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甜菜碱对干旱胁迫下茄子幼苗生长及生理指标的影响

2021-09-10柴文臣阎世江

中国瓜菜 2021年8期
关键词:干旱生理指标苗期

柴文臣 阎世江

摘    要:为研究甜菜碱对干旱胁迫下茄子幼苗生长的影响,对茄子幼苗喷施不同质量浓度甜菜碱,给予干旱胁迫,测定幼苗的生长指标及生理指标。结果表明,干旱胁迫抑制了茄子幼苗正常生长,茄子叶片叶绿素含量、POD活性、SOD活性、CAT活性、脯氨酸含量均表现出干旱胁迫1~5 d上升,在5 d达到最大值,而后下降,MDA含量随干旱处理时间的延长逐渐上升。喷施甜菜碱可以缓解干旱胁迫对茄子幼苗的影响,维持幼苗正常生长,茄子株高、茎粗、鲜质量、干质量均比对照提高;喷施甜菜碱后植株MDA含量保持在较低水平,其他生理指标均保持在较高水平。其中以40 mg·L-1甜菜碱的处理效果最好,茄子株高、茎粗、鲜质量、干质量分别达15.51 cm、3.51 mm、25.24 g、2.14 g。因此,在茄子生产中遇到干旱时可以采用喷施40 mg·L-1甜菜碱处理以抵御干旱。

关键词:茄子;甜菜碱;苗期;干旱;生长;生理指标

中图分类号:S641.1 文献标志码:A 文章编号:1673-2871(2021)08-078-06

Effect of betaine on the growth and physiological indexes of eggplant seedlings under drought stress

CHAI Wenchen, YAN Shijiang

(College of Horticulture, Shanxi Agricultural University(Vegetable Research Institute, Shanxi Academy of Agricultural Science), Taiyuan 030031, Shanxi, China)

Abstract: To study the effect of betaine on eggplant seedlings under drought stress, eggplant seedlings were sprayed with different concentrations of betaine and then were treated by drought stress. The indexes of growth and physiological indicators were determined. The results showed that drought stress inhibited the growth of eggplant seedlings. Chlorophyll content, POD activity, SOD activity, CAT activity, and proline content were increased from 1 d to 5 d, and then decreased after 5 d, MDA content were gradually increased with the extension of treatment time. Spraying betaine could alleviate the effect of drought stress on eggplant seedlings and keep the normal growth of seedlings. The plant height, stem thickness, fresh weight, and dry weight were accumulated; chlorophyll content, POD activity, SOD activity, CAT activity, and proline content were kept at a high level, and MDA content was kept at a low level , Among them, 40 mg·L-1 exhibited the best treatment effect, the plant height, stem diameter, fresh weight, and dry weight were 15.51 cm, 3.51 mm, 25.24 g and 2.14 g. Therefore, it is recommended that the method of spraying betaine with 40 mg·L-1 could be used to resist drought in eggplant production.

Key words: Eggplant; Betaine; Seedlings; Drought; Growth; Physiological indexes

茄子(Solanum melongena L.)在全國各地栽培面积很大,深受大家的喜爱,果实可以食用兼药用。茄子在生长过程中前期所需水分较少,生长中后期即开花坐果期需要水分较多,如遇干旱则严重影响其生长,表现出植株矮小,生长势弱,萎蔫,果实产量、品质下降等现象[1]。近年来,干旱作为一种极端天气时常出现,严重威胁茄子生产。如何让茄子抵御干旱威胁成为学者研究的热点。甜菜碱是一种生物碱,为代谢的次生产物,具有渗透调节作用,可以增强植物抗逆性,如抗盐碱、抗旱[2]。郭启芳等[3]研究小麦幼苗抗盐性时发现,喷施甜菜碱后小麦幼苗抗盐性增强。张立新等[4]对冬小麦幼苗进行干旱胁迫处理,幼苗生长受抑制,但喷施甜菜碱后有一定程度的缓解。范春丽等[5]在干旱胁迫下对石榴树喷施外源甜菜碱,发现光合参数及SOD、POD酶活性较未喷施的处理升高,表明外源甜菜碱能抵御干旱胁迫。马明臻等[6]对苹果的研究也得出类似结论。前人研究多集中在作物、果树等方面,在茄子上的应用少见研究报道。为此,笔者对茄子幼苗喷施不同质量浓度甜菜碱,进行干旱胁迫,测定其生长生理相关指标,研究其变化规律,以期为茄子的逆境生理研究奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

茄子品种为黑霸王,由山东省济南三优高科种业有限公司培育,属早熟品种,果实近圆形,表皮黑亮。所需农资、甜菜碱(Secoma公司生产)、茄子种子均在当地农资市场购买。

1.2 方法

试验设在山西农业大学东阳基地。2020年3月采用50孔穴盘育苗,每穴播种1粒种子,共播种5个穴盘。45 d后待幼苗生长至4叶1心时分苗至10 cm×10 cm营养钵中。按试验设计5个处理,甜菜碱溶液质量浓度分别为20、40、60、80 mg·L-1,对照(CK)喷施清水,每个处理40钵,3次重复,在8:00、12:00、17:00 各喷施1次,以叶面出现水珠为宜。处理后不再浇水,自然干旱,7 d后各处理随机选取5株幼苗测量株高等生长指标。

自然干旱1 d开始,每隔2 d各处理随机选取5株分别测定茄子叶片叶绿素含量、POD活性、SOD活性、CAT活性、MDA含量、脯氨酸含量[7]。

1.3 数据分析

数据采用DPS 2000软件进行方差分析,采用Excel 2010统计并制图。

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度甜菜碱处理对茄子幼苗生长的影响

由表1可以看出,干旱胁迫下,各处理茄子株高、茎粗、鲜质量、干质量均呈现出随甜菜碱处理质量浓度升高而先升高后降低趋势。喷施甜菜碱处理后茄子株高、茎粗、鲜质量均显著高于对照;20、80 mg·L-1甜菜碱处理后茄子干质量高于对照,且与对照差异不显著,40、60 mg·L-1甜菜碱处理后茄子干质量均显著高于对照。其中,40 mg·L-1甜菜碱处理后茄子株高、茎粗、鲜质量、干质量均为最高,分别比对照显著提高17.41%、24.91%、23.48%、8.08%。

由此可见,干旱胁迫下甜菜碱可以有效缓解干旱胁迫对茄子幼苗生长的影响,但不同的质量浓度效果不同,在40 mg·L-1时处理效果最好,超过该质量浓度则对茄子幼苗产生药害。

2.2 不同质量浓度甜菜碱处理对茄子幼苗生理指标的影响

2.2.1 茄子叶片叶绿素含量 由图1可以看出,在干旱胁迫1 d后,5个处理茄子叶片叶绿素含量(ρ,后同)为0.79~0.82 mg·L-1,差异未达显著水平。在胁迫3 d后,不喷施甜菜碱的处理叶片叶绿素含量呈现下降,喷施甜菜碱处理叶片叶绿素含量均呈现上升趋势,其中40 mg·L-1处理叶绿素含量最高,达1.18 mg·L-1,显著高于其他的处理。在5 d胁迫后,对照叶绿素含量继续下降,喷施甜菜碱处理叶绿素含量继续上升,以40 mg·L-1的处理叶绿素含量最高。在7 d胁迫后,所有处理叶绿素含量较5 d胁迫均下降,仍以40 mg·L-1的处理叶绿素含量最高,达1.05 mg·L-1。

2.2.2 茄子叶片POD活性 由图2可以看出,在干旱胁迫1 d后,40、60、80 mg·L-1的处理叶片POD活性为0.84~0.91 U,均显著高于20 mg·L-1处理和对照。随着胁迫时间的延长,3 d后5个处理的叶片POD活性大幅度升高,40、60、80 mg·L-1处理间叶片POD活性差异不显著,但均显著高于20 mg·L-1处理和对照。在干旱胁迫5 d后,5个处理叶片POD活性均达到最高水平,其中以40 mg·L-1甜菜碱处理叶片POD活性最高,达2.17 U,且显著高于其他4个处理。在干旱胁迫7 d后,5个处理叶片POD活性均较5 d胁迫出现下降,分别下降至1.60、1.74、1.78、1.79、1.80 U,不喷施甜菜碱叶片POD活性显著低于喷施甜菜碱处理,喷施甜菜碱几个处理之间叶片POD活性差异未达显著水平。

2.2.3 茄子叶片SOD活性 由图3可以看出,在干旱胁迫后1 d,喷施40、60、80 mg·L-1甜菜碱处理茄子叶片SOD活性显著高于20 mg·L-1甜菜碱处理和对照。在3 d胁迫后,从总体上看5个处理的SOD活性均较干旱胁迫1 d有所上升,40、60、80 mg·L-1处理茄子叶片SOD活性之间差异未达显著水平。在胁迫5 d后,茄子叶片SOD活性所表现出的趋势与3 d类似,40、60、80 mg·L-1处理SOD活性仍然显著高于20 mg·L-1处理和对照。在胁迫后7 d,所有处理茄子叶片SOD活性均下降,但喷施甜菜碱处理均显著高于对照。

2.2.4 茄子叶片CAT活性 由图4可以看出,在干旱胁迫开始1 d后,喷施甜菜碱处理茄子叶片CAT活性均较未喷施处理升高。在3 d胁迫后,茄子叶片CAT活性均上升,20 mg·L-1甜菜碱处理茄子叶片CAT活性达196.07 U,显著高于对照;40、60、80 mg·L-1甜菜碱处理茄子叶片CAT活性处于较高水平,分别达233.83、228.64、223.70 U,均显著高于20 mg·L-1处理和对照。在5 d胁迫后,5个处理茄子叶片CAT活性均较前期升高,喷施甜菜碱处理茄子叶片CAT活性均显著高于对照,其中40 mg·L-1甜菜碱处理CAT活性最高,达258.64 U,显著高于其他处理。在7 d胁迫后,全部处理茄子叶片CAT活性均比5 d胁迫下降,其中对照最低,其他4个处理均显著高于对照。

2.2.5 茄子叶片MDA含量 由图5可以看出,干旱胁迫后,茄子叶片MDA含量变化与前述的SOD、POD、CAT活性变化规律不同。从总体上看,随着干旱胁迫时间延长,5个处理茄子叶片MDA含量均呈逐渐上升趋势。在测定的4个时期内,均以对照茄子叶片MDA含量为最高,而喷施甜菜碱处理后1 d、3 d、5 d茄子叶片MDA含量均显著低于对照,而喷施甜菜碱40、60、80 mg·L-1处理后7 d茄子叶片MDA含量均显著低于对照,喷施甜菜碱20 mg·L-1处理后7 d茄子葉片MDA含量低于对照,但差异不显著。在胁迫3 d开始,40、60、80 mg·L-1甜菜碱处理MDA含量均较低,均以40 mg·L-1处理为最低。

2.2.6 茄子叶片脯氨酸含量 由图6可以看出,在干旱胁迫开始后1 d,各处理茄子叶片脯氨酸含量差异不显著。胁迫3 d后,各处理茄子叶片脯氨酸含量出现差异,以40 mg·L-1甜菜碱处理为最高,达13.82 mg·L-1,且显著高于其他处理,对照茄子叶片脯氨酸含量显著低于甜菜碱处理。在5 d胁迫后,全部处理脯氨酸含量均出现升高,以40 mg·L-1甜菜碱处理为最高。随着胁迫时间的延长,在7 d后5个处理脯氨酸含量均出现下降,仍以40 mg·L-1甜菜碱处理为最高,达10.74 mg·L-1。

综合茄子叶片各生理指标变化可以看出,在干旱胁迫下,茄子叶片各生理指标除MDA含量外,其他指标均在胁迫开始阶段逐步上升,胁迫后5 d达最高值,之后开始下降,而MDA含量一直保持逐渐上升趋势。由此可见,甜菜碱处理可以缓解干旱胁迫对茄子幼苗的影响,表现出应激反应,MDA含量上升,使其他指标先升后降,在20、40、60、80 mg·L-1等不同质量浓度处理中以40 mg·L-1处理效果最好。

3 讨论与结论

株高、茎粗、鲜质量、干质量是常见的描述植物生长的指标,如植物遇到适宜的环境,上述指标上升,在逆境胁迫下,上述指标受影响。汪灿等[8]对薏苡种质资源研究时发现,薏苡在干旱胁迫下,株高、茎粗、鲜质量、干质量等指标与正常灌溉条件下相比均下降,但对于耐旱性较强的材料而言,仍然保持较高的水平。王继玥等[9]对黄秋葵幼苗、莫熙礼等[10]对辣椒幼苗的研究均有类似的结果。本项研究结果与上述学者的研究结论一致,表明在干旱胁迫下茄子生长由于缺乏水分而受到抑制,幼苗不能正常发育,使株高、茎粗、鲜质量、干质量下降,施用甜菜碱后上述指标上升,表明甜菜碱作为一种渗透调节物质,可以在细胞脱水的情况下进行有效的调节,维持正常的细胞膜的稳定性,维持植物体正常的生长[11]。

叶绿素作为一种色素广泛地参与植物体的光合作用[11]。王继玥等[9]对黄秋葵幼苗的研究发现,外源甜菜碱使叶绿素含量上升,这与本项研究的结论一致。Makela等[12]认为甜菜碱能保护逆境下的蛋白和色素,进而维持正常的光合作用;侯彩霞等[13]、赵新西等[14]也有类似的报道。

POD、SOD、CAT是一类保护酶,在植物体遭遇干旱时能杀灭有害物质,维持细胞膜的稳定性[11]。在逆境下细胞膜发生膜脂过氧化作用,MDA是其中的产物[11]。石小虎[15]对温室番茄、王丽君[16]对花椰菜、常青华[17]对甘蓝的研究发现在干旱胁迫下POD、SOD、CAT活性上升以保证细胞正常生理活动。郝敬虹[18]等对黄瓜幼苗、刘京萍等[19]对菠菜研究发现干旱胁迫下MDA含量上升,但施用外源物质水杨酸或聚天冬氨酸锰后,缓解了干旱的影响,MDA含量上升幅度较小。本项研究发现在干旱胁迫下,保护酶活性在胁迫开始阶段逐步上升,5 d后达最高,而后开始下降,表明植物体在遇到干旱逆境后增强保护酶活性以抵御逆境,但作用有限,长时间干旱逆境将造成不可逆的伤害,施用甜菜碱之后,保护酶活性上升幅度较对照大。在干旱胁迫下MDA含量逐渐升高,但施用甜菜碱之后,上升幅度减缓,并在测定的几个时期内均低于对照,表明甜菜碱能激发保护酶活性,抑制MDA的形成,对植物体抵御干旱逆境有利。

研究发现脯氨酸是一类渗透调节物质,在干旱胁迫下含量上升[11]。本研究发现,喷施甜菜碱后脯氨酸含量上升,提高茄子幼苗的抗旱性,其原因可能是脯氨酸积累后能促进蛋白质的水合作用,形成具有一定保水能力的聚合物,维持细胞膜稳定,同时还可清除自由基,维持细胞渗透平衡[20-21]。

综上所述,干旱胁迫抑制了茄子幼苗正常生长,叶片叶绿素含量、POD活性、SOD活性、CAT活性、脯氨酸含量等指标在胁迫开始阶段逐步上升,胁迫5 d后达最大值,而后开始下降,MDA含量逐渐上升。喷施甜菜碱可以缓解干旱胁迫对茄子幼苗的影响,维持幼苗正常的生长,使茄子株高、茎粗、鲜质量、干质量得到积累;在干旱胁迫下茄子表现出应激反应,使叶绿素含量等指标均高于对照,MDA含量低于对照,20、40、60、80 mg·L-1等不同质量浓度甜菜碱处理下,有效缓解了干旱胁迫,叶绿素含量等指标均保持在较高的水平,MDA含量保持在较低的水平,其中以40 mg·L-1处理效果最好。因此建议,今后在茄子生产中如遇到干旱胁迫时,采用喷施40 mg·L-1甜菜碱,可以抵御干旱,该方法简单有效,可以大面积推广。

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