆灌MT 可提高大豆產量，年均增產38.6%[6]；根施100 μmol·L-1MT 對小麥幼苗生長表現出較快的恢復能力，通過增大植株根冠比和增強抗氧化能力，以減輕干旱脅迫損傷[7]；利用100 μmol·L-1MT 處理牡丹幼苗可提高其抗旱性，主要是通過提高干旱脅迫下牡丹幼苗光合熒光特性、抗氧化和滲透調節能力，促進干旱脅迫下牡丹幼苗生長[8]。在響應鹽脅迫方面，根灌0.1 μmol·L-1的MT 可有效緩解鹽脅迫對獼猴桃幼苗的傷害[9]；根灌100 μmol·L-1MT 能夠提高番茄抗氧化酶活性，增加抗壞血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）的含量，提高番茄幼苗硝酸鹽脅迫的抗性[10]。在響應低溫脅迫方面，外源MT 主要通過增強低溫脅迫下茄子幼苗的光合作用以及清除活性氧的能力，減緩低溫脅迫的危害，提高茄子幼苗對低溫脅迫的耐性[11]。此外，低溫弱光下，200 μmol·L-1外源MT 可通過提高黃瓜幼苗保護酶活性、抗氧化物質含量、細胞膜ATP 酶活性等來降低質膜過氧化水平，保持細胞膜的完整性和功能，從而增強黃瓜幼苗對低溫弱光的適應性，維持其正常生長[12]。因此，MT 在提高植株抗逆性等方面發揮著重要作用。

前人研究表明，150 mmol·L-1NaCl 脅迫下，黃瓜種子發芽和幼苗生長均受到抑制[13-15]?；诖耍P者以津研四號黃瓜為試材，采用基質盆栽，以150 mmol·L-1NaCl 澆灌作為鹽脅迫環境，以不同濃度梯度的MT 溶液噴施黃瓜葉片，研究MT 對鹽脅迫下黃瓜幼苗生長發育的影響，從而確定出適宜的MT 溶液濃度，為提高黃瓜耐鹽性提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

津研四號黃瓜由天津市薊農種子有限公司提供。褪黑素（MT）購買于北京索萊寶科技有限公司，其他分析純等藥品由河北科技師范學院中心實驗室提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗于2021 年4 月在河北科技師范學院園藝實驗站一號溫室進行。采用基質盆栽，由V草炭∶V珍珠巖∶V蛭石=3∶1∶1 混配。選取籽粒飽滿、長勢一致的黃瓜種子，溫湯浸種后播種于口徑10 cm 營養缽中，常規管理。待幼苗長至3 葉1 心時開始處理，以150 mmol·L-1NaCl 澆灌作為鹽脅迫環境，以0 μmol·L-1（CK）、50 μmol·L-1（T1）、100 μmol·L-1（T2）、150 μmol·L-1（T3）褪黑素溶液噴施3 葉1 心黃瓜為處理組，共處理3 次，每隔2 d 噴施1 次MT溶液。采用隨機區組設計方法，設置完全空白對照組（CK0，0 μmol·L-1MT+0 mmol·L-1NaCl），每個處理12 株，3 次重復。

1.2.2 植物生長指標的測定 在第1 次處理后0 d（定植后7 d）、6 d（定植后13 d）、12 d（定植后19 d）、18 d（定植后25 d）分別測量黃瓜幼苗的株高、莖粗、葉面積等指標。

1.2.3 植物光合指標與根系活力的測定 于定植后25 d，分別測定葉片光合參數指標、葉綠素含量、根系活力等。使用GFS-3000 型便攜式光合儀（德國WALZ 公司）測定葉片光合參數（天氣晴朗情況下），包括光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度。使用SPAD-502 Plus 型葉綠素儀（日本KONICA MINOLTA 公司）測定葉片葉綠素含量。采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法[16]測定根系活力。

1.2.4 葉片抗氧化系統指標測定 于定植后25 d，選取黃瓜朝向一致、大小相近的功能葉，分別測定葉片酶活性與丙二醛（MDA）含量。采用氮藍四唑光化還原法[17]測定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用紫外吸收法[18]測定過氧化氫酶（CAT）活性；采用硫代巴比妥酸法測定[19]MDA 含量。

1.3 數據分析

利用Microsoft Excel 2010 統計與作圖，采用SPSS22.0 軟件進行差異顯著性分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 外源MT對鹽脅迫下黃瓜生長指標的影響

2.1.1 外源MT對鹽脅迫下黃瓜株高的影響 由圖1 可知，與CK0 相比，各處理組株高生長速度不同程度減緩，但T1、T2 和T3 較CK 減緩速度變慢。處理后0 d 和處理后6 d 各處理株高差異不顯著；處理后12 d，T2 的株高比CK 顯著增加了41.49%，但與CK0 相比差異不顯著；處理后18 d，T1、T2、T3處理均與CK0 差異不顯著；CK 較CK0 顯著降低了30.18%。以上結果說明，噴施MT 可減緩鹽脅迫對株高生長的影響。

圖1 外源MT 對鹽脅迫下黃瓜株高的影響

2.1.2 外源MT對鹽脅迫下黃瓜莖粗的影響 由圖2 可以看出，在處理后0 d，各處理黃瓜莖粗差異不顯著。在處理后6 d，CK 和T3 的莖粗均顯著低于CK0，分別降低了17.69%、15.37%，T1、T2 與CK0相比差異不顯著；T2 比CK 莖粗顯著提高了23.49%，但T3 與CK 差異不顯著。在處理后12 d，T2、CK0 莖粗均顯著高于CK，分別為18.66%、16.67%；在處理后18 d，T1、T2、T3 莖粗均與CK0差異不顯著，但均顯著高于CK，增幅分別為19.34%、21.24%、16.75%。由此表明，適宜濃度MT對鹽脅迫緩解作用明顯，而高濃度MT 對鹽脅迫緩解作用減弱。

圖2 外源MT 對鹽脅迫下黃瓜莖粗的影響

2.1.3 外源MT對鹽脅迫下黃瓜葉面積的影響 由圖3 可知，在處理后0 d，各處理黃瓜葉面積差異不顯著，處理后12 d，T1 葉面積均高于T3，但差異不

圖3 外源MT 對鹽脅迫下黃瓜葉面積的影響

顯著。在處理后6 d，T1、T2 比CK 分別顯著提高42.57%、44.70%。在處理后12 d，CK 葉面積較CK0顯著降低30.74%，T1、T2 葉面積與CK 相比分別顯著提高44.95%、55.67%。在處理后18 d，T1、T2 較CK 葉面積增幅分別為20.25%、25.98%，差異顯著。

2.2 外源MT 對鹽脅迫下黃瓜葉片光合指標與根系活力的影響

2.2.1 外源MT對鹽脅迫下黃瓜葉綠素含量與根系活力的影響 由圖4 可知，T2 較CK、T1、T3 葉綠素含量分別顯著提高了43.85%、22.11%、24.58%，T1、T3 與CK 差異不顯著。CK 較T1、T2、T3 根系活力顯著降低，減幅分別為44.50%、61.03%、45.77%。結果表明，100 μmol·L-1MT（T2）噴施對鹽脅迫下黃瓜葉綠素含量與根系活力緩解作用最大，分別為CK 的1.44 倍和1.61 倍。

圖4 外源MT 對鹽脅迫下黃瓜葉綠素含量與根系活力的影響

2.2.2 外源MT對鹽脅迫下黃瓜葉片光合參數的影響 由表1 可知，T2、T3 和CK0 處理黃瓜葉片光合速率顯著高于CK，分別為CK 的2.19 倍、3.60 倍、3.26 倍，且T3 與CK0 差異不顯著。T1、T2、T3 和CK 處理蒸騰速率、氣孔導度較CK0 均降低，其中T3 氣孔導度顯著高于CK。T1、T2、T3 與CK 胞間CO2濃度差異均不顯著，但CK 胞間CO2濃度顯著高于CK0。結果表明，鹽脅迫一定程度降低了葉片光合速率、蒸騰速率和氣孔導度，增高了葉片胞間CO2濃度；噴施適宜濃度MT 可緩解鹽脅迫造成的損傷。

表1 外源MT 對鹽脅迫下黃瓜葉片光合指標的影響

2.3 外源MT 對鹽脅迫下黃瓜CAT 活性、SOD 活性及MDA含量的影響

由圖5 可知，各處理中黃瓜葉片中SOD 活性差異不顯著。T1、T2、T3 的CAT 活性與CK 差異顯著且分別為CK 的6.23 倍、4.23 倍、2.36 倍；T1、T2的CAT 活性顯著高于CK0，分別為CK0 的2.58倍、1.75 倍。T1、T2、T3 的MDA 含量較CK 差異顯著且降幅分別為38.32%、48.15%、37.75%，但與CK0 差異不顯著。以上結果表明，噴施外源MT 可能是通過增強CAT 活性和降低MDA 含量來緩解鹽脅迫損傷。

圖5 外源MT 對鹽脅迫下黃瓜CAT 活性、SOD 活性及MDA 含量的影響

2.4 外源MT 對鹽脅迫下黃瓜生長影響的綜合評價

為了綜合評價MT 對鹽脅迫下黃瓜生長的影響，利用主成分分析對5 個處理組的12 個指標值進行了主成分特征值、貢獻率和累計貢獻率及綜合得分分析（表2～3）。結果顯示，按照特征值大于1及累積貢獻率大于85%的原則，提取了2 個主成分，累計方差貢獻率分別為59.445%、88.950%；綜合排名由大到小依次為CK0、T2、T1、T3、CK。

表2 主成分分析的特征值及方差貢獻率

表3 外源MT 對鹽脅迫下黃瓜生長影響的綜合得分

以上主成分分析結果表明，100 μmol·L-1MT（T2）較其他MT 處理對黃瓜幼苗鹽脅迫的緩解作用更強，其次是T1 和T3。

3 討論與結論

鹽脅迫是影響植物生長發育的重要非生物脅迫之一[20]。鹽脅迫造成植物生理干旱現象，產生離子毒害，對植物生長發育過程中的光合作用、呼吸作用、膜結構、物質合成與代謝等各個環節產生不良的影響，從而使植株發育遲緩、早衰甚至死亡[21]。前人研究表明，MT 在調節植物生長發育及抵御高溫、干旱、高鹽等非生物脅迫等方面有重要作用[22-24]。因此，通過外源MT 噴施來提高植株耐鹽性對植物高效栽培及鹽堿地利用率提升有重要意義。

張海軍[13]研究發現，能夠顯著抑制種子萌發的NaCl 濃度為150 mmol·L-1；劉維寶等[14]研究發現，在150 mmol·L-1NaCl 脅迫下，黃瓜種子發芽和幼苗根系生長均受到抑制。曹齊衛等[15]研究發現，Na-Cl 濃度小于100 mmol·L-1時鹽害指數均為0，NaCl濃度大于等于100 mmol·L-1時鹽害指數顯著提高，NaCl 濃度大于150 mmol·L-1時鹽害指數達到最大值，為100%。筆者研究以150 mmol·L-1NaCl 濃度模擬鹽脅迫環境是基于此濃度下黃瓜幼苗產生一定脅迫表型，但仍能繼續生長發育，這與前人研究報道較一致。

外源MT 噴施濃度和施用方法對不同非生物脅迫的緩解效應不同。根灌100 μmol·L-1MT 能夠提高番茄幼苗鹽脅迫的抗性[10]；營養液水培條件下，0.5 μmol·L-1MT 對番茄缺鈣癥狀具有明顯的緩解效應[25]。高青海等[12]研究表明，噴施200 μmol·L-1MT可增強黃瓜幼苗對低溫弱光的耐性。筆者研究發現，噴施MT 可以減輕鹽脅迫下黃瓜植株受到的損傷，并且隨著MT 濃度的增加植株抵抗能力也隨之增強，但是超過100 μmol·L-1，隨濃度增加效果降低；在一定濃度范圍中，噴施MT 處理組株高、莖粗、葉面積等生長指標部分優于未噴施處理組，有些指標甚至超過了空白處理組，說明了MT 可以增強黃瓜植株對鹽脅迫的抗性。以上結果與番茄[26]、香椿[27]等鹽脅迫下MT 施用最佳濃度為100 μmol·L-1相吻合。

鹽堿脅迫下，噴施MT 溶液可以提高黑麥種子的抗氧化酶活性，減少鹽脅迫對植物的傷害[28]；金盞菊在鹽脅迫下噴施MT 提高了CAT、SOD、POD 的活性，使MDA 的含量降低，并促進光合作用[29]。筆者研究發現，與鹽脅迫處理組相比，噴施100 μmol·L-1MT 植株的CAT 活性、根系活力以及葉綠素含量顯著增高，而MDA 含量則顯著降低，表現出植株的株高、莖粗、葉面積等增大現象，暗示著外源MT 通過提高抗氧化酶活性、根系活力來減輕對細胞的毒害作用，以此保障對植株的營養正常供應。筆者的研究結果與前人研究報道略有不同，表現在抵御鹽脅迫時，黃瓜葉片中SOD 活性未顯著提高，而是通過CAT 活性增強和MDA 含量減少緩解鹽脅迫對植物的損傷。

綜上所述，筆者以150 mmol·L-1NaCl 澆灌模擬鹽脅迫環境，噴施不同濃度外源MT，測定植株表型、光合特性和抗氧化系統等12 個指標，再利用主成分分析，篩選MT 最佳噴施濃度，探究MT 對黃瓜幼苗鹽脅迫的緩解效應。結果表明，MT 可以提高鹽脅迫下黃瓜幼苗株高、莖粗、葉面積等生長指標，同時提高植物的光合作用效率、CAT 活性、根系活力以及葉綠素含量等生理指標，降低MDA 含量，增強植株對鹽脅迫的抗性，100 μmol·L-1MT（T2）較其他濃度對黃瓜幼苗鹽脅迫的緩解作用更大。