鈣離子對茄子幼苗抗鹽堿脅迫的影響

馮曉東，張鈴露，趙 琦

（1.延安大學 生命科學學院；2.延安市設施果蔬工程技術研究中心，陜西 延安 716000）

茄子（SolanummelongenaL.）是我國廣泛種植的設施蔬菜之一，在我國的設施蔬菜栽培中占有重要地位［1］，茄子生長雖然較耐鹽堿，但在鹽堿化土壤中種植會導致茄子產量降低，品質下降。近年來，我國設施蔬菜種植中土壤鹽堿化污染越來越嚴重［2］。鹽堿脅迫對蔬菜幼苗生長的抑制現(xiàn)象顯著，表現(xiàn)為鹽堿脅迫后植株生長受到抑制、植物鮮重下降，同時葉片抗氧化酶體系穩(wěn)定性被破壞、可溶性蛋白合成降低、葉綠素合成量下降［3］。

鈣作為植物生長的必需元素，在植物的生長發(fā)育過程和逆境應答過程中起著非常重要的作用［4］，鈣離子在植物生長發(fā)育和逆境應答過程中的主要作用一方面體現(xiàn)在有利于維持植物細胞壁結構和細胞膜結構的穩(wěn)定性，另一方面鈣離子也參與植物體內信號轉導［5］。有大量實驗研究表明鈣離子可以增強植物的抗旱、抗低溫、抗高溫和抗鹽等作用［6］。適量的鈣離子能降低質膜透性，阻止胞內鉀離子的外滲和鈉離子的進入，從而提高植物的耐鹽性［7］。植物感知鹽環(huán)境的刺激后，通過調控細胞內Ca2+濃度的瞬時變化，使其響應鹽脅迫，在鹽堿脅迫的土壤環(huán)境中施加一定量的外源鈣可以提高植物中的各種抗逆物質積累以及植物細胞結構的穩(wěn)定性，緩解鹽堿脅迫的危害，進而有助于增強植物對鹽堿脅迫的抗性或耐性［8］。同時，在鹽堿脅迫的條件下植物體內鈣離子會被誘導增強代謝活力，鈣離子代謝被促進后就容易誘導植物抵御不良脅迫，從而取得較良好的提高作物的抗性的效果［9］。本試驗以茄子為研究對象，通過研究鹽堿脅迫下施加外源鈣離子對茄子幼苗形態(tài)和生理特性的影響，目的在于了解茄子對鹽堿脅迫的生理反應，探究茄子幼苗緩解鹽堿脅迫的最適鈣離子濃度，為茄子的設施栽培提供一定的依據。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗材料為綠領裕農三號茄子，購自南京綠領種業(yè)有限公司。

1.2 試驗材料的培養(yǎng)與處理

選取一定數量的茄子種子，用清水浸種10 min，漂出癟籽，然后用蒸餾水反復搓洗數次，清除種子表面的防腐劑，然后置于1 L 的燒杯中，取5 倍于種子量的55 ℃溫水倒入燒杯中，立即攪拌使種子充分濕潤，于55 ℃恒溫水浴鍋中浸泡15 min，期間不斷攪拌。15 min 后取出燒杯的，繼續(xù)攪拌，使水溫自然降至30 ℃時停止攪拌，再繼續(xù)用30 ℃蒸餾水浸種24 h，每8 h 換一次水。浸種24 h 后，撈出種子并用蒸餾水沖洗干凈，然后于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。期間每天澆灌50 mL 0.5倍的Hoagland營養(yǎng)液，培養(yǎng)至幼苗長至3葉1芯時，作為試驗材料。將栽培茄子幼苗的土壤先用50 mmol·L-（1cNaC∶lcNaHCO3=1∶1）的鹽堿溶液處理，然后分別配制0、5、10、15、20、25、30 mmol·L-1CaCl2的Hoagland 溶液進行澆灌，連續(xù)培養(yǎng)10 d 再進行測量茄子幼苗的株高、葉片數量、葉綠素含量、脯氨酸含量和SOD活性。

1.3 測量方法

茄子幼苗單株葉片數量、株高的測量：在茄子幼苗處理培養(yǎng)10 d 后，即從培養(yǎng)盆中取出完整的茄子幼苗，先將其根部泥土沖洗干凈，然后測量茄子幼苗的葉片數量和幼苗株高。幼苗株高的測量從莖基部起到頂葉為止測量株高，每組每項測量均重復3 次，分別將每組每項測量的數據均求平均值作為實驗數據。

葉綠素含量的測定參照王學奎［10］的方法；脯氨酸含量測定參照張志良等［11］的方法；SOD 活性測定采用NBT（氮藍四唑）光化還原法［12］，以抑制NBT 光化還原50%的酶量為1個酶活單位（U）。

1.4 數據處理與統(tǒng)計分析

試驗結果以測定的平均值表示。采用SPSS 21.0 軟件和Microsoft Excel 2010 進行數據統(tǒng)計分析，各處理的比較采用最小顯著差數法（LSD）進行多重比較，其中P>0.05、P<0.05 分別表示無顯著差異、有顯著差異，且圖中不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 鈣離子濃度對茄子幼苗葉片數量的影響

由圖1可知，鹽堿脅迫下，在不同的外源鈣離子濃度處理下，茄子幼苗葉片數量平均值存在顯著差異（P<0.05），隨鈣離子濃度的增加，茄子葉片數量呈先增后減的趨勢，在鈣離子含量為20 mmol·L-1時，葉片數量達到最大值。與對照相比較，不同濃度鈣離子處理下，茄子幼苗的葉片數均增加，且有顯著差異。20 mmol·L-1與其他濃度的鈣離子處理間存在顯著差異（P<0.05），15 mmol·L-1與25 mmol·L-1、10 mmol·L-1和30 mmol·L-1處理間無顯著差異（P>0.05）。結果表明，鈣離子處理下茄子幼苗的葉片數會顯著增加，緩解了鹽堿脅迫對茄子幼苗的生長的抑制，其中當鈣離子濃度達到20 mmol·L-1時，茄子幼苗葉片數量增加最顯著，可以有效增加光合面積，更好地促進幼苗的生長，有利于茄子幼苗對抗鹽堿脅迫的危害。

圖1 鈣離子濃度對茄子幼苗葉片數量的影響

2.2 鈣離子濃度對茄子株高的影響

由圖2可知，鹽堿脅迫下，不同鈣離子濃度處理對茄子幼苗株高有顯著影響，差異顯著（P<0.05），隨鈣離子濃度的增加株高呈先增后減的趨勢，在鈣離子濃度為20 mmol·L-1時，茄子幼苗株高達到最高，與其他濃度處理間存在顯著差異（P<0.05），5 mmol·L-1與10 mmol·L-1、15 mmol·L-1、25 mmol·L-1處理間無顯著差異（P>0.05），0 mmol·L-1與30 mmol·L-1處理間無顯著差異（P>0.05），鈣離子處理對鹽堿脅迫茄子幼苗的株高影響主要在5～25 mmol·L-1之間，當鈣離子濃度為20 mmol·L-1時，影響顯著，能顯著促進茄子幼苗株高的增加，增強了茄子幼苗的生長。

圖2 鈣離子濃度對茄子幼苗株高的影響

2.3 鈣離子對茄子幼苗葉綠素含量的影響

由圖3可知，在不同的鈣離子濃度處理下，茄子幼苗葉片中葉綠素含量存在顯著差異（P<0.05），葉綠素含量隨鈣離子濃度的增加呈先增后減的趨勢，15 mmol·L-1處理與其他濃度處理間有顯著差異（P>0.05），5、25、30 mmol·L-1處理無顯著差異（P>0.05），10 mmol·L-1處理與20 mmol·L-1處理間無顯著差異（P>0.05），表明鈣離子濃度在10～20 mmol·L-1之間能有效增加鹽堿脅迫下茄子幼苗的葉綠素含量，顯著緩解了鹽堿脅迫對茄子幼苗葉綠素合成和積累的影響，鈣離子濃度在15 mmol·L-1時，促進作用最大，可以顯著增加茄子幼苗的葉綠素含量，光合能力增強，緩解鹽堿脅迫的效果較好。

圖3 鈣離子濃度對茄子幼苗葉綠素含量的影響

2.4 鈣離子濃度對茄子脯氨酸含量的影響

由圖4可知，不同鈣離子濃度處理下，茄子幼苗體內脯氨酸含量存在顯著差異（P<0.05），隨著鈣離子濃度的增加，茄子幼苗體內的平均脯氨酸含量呈先增后減的趨勢。當鈣離子濃度為20 mmol·L-1時，茄子幼苗體內脯氨酸含量達到最大值。20 mmol·L-1鈣離子處理濃度與其他濃度處理間存在顯著差異（P<0.05），10 mmol·L-1處理與25 mmol·L-1處理間無顯著差異（P>0.05），5 mmol·L-1與30 mmol·L-1處理間無顯著差異（P>0.05），10 mmol·L-1與15 mmol·L-1處理間存在顯著差異，但與對照相比較，均顯著增加，當鈣離子濃度達到20 mmo·lL-1時，顯著促進了茄子幼苗體內脯氨酸含量的積累，提高了茄子幼苗的抗鹽堿能力。

圖4 鈣離子濃度對茄子幼苗脯氨酸含量的影響

2.5 鈣離子濃度對茄子幼苗SOD活性的影響

由圖5可知，在不同的鈣離子濃度處理下，茄子幼苗葉片中SOD 活性存在顯著差異（P<0.05），隨鈣離子濃度的增加，茄子幼苗體內SOD 活性呈先增后減的趨勢。當鈣離子濃度為20 mmo·lL-1時，茄子幼苗SOD 含量最高。20 mmol·L-1鈣離子處理與其他濃度處理存在顯著差異（P<0.05），15 mmol·L-1與25 mmol·L-1處理無顯著差異（P>0.05），但與其他處理濃度存在顯著差異，0 mmo·lL-1處理與5 mmo·lL-1、10 mmo·lL-1、30 mmo·lL-1處理間無顯著差異（P>0.05），表明鈣離子濃度在15 mmol·L-1與25 mmol·L-1之間能顯著促進鹽堿脅迫下茄子幼苗體內SOD 活性，鈣離子濃度在20 mmol·L-1時，茄子幼苗體內SOD活性的增強最顯著，能有效增加茄子幼苗的抗鹽堿能力。

圖5 鈣離子濃度對茄子幼苗SOD活性的影響

3 討論與結論

鈣是植物生長周期中不可缺少的元素，對穩(wěn)定植物細胞結構具有很大的作用，也參與植物體內信號轉導系統(tǒng)，研究表明，鈣有助于提高植物對抗各種非生物逆境脅迫的抗性［5］。

鹽堿脅迫對植物最顯著的影響是生長受到抑制，使植物的形態(tài)發(fā)生顯著變化。本試驗研究結果表明，鹽堿脅迫下，不同濃度外源鈣離子對茄子幼苗的株高和葉片數的影響存在顯著影響，當外源鈣離子濃度達到20 mmol·L-1時，茄子幼苗株高和葉片數量達到最大值，緩解鹽堿脅迫效果明顯，能顯著增強茄子幼苗的生長。

葉綠素含量與葉片光合速率及植物體的有機物質積累、生長發(fā)育、產量形成密切相關，通常把葉綠素含量作為衡量葉片光合作用強弱的重要指標。鹽堿脅迫有抑制幼苗的生長和降低葉綠素的含量的作用［13］，本研究結果顯示，鹽堿脅迫下，施加外源鈣離子，隨鈣離子濃度增加，茄子體內葉綠素含量呈先增后減的趨勢，說明一定濃度的鈣離子，對鹽堿脅迫導致葉綠素含量下降有明顯的抑制作用，在鹽堿脅迫處理后，外源鈣離子可明顯促進葉綠素的恢復，當鈣離子濃度達到15 mmol·L-1時，葉綠素含量達到最大，但之后隨著鈣離子濃度的繼續(xù)增加，葉綠素含量又會逐漸降低，鈣離子濃度大于20 mmol·L-1時對番茄幼苗的生長起到抑制作用。

植物體內的脯氨酸含量在干旱、高溫、鹽漬等逆境條件下均有明顯的上升趨勢［14］，脯氨酸在植物受到逆境脅迫時具有重要的滲透調節(jié)功能，具有緩解逆境對植物生長發(fā)育抑制的作用［15］，同時可增加內源滲透調節(jié)物質含量，誘導抗氧化酶系統(tǒng)發(fā)揮作用，緩解鹽堿脅迫對植物的毒害作用［16］；鹽脅迫下，植物體內會產生大量活性氧自由基，從而導致細胞質膜透性增大、離子平衡失調、代謝紊亂等一系列不良鏈式反應，嚴重會導致作物死亡，進而導致作物減產。SOD 是植物體內的保護酶，它與超氧物歧化酶、過氧化氫酶相互協(xié)調共同協(xié)作，清除脅迫條件下細胞中產生的氧自由基，減少膜脂過氧化作用，最終達到保護膜結構的作用，對整個植物非生物脅迫抗性都起著至關重要的作用。本研究表明，在鹽堿脅迫下，鈣離子處理能顯著增加茄子幼苗體內的脯氨酸含量和SOD 活性，鈣離子濃度為20 mmol·L-1時促進效果最顯著，這與鈣離子對番茄幼苗葉片數、株高和葉綠素含量的增加最顯著時的濃度相一致，表明鈣離子可以通過提高茄子幼苗抗鹽堿脅迫的能力緩解鹽堿脅迫對茄子幼苗生長的影響。雖然施加外源鈣離子可以有效的緩解鹽堿脅迫對茄子幼苗的傷害，提高茄子的抗鹽堿能力，但存在一定的劑量效應，有待于進一步的研究。

綜上所述，鈣離子能有效增加茄子幼苗對鹽堿脅迫的抵抗能力，緩解鹽堿脅迫對茄子幼苗生長的影響，當施加的外源鈣離子濃度在15 mmol·L-1和20 mmol·L-1時，茄子幼苗株高、葉片數量、葉綠素含量、脯氨酸含量和SOD 活性均顯著增加，能夠有效緩解鹽堿脅迫對茄子幼苗的傷害作用，顯著促進茄子生長和代謝。