外源水杨酸对盐胁迫下小白菜幼苗生理的影响

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　　 摘要：采用叶面喷施法探讨水杨酸（SA）对不同时间段NaCl胁迫下小白菜（Brassica campestris L.）幼苗生理的影响。结果表明，随着盐胁迫时间的延长，SA预处理的小白菜幼苗叶片叶绿素含量、相对含水量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、过氧化物酶（POD）活性和超氧化物歧化酶（SOD）活性以及相关基因的表达量均高于对照处理;而丙二醛含量和相对电导率均低于对照处理。在整个盐胁迫过程中，相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量以及脯氨酸含量呈不断下降的趋势;丙二醛含量和相对电导率呈不断上升的趋势;POD活性以及SOD活性呈先上升后下降的趋势，峰值均出现在3 d。POD基因与SOD基因的相对表达量呈先上升后下降的趋势，且峰值出现在3 d。分析结果表明，外源水杨酸可以通过提高叶绿素含量、相对含水量、渗透调节物质含量来上调抗氧化酶基因的表达，增强抗氧化酶活性，并且减轻细胞膜损伤来缓解盐胁迫对小白菜幼苗的伤害，从而提高小白菜幼苗的抗盐能力。
　　 关键词：水杨酸;小白菜;盐胁迫;生理生化;基因表达
　　 中图分类号： S634.301 文献标志码： A
　　 文章编号：1002-1302（2020）07-0147-05
　　 据统计，地球盐渍土地面积约占陆地总面积的1/3，而土壤盐渍化问题给农业发展带来了诸多负面影响，给农作物的生产带来了极大的阻碍。目前，也出现了许多土壤改良剂、土壤调理剂来改善土壤中出现的各种问题，但并不能从根本上解决土壤盐渍化对植物造成的伤害[1-2]。土壤盐分降低了土壤资源价值，给生产性农业带来巨大损失，对环境造成威胁，从而加大了对经济和环境的危害[3]。当植物体处于盐胁迫环境下时，会导致体内活性氧的大量产生并且导致活性氧清除系统之间的失衡。活性氧的累积会引起膜质过氧化反应并且伤害细胞膜[4]，而植物体内产生的活性氧可以通过抗氧化酶之间的协同作用来清除[5-6]。桑利敏研究发现，当甜菜幼苗处于盐胁迫条件下时，其出芽率、叶绿素含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性等各项生理指标均呈现下降趋势，植物生长受到限制[7]。师晨娟等论述了多胺、细胞分裂素、乙烯、脱落酸等激素对盐胁迫下植物的缓解作用与作用机制[8]，如吲哚乙酸对盐胁迫下的番茄幼苗具有缓解作用，脱落酸（ABA）可以提高盐胁迫下小麦的产量等[9-10]。水杨酸（SA）可以提高烟草对病毒的抗性，并且在黄瓜体内可以作为介导系统获得性抗性（SAR）传递的内源信号[11-12]，可以提高植物体的抗逆性[13-14]。
　　目前，关于SA对小白菜幼苗抗盐生理方面的研究较少，探究SA对盐胁迫下小白菜幼苗生理的影响，有利于为日后小白菜在盐胁迫环境的栽培生产提供一定的理论参考。本研究以小白菜为试验材料，研究盐胁迫下SA对小白菜幼苗生理生化过程的影响。
　　1 材料与方法
　　1.1 材料
　　供试小白菜品种为温州快菜，购自绵阳龙门农贸市场。温州快菜生长周期短，生育期60 d，我国南北各地均可种植。
　　1.2 方法
　　选取饱满的小白菜种子，用1% NaClO溶液消毒处理10 min，用蒸馏水清洗后在25 ℃的温室中浸种2 d，然后置于25 ℃组织培养室内催芽2 d。选取长势一致的小白菜出芽种子，均匀地栽种在盛有石英砂的塑料盘中（规格为120 cm×30 cm），共12盘，然后加入清水，放入（25±1） ℃、光/暗周期12 h/12 h、光流密度200 μmol/（m2·s）条件下的培养室中培养。当小白菜幼苗第1张叶张开时，开始添加MS培养液，培养至3叶1心期。把小白菜幼苗分成2组，一组小白菜幼苗叶片上均匀喷施浓度为0.5 mmol/L的水杨酸溶液，另一组小白菜叶片喷施蒸馏水作为对照。静置1 d后，去掉盘中原来的MS培养液，再将喷施了SA和蒸馏水的小白菜幼苗置于含有200 mmol/L 的NaCl溶液中培养1 d，从上往下数取小白菜幼苗的第3张幼叶为试验材料，每个试验均重复3次，取平均值。
　　1.3 指标测定方法
　　 按照丙酮乙醇混合法[15]测定叶绿素含量;按照浸泡法[16]测定相对电导率;按照王学奎的方法[17]测定可溶性糖含量;按照茚三酮法[18]测定脯氨酸含量;按照陈建勋等的方法[19]测定相对含水量;用NBT光还原法测定SOD活性;用Omran法[20]测定POD活性;按照Lowry法[20]测定可溶性蛋白含量;按照硫代巴比妥酸（TBA）比色法[18]测定丙二醛含量。
　　2 结果与分析
　　2.1 SA对盐胁迫下小白菜幼苗叶片生理干旱情况的影响
　　植物叶片的相对含水量可以反映植物对盐胁迫所带来的生理干旱的抵抗能力。在一定范围内，植物叶片含水量高，说明其体内的生理生化反应可以正常进行，能够保证正常的新陈代谢[21-22]。由图1可知，随着盐胁迫时间的延长，小白菜幼苗叶片含水量明显下降，在盐胁迫过程中，经SA预处理的小白菜幼苗叶片含水量均高于对照处理（蒸馏水处理），在盐胁迫的4 d时，SA处理的小白菜和对照处理的小白菜的含水量差达到最大。表明喷施SA有利于减缓小白菜幼苗在盐胁迫下含水量的下降，缓解了小白菜幼苗的生理干旱，增强了小白菜的盐胁迫抗性。
　　2.2 SA对盐胁迫下小白菜幼苗质膜的影响
　　当植物处于非生物胁迫下时，其质膜会受到伤害，相对电导率和丙二醛含量增加[21-22]。由圖2可知，相对电导率和丙二醛含量均随着盐胁迫时间的延长而增加，经SA预处理的小白菜幼苗相对电导率和丙二醛含量均低于对照处理。盐胁迫4 d时，SA处理和对照处理小白菜的相对电导率差值达到最大;在盐胁迫的4 d时，SA处理和对照处理的小白菜丙二醛含量差值达到最大。总体而言，在盐胁迫的过程中，SA处理的小白菜相对电导率和丙二醛含量均低于对照处理，表明喷施SA有利于缓解小白菜在盐胁迫下的膜质过氧化反应，增强了小白菜的盐胁迫抗性。 　　2.3 SA对盐胁迫下小白菜幼苗叶片光合作用的影响
　　叶绿素是光合作用重要的色素分子，决定着光合作用的效率。因此，叶绿素含量是体现植物抵抗非生物胁迫能力的重要指标[21-22]。由图3可知，随着盐胁迫时间的延长，小白菜幼苗叶片叶绿素含量明显下降，而SA预处理的小白菜叶幼苗绿素含量下降速度比对照更慢。在盐胁迫4 d时，SA处理小白菜和对照处理小白菜叶绿素含量差值最大。表明喷施SA有利于减缓盐胁迫下小白菜叶绿素的降解，提高光合作用效率，有助于增强小白菜的盐胁迫抗性。
　　2.4 SA对盐胁迫下小白菜幼苗叶片渗透势的影响
　　可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸是植物体内重要的渗透调节物质，可以降低细胞渗透压，减少失水，降低植株受到的胁迫伤害[20-21]。由图4可知，随着盐胁迫时间的延长，小白菜幼苗叶片可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸3种渗透调节物质的含量均呈上升趋势。在盐胁迫的同一时间内，SA处理小白菜幼苗叶片的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸的含量均高于对照处理。盐胁迫刚开始时，SA和对照处理的小白菜幼苗渗透调节物质含量差异不明显，随着胁迫时间的延长，SA处理的小白菜幼苗叶片渗透调节物质明显高于对照处理。胁迫处理3 d时，SA处理和对照处理可溶性糖含量差达到最大。脯氨酸含量和可溶性蛋白含量均在胁迫的4 d时达到最大差值。结果表明，喷施SA可以提高盐胁迫下小白菜幼苗的渗透物质含量，有利于降低细胞的水势，减少小白菜失水，降低小白菜受到的盐胁迫伤害，增强了小白菜抵抗盐胁迫的能力。
　　2.5 SA对盐胁迫下小白菜幼苗抗氧化酶的影响
　　植物受到非生物胁迫时，体内会产生大量氧自由基，对植物体造成伤害。在长期进化过程中，植物体形成了具有清除活性氧自由基能力的抗氧化防御体系，其中SOD和POD是重要的保护酶类[20]。由图5可知，随着盐胁迫时间的延长，SOD和POD活性均呈先上升后下降的趋势，且均在盐胁迫3 d后开始下降。SA处理和对照处理小白菜SOD、POD活性的最大差值均出现在胁迫3 d时。整个胁迫过程中，SA处理的小白菜抗氧化酶活性均高于对照处理，表明喷施SA有利于保护盐胁迫下小白菜的抗氧化酶系统，增强了小白菜抵抗盐胁迫的能力。
　　2.6 SA对盐胁迫下小白菜幼苗抗氧化酶基因表达的影响
　　为探究小白菜幼苗的耐盐机制，用实时荧光定量PCR研究POD和SOD基因在NaCl胁迫下的表达。由图6可知，NaCl胁迫1 d以后，小白菜幼苗POD和SOD基因表达水平与对照相比均存在明显差异。其中，未进行NaCl处理时，POD和SOD基因有少量表达;在NaCl处理后，小白菜幼苗POD和SOD基因的相对表达水平均有不同程度的提高，POD和SOD基因的表达量均在NaCl胁迫3 d时达到最高水平，与它们的酶活性变化具有一致的趋势。表明外源水杨酸通过上调盐胁迫下小白菜幼苗抗氧化酶基因的相对表达量来增强其抗氧化酶活性，进而增强了小白菜抵抗盐胁迫的能力。
　　3 结论与讨论
　　在植物体生长的不同时期，其盐胁迫抗性存在一定的差异，植物在苗期对盐胁迫更为敏感[23-24]，因此选取了苗期的小白菜进行试验。
　　当处于盐胁迫下时，植物体内的生理特性发生巨大的变化[25]。由于植物自身的抗逆机制，植物體内会迅速积累可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸等渗透调节物质。当胁迫达到一定程度时，植物自身抗逆机制会受到不可逆转的伤害，进而导致植物体渗透调节物质含量的下降[26]。同时盐胁迫也会引起植物体内氧自由基的大量产生，其中POD和SOD等抗氧化酶组成的抗氧化酶系统可以清除植物体内的氧自由基[20]。本研究中没有盐胁迫时，SA处理和对照处理的各项生理影响并没有明显差别，表明在正常的生长环境下，喷施SA对小白菜体内的生理生化反应并无明显影响，这与富春元等的研究结果[27]一致。盐胁迫对小白菜造成的伤害会通过某种信号传递的方式来影响小白菜的生理生化指标，而生理生化指标的变化会体现在这种信号传递完成之后。随着盐胁迫的进行，对照处理的小白菜POD和SOD指标先升高后降低，与杜世章等的研究结果[28]一致。表明在没有喷施SA的情况下，小白菜幼苗在面对盐胁迫时，自身也会有一种抗逆机制，进而使抗氧化酶活性在一定范围内上升。当胁迫时间继续延长之后，这种抗逆机制会受到破坏，进而使抗氧化酶活性下降，甚至可能会低于正常生长的小白菜抗氧化酶活性，直至小白菜死亡。当盐胁迫时间足够久时，将会对小白菜本身的抗逆机制造成不可逆转的伤害，但具体机制有待进一步的考证与研究。
　　盐胁迫下小白菜幼苗相关抗氧化酶基因的相对表达量发生了变化。在没有使用NaCl处理之前，SOD基因与POD基因仅有微量表达。在使用NaCl处理之后，2种抗氧化酶基因的表达量均有不同程度的上调，且均在胁迫3 d时达到峰值，之后表达量均有下调。与代其林等关于豇豆在盐胁迫下抗氧化酶活性以及相关基因表达的研究结果[20]吻合。显然，这2种抗氧化酶基因都是诱导表达型基因，均存在过量表达的可能性。
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