魏 茜,何 敏,胡小京

(贵州大学农学院,贵阳 550025)

【研究意义】紫罗兰(MatthiolaincanaL.)为十字花科紫罗兰属的草本花卉,具有品种繁多、花色丰富、香气浓郁等特点[1]。紫罗兰花茎耸立,花序大且花色绚丽,适于盆花栽培、花坛景观等,如今为国际花卉市场上重要的盆花和切花。紫罗兰喜温暖,不耐严寒,忌炎热,适宜生长在气温凉爽、光照充足的地区,同时喜中性土壤,忌碱怕涝[2]。目前我国盐荒地和盐渍化耕地面积约占可耕地总面积的1/4[3],因此对盐碱地区紫罗兰的抗盐栽培进行研究,对盐碱地区开发园林景观植物栽培品种具有重要意义。【前人研究进展】土壤中盐浓度过高不仅会影响植物基因表达、成熟和产量[4],同时还会导致植物体内膜系统氧化损伤、渗透调节失衡、产生离子毒害等,轻者影响花卉品质,重者则直接导致植株损伤甚至死亡,引起植物生长发育和形态建成上的改变[5-6]。油菜素内酯(Brassinolide,BR)是一种天然甾醇类植物激素,无毒害且具有较高活性,广泛存在于茎、叶、果实、种子、花等植物器官中,在植物对抗生物和非生物胁迫以及生长发育过程中均起着不可或缺的作用。BR能充分激发植物体内的内在潜能、促进植物生长,有效提高农作物产量和抗逆性等,同时降低胁迫对植物的损伤程度,有效地减轻农药对农作物的影响和药害[7-8]。高战武等[9]研究发现,施加外源BR可以显著提高盐胁迫下羊草的生物量,SOD、CAT等酶活性以及抗氧化酶生物合成基因(Cu/Zn-SOD、CAT、APX)的表达水平;华锐智等[10]在0.5% NaCl胁迫下,叶面喷施适宜浓度BR能提高黄岑幼苗的抗氧化酶活性、Pro含量并降低MDA含量,提高植株的耐盐性和抗逆性。除此之外,BR还具有生长素和赤霉素的相关特性,即可以从纵向伸长和横向扩展两方面促进植物生长[11]。【本研究切入点】迄今为止,关于BR促进植物生长和提高植物抗逆性方面的研究报道甚少,现已成为新的研究热点。随着土地盐渍化和紫罗兰种植面积的不断扩大,土壤盐害对其生长的影响也日趋严重,解决该问题是当务之急。目前,对紫罗兰的研究内容主要集中在栽培管理、繁殖方法、切花保鲜等方面,而未见关于激素处理盐害下紫罗兰幼苗的研究报道。【拟解决的关键问题】在盐胁迫环境条件下,对紫罗兰幼苗施加不同浓度的BR,测定其生长性状和生理生化指标,并筛选出紫罗兰耐盐生长最适宜的BR浓度,为紫罗兰的抗盐栽培提供理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在贵州大学农学院园艺实验室及设施大棚内进行,海拔1055 m,为亚热带湿润温和型气候。设施大棚规格为10.0 m×5.5 m,棚内地面平整,环境良好,气候适宜,通风状况良好,有利于紫罗兰正常生长。

1.2 试验材料

试材为“粉红”紫罗兰系列品种,购买于贵州中源生态科技有限公司。油菜素内酯(含量99%)由爱普瑞(焦作)化学有限公司生产。

1.3 试验方法

油菜素内酯喷施共设6个处理,P1:0.5%复盐(等量NaCl和Na2CO3混合,下同);P2:0.5%复盐+0.02 mg/L油菜素内酯;P3:0.5%复盐+0.04 mg/L油菜素内酯;P4:0.5%复盐+0.06 mg/L油菜素内酯;P5:0.5%复盐+0.08 mg/L油菜素内酯;P6:0.5%复盐+0.1 mg/L油菜素内酯;以清水处理为对照(CK)。每个处理15盆,重复3次。于2020年8月下旬,选取健康饱满、大小均匀一致且无病虫害的紫罗兰种子,用0.1%高锰酸钾溶液浸泡消毒15 min,蒸馏水漂洗5次后,播种于花盆中,每盆播种3粒,待种子发芽后选取长势一致的紫罗兰幼株定植在以腐殖土为主要基质的营养钵中生长,每盆1株,适量浇水以保持正常生长。待苗长出4～5片真叶后叶面喷施油菜素内酯,每2 d喷1次,每棵植株每次喷施10 mL,CK和P1用蒸馏水代替。第1次喷施油菜素内酯前将0.5%混合盐溶液缓慢注入花盆中,每盆100 mL,CK用等量的蒸馏水替代。于0、10、20、40、60 d收集叶片进行生理生化指标测定,试验结束后进行植株生长性状测定,并以试验60 d时的数据为准,综合各处理组的生长性状和生理生化指标,采用隶属函数进行综合评价。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 生长性状指标 试验结束后,每个处理随机取9株紫罗兰,用直尺测量株高和主根最大根长,用游标卡尺测量茎粗。植株冲洗干净后,将植株表面的水分吸干,称量鲜重。

1.4.2 生理生化指标 于喷施油菜素内酯的0、10、20、40、60 d,每个处理随机取9株紫罗兰测定生理生化指标。叶绿素(Chl)含量用丙酮乙醇混合液法测定,可溶性糖(SS)含量用蒽酮比色法测定,可溶性蛋白(SP)含量用考马斯亮蓝G-250染色法测定,脯氨酸(Pro)含量用茚三酮法测定,POD活性用愈创木酚法测定,CAT活性用高锰酸钾滴定法测定,SOD活性用NBT光还原法测定,MDA含量用TBA法测定,相对电导率(REC)用电导仪法测定[12-13]。

1.5 数据处理

利用Excel 2020和DPS对数据进行处理、显著性分析以及绘图;采用隶属函数对所有指标进行综合评价分析。

2 结果与分析

2.1 BR对盐胁迫下紫罗兰幼苗生长性状指标的影响

由表1可知,在盐胁迫下,各处理的株高、茎粗、根长以及鲜重均显著低于CK,说明盐胁迫处理对紫罗兰幼苗生长有抑制作用。盐胁迫各处理中,随着BR浓度的增加,各生长指标均呈先上升后下降趋势,其中,株高以P5最高,为108.8 mm,比P1高16.83%;茎粗和鲜重均以P4表现最佳,较P1显著增加增幅分别为9.55%和27.91%;主根根长以P3最长,为136.82 mm,较P1显著增加。说明,盐胁迫下喷施适宜浓度的BR可显著促进紫罗兰幼苗生长,有效缓解盐胁迫对植株幼苗生长的抑制作用。

表1 盐胁迫下不同浓度BR处理植株的生长性状

2.2 BR对盐胁迫下紫罗兰幼苗生理生化指标的影响

2.2.1 叶绿素(Chl)含量 从图1可知,所有处理植株叶片Chl含量均呈上升趋势。0 d时,Chl含量大致相同,随着盐胁迫时间的延长,各处理组Chl含量均显著低于CK并高于P1;60 d时,P5的Chl含量最高,较P1增加17.48%,其次为P6、P4,分别增加14.57%和10.45%。表明,盐胁迫会降低紫罗兰的Chl含量,BR能促进盐胁迫下紫罗兰Chl含量的增加,BR喷施浓度以0.08 mg/L效果最好。

图1 盐胁迫下不同浓度BR处理紫罗兰幼苗叶片的叶绿素含量Fig.1 Chl content of Matthiola incana L.treated with different BR concentrations under salt stress

2.2.2 渗透调节物质含量 由图2可知,随着处理时间的增加,正常生长条件下紫罗兰的可溶性糖(SS)含量变化不大;盐胁迫下,P1的SS含量在20 d时达峰值后下降,在40、60 d时含量降低且低于CK;10～60 d时P2～P6的SS含量均显著高于CK和P1,至60 d时P2～P6处理间差异均不显著,以P4的SS含量最高,为8.24%。CK的可溶性蛋白(SP)含量变化幅度较小,其他6个处理的SP含量始终高于CK,且随着处理时间的增加呈先增后降趋势,至60 d时,SP含量以P4最高,其次为P3和P5,P1最低,各处理与P1相比差异均达显著水平,其中P4增加28.25%。整个处理期间脯氨酸(Pro)含量除CK变化不大外,其余处理均呈先升后降趋势,且显著高于CK;P1在20 d时达峰值,为42.73 μg/g,其余处理则在40 d时达峰值,以P4最高,为81.37 μg/g;60 d时,Pro含量依次为P5>P6>P4>P2>P3>P1>CK,其中P5较P1增加56.03%。

图2 盐胁迫下不同浓度BR处理紫罗兰幼苗叶片的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量Fig.2 The content of SS,SP and Pro of Matthiola incana L.treated with different BR concentrations under salt stress

2.2.3 抗氧化酶活性 由图3可知,除CK的POD、CAT、SOD活性无显著性变化外,其余各处理则随着盐胁迫时间的增加均表现为上升趋势,且喷施BR的处理均高于未喷施处理。60 d时,P5的酶活性最高,其次是P4,P5和P4间差异不显著。表明,BR能有效增加盐胁迫下紫罗兰植株POD、CAT、SOD的活性,提高植株清除自由基的能力,从而减轻盐胁迫对紫罗兰植株的损伤程度,以P5(0.06 mg/L)效果最佳。

图3 盐胁迫下不同浓度BR处理紫罗兰幼苗叶片的POD、CAT和SOD活性Fig.3 The activity of POD, CAT and SOD of Matthiola incana L.treated with different BR concentrations under salt stress

2.2.4 相对电导率(REC)和MDA含量 从图4看出,随着时间的推移,各盐胁迫处理的REC和MDA含量均呈上升趋势且显著高于CK,均以P1和P2含量较高。60 d时,盐胁迫各处理的REC和MDA含量均明显高于CK,而喷施BR的处理均低于P1,但P1、P2和P3间差异不显著,均显著高于P4、P5和P6。说明,BR能降低盐胁迫下紫罗兰的REC和MDA含量,降低细胞膜的损伤程度,提高紫罗兰耐盐性,与P1相比,REC以P5最低,降低29.22%,MDA含量以P4最低,降低16.73%。

图4 盐胁迫下不同浓度BR处理紫罗兰幼苗叶片的相对电导率和MDA含量Fig.4 The content of REC and MDA of Matthiola incana L.treated with different BR concentrations under salt stress

2.3 隶属函数分析评价

从表2看出,各处理的综合表现为P4>P5>CK>P3>P6>P2>P1,其中,P4的隶属函数值最高,为0.7038,P1最低,为0.2566,其余处理在两者之间。由此推断,喷施浓度0.06 mg/L的BR(P4)对0.5%盐胁迫下紫罗兰植株生长的综合表现最好。

表2 基于隶属函数分析不同处理的隶属函数值及综合排名

3 讨 论

株高、茎粗、根长、鲜重等农艺性状可以直观地反映植株生长发育状况,其数值越大,表明植株的生长状况越好。盐胁迫下施用BR能显著提高辣椒[14]、黑麦草[15]、草莓[16]的株高、鲜重、茎粗、发芽率等生长指标。本研究显示,复盐胁迫下外源施用BR能显著提高紫罗兰的株高、茎粗、鲜重等生长指标,并且均优于P1(0.5%盐胁迫+0.00 mg/L BR),这与前人的研究结果相似,说明BR能有效缓解盐胁迫对紫罗兰的损害并促进其生物量的增加,对生长指标效果最佳浓度为0.06 mg/L。

植株光合作用强弱与叶绿素含量的多少密不可分。Yue等[17]研究表明,BR处理能够缓解刺槐幼苗盐胁迫对叶绿体超微结构的破坏,增强植物光合作用,提高耐盐性。孙彤彤等[18]研究发现,Ca(NO3)2胁迫下黄瓜的Chl含量有所降低,但经BR处理后,其叶绿素含量显著提高。本研究发现,盐胁迫下紫罗兰植株叶片的Chl含量有所下降,但施用BR后其含量显著提高,从而有效减缓盐胁迫对紫罗兰Chl合成的影响,进一步验证了前人的研究结果。

Pro、SS、SP等有机渗透调节物质是维持细胞膨压的重要物质。植物细胞正常情况下渗透压高于土壤,当受到盐胁迫时,渗透压下降,产生渗透胁迫,导致生理干旱[19],此时,植物通过提高Pro等有机渗透调节物质的含量,促进细胞渗透调节、降低活性氧含量、保护膜的完整性及相关酶的稳定性,进而保护植物免受盐胁迫的伤害。前人研究表明,外源施加BR能提升盐胁迫下番茄[20]、茄子[21]、水稻[22]等幼苗叶片中SS、SP、Pro含量,从而提高植株耐盐性。本研究结果也显示,盐胁迫会增加紫罗兰植株体内的SS、SP、Pro含量,施用BR可以提高其增幅,通过促进SS等渗透调节物质的积累以降低盐胁迫对植株的伤害,提高植株的耐盐性。

当植株受到逆境胁迫时,会积累大量的MDA,进一步加据植株体内生物膜的破坏作用,同时REC也会上升[23-25]。李巧丽[26]采用外源BR预处理黄瓜幼苗后,可以抑制盐胁迫下MDA含量和REC增加,缓解黄瓜幼苗的氧化损伤。本研究显示,盐胁迫下紫罗兰植株的REC和MDA含量会升高,施用BR可以抑制其增幅,说明BR对细胞膜脂过氧化反应的发生有一定程度的抑制作用,从而维持细胞膜结构的完整性,以此缓解植株受到的伤害,这与前人的研究结果相同。

POD、CAT和SOD是几种非常重要的植物抗氧化保护酶。盐胁迫下植物通常会代谢紊乱,体内产生大量活性氧(Reactive oxygen species,ROS),造成氧化胁迫[27]。植株通过增强细胞抗氧化酶含量和活性以抵御逆境胁迫[28]。盐胁迫下,施用BR可以显著提升黄瓜[29]和豇豆[30]叶片中POD、CAT、SOD等抗氧化酶活性。本研究中,复盐胁迫下SOD、POD、CAT 3种酶活性均有提高,说明植株可以通过提高自身抗氧化酶活性缓解盐胁迫的伤害;喷施BR后此3种酶的活性均高于未处理组,能够更好地缓解盐胁迫对紫罗兰植株的损伤程度、提高植株抗逆性。De等[31]用油菜素内酯处理盐胁迫下尾叶桉树幼苗,发现其可以显著提高SOD、CAT、APX等酶活性,增强植株的耐盐性,缓解盐胁迫对幼苗生长的影响,本研究也证明了这一结果。

4 结 论

对盐胁迫下的紫罗兰幼苗施用不同浓度BR后,能有效提高紫罗兰植株株高、茎粗、鲜重及Chl含量,增加POD、CAT、SOD活性和SS、SP、Pro含量,而REC、MDA含量的增幅有所下降,从而提高紫罗兰植株耐盐性,缓解盐胁迫对植株的损伤程度。隶属函数综合评价得出,在0.5%盐胁迫下外源喷施0.06 mg/L BR时,紫罗兰对盐胁迫耐受性的综合效果最佳。