外源亚精胺对硝酸钙胁迫下小白菜生长与光合作用及其品质的影响

鲁 莹，束 胜，朱为民，郭世荣＊

（1 南京农业大学 园艺学院／江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室，南京210095；2 上海市农业科学院 园艺研究所／上海市设施园艺技术重点实验室，上海201106）

小白菜（Brassica campestris ssp．chinensis）属十字花科芸薹属白菜亚种的一个变种，又称不结球白菜、青菜、油菜等，原产于中国。小白菜现占长江中下游大、中城市蔬菜复种面积的30%～40%，在北方地区的栽培也发展迅速［1］。近年来，小白菜设施栽培发展较快，导致土壤次生盐渍化现象普遍存在［2］。研究表明，设施土壤中的阳离子以Ca2＋为主［3］，阴离子主要是NO3－、SO42－和Cl－，其中NO3－占阴离子总量的一半以上［4］。因此，Ca（NO3）2大量积累是引起设施土壤次生盐渍化的主要原因［5］。绿叶蔬菜易富集硝酸盐，一旦小白菜体内过量积累硝酸盐时，其生长和品质会明显受到影响。

多胺（PAs）是一类广泛存在于植物体内，具有强烈生理活性的低分子量脂肪族含氮碱，与逆境胁迫（如盐胁迫）关系密切［6］。常见的多胺主要包括腐胺（Put）、亚精胺（spermidine，Spd）和精胺（Spm）等。多胺在调节植物生长发育、控制形态建成、提高植株抗性、延缓衰老等方面具有重要作用［7］。研究发现，在盐胁迫条件下，抗盐性较强的黄瓜品种的根系中Spd和Spm 累积量高于抗盐性较弱的黄瓜品种［8］；春小麦在受到干旱胁迫时，Spd与Spm 的含量与SOD 和POD 活性呈正相关［9］；盐胁迫下植物体内Spd 和Spm 浓度普遍上升［10］，这是植物自身的保护性反应。3 种多胺中，Spd在提高植物抗逆性上起重要作用。外源Spd可提高冷胁迫下香蕉叶片中可溶性糖含量，增强植株的抗冷性［11］，可以提高白刺花幼苗的抗旱性［12］，并可明显减轻盐胁迫对黄瓜幼苗［13］、滨藜［14］、甜瓜［15］的胁迫伤害。但目前未见Spd缓解Ca（NO3）2胁迫下小白菜生长和品质抑制的报道。本实验以小白菜为实验材料，研究叶片喷施外源Spd 对Ca（NO3）2胁迫下小白菜生长、植株光合作用和品质的影响，探讨外源Spd 对Ca（NO3）2胁迫下幼苗伤害的缓解作用及机理，为外源Spd应用于设施绿叶蔬菜高效优质安全栽培提供有效途径和理论依据。

1 材料和方法

1．1 材料与处理

实验在南京农业大学塑料大棚内进行。实验选用的小白菜品种为‘寒笑’，种子由南京农业大学白菜课题组提供。种子经消毒、浸种、催芽后播于装有石英砂的育苗盘中，棚内昼、夜温度控制在20～25℃、15～18 ℃，自然光照。幼苗前期浇清水，2 叶1心后浇1／2 Hoagland营养液，待幼苗4 叶1心时，挑选生长一致的幼苗移栽到装有1／2 倍Hoagland营养液的水培箱中，调节营养液pH 为（6．5±0．1），EC值为2．2～2．5 mS·cm－1，气泵间歇通气40 min·h－1，每箱定植12株。

缓苗3d后，开始实验处理，共设置4个处理：对照，（正常营养液栽培，CK）；对照加亚精胺处理（CS）；硝酸钙处理（N）；硝酸钙加亚精胺处理（NS）。称取377．6g硝酸钙施入水培箱中，使营养液中硝酸钙浓度达到80 mmol·L－1；亚精胺浓度为0．5 mmol·L－1，分别在硝酸钙处理后0、3、6、9d傍晚喷施CS和NS两组处理植株叶片表面和背面，CK和N 两组处理喷施等量清水。处理10d后，测定小白菜生长、色素含量、光合速率和产品品质等指标。

1．2 测定项目及方法

1．2．1 生长指标 用直尺测小白菜株高和主根长；取植株用蒸馏水冲洗、吸干后，测植株鲜重；105 ℃杀青15min，75 ℃烘干至恒重，测植株干重。并用叶面积／根系扫描仪（Epson Expression 1680）对小白菜植株进行叶面积和根系扫描，叶面积为从基部数第三片真叶的面积，总根表面积按常规方法测定。

1．2．2 光合色素含量 参照沈伟其［16］的方法，称取新鲜叶片0．1g，剪碎混匀，加入15 mL 大试管中，加入10 mL 混合提取液（乙醇∶丙酮∶水＝4．5∶4．5∶1），于暗中浸提24h，分别测定440、645、663nm 处吸光度值OD440、OD645、OD663。再依据相关公式计算光合色素含量。

1．2．3 光合作用参数 用美国Li－Cor公司的Li－6400便携式光合仪，于上午9：00～11：30测定基部起第三片完全展开功能叶的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、细胞间隙CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）。测定时使用开放气路，利用6400PS提供光照，叶室温度为（25±1）℃，光量子通量密度（PPFD）为700μmol·m－2·s－1，CO2浓度为（380±10）μmol·mol－1，相对湿度（RH）为50%。由光合测定系统读出。

1．2．4 品质指标 维生素C 含量测定采用2，6－二氯靛酚钠盐滴定法［17］；有机酸含量测定采用酸碱中和滴定法［17］；可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝G－250染色法［17］；可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法［17］；硝酸盐含量测定采用酚二磺酸比色法［17］。

1．3 数据统计分析

用SAS软件Duncan法进行多重比较分析。

2 结果与分析

2．1 亚精胺对Ca（NO3）2 胁迫下小白菜植株生长的影响

由表1可知，与对照（CK）相比，叶面喷施Spd处理（CS）对小白菜幼苗生长无明显影响；Ca（NO3）2胁迫处理（N）小白菜幼苗的株高、根长、叶面积、根体积、鲜重和干重则分别比CK 显著降低了48．02%、36．72%、59．15%、67．59%、72．64%、62．96%；而在Ca（NO3）2胁迫下叶面喷施Spd处理（NS）的幼苗的株高、根长、叶面积、根体积、鲜重和干重分别比Ca（NO3）2胁 迫 处 理（N）显 著 增 加 了15．63%、22．73%、68．72%、90．85%、102．06%、114．00%。同时，小白菜幼苗各生长指标在N、NS处理下均显著低于对照。表明外源Spd能有效够缓解Ca（NO3）2胁迫对小白菜幼苗生长的抑制，促进幼苗生长，增加小白菜产量。

2．2 亚精胺对Ca（NO3）2 胁迫下小白菜叶片光合色素含量的影响

表2显示，叶面喷施Spd处理（CS）的小白菜幼苗光合色素含量比CK 明显增加；Ca（NO3）2胁迫处理（N）下小白菜幼苗的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、类胡萝卜素含量分别比CK 降低51．42%、62．50%、54．72%、55．88%，而叶绿素a／b却比CK增加21．46%；而在Ca（NO3）2胁迫下叶面喷施Spd处理（NS）植株的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、类胡萝卜素含量分 别 比Ca（NO3）2处 理（N）显 著 提 高38．82%、13．33%、32．17%、53．33%，其 叶 绿 素a／b 也 比Ca（NO3）2处理（N）明显提高23．32%，但未达显著水平。可见，Ca（NO3）2胁迫明显抑制了小白菜幼苗光合色素的积累，外源Spd能够有效缓解Ca（NO3）2对光合色素含量的抑制。

2．3 亚精胺对Ca（NO3）2 胁迫下小白菜幼苗光合作用参数的影响

由图1可以看出，与对照相比，叶面喷施外源Spd处理（CS）能显著增加小白菜叶片Pn、Tr、Gs、Ci；Ca（NO3）2胁迫处理（N）则使幼苗的Pn、Tr、Gs和Ci分别比对照显著降低34．45%、66．56%、65．91%和22．94%；Ca（NO3）2胁迫下叶面喷施外源Spd（NS）的幼苗Pn、Tr和Gs、Ci分 别 比 胁 迫 处 理 显 著 增 加28．11%、12．61%和86．67%、117．59%，但仍均显著低于相应对照。即叶面喷施外源Spd能一定程度上缓解Ca（NO3）2对小白菜叶片光合参数抑制作用。

表1 亚精胺对硝酸钙胁迫下小白菜生长的影响Table 1 Effects of Spd on the growth of B．chinensis seedling under Ca（NO3）2stress

表2 亚精胺对Ca（NO3）2 胁迫下小白菜幼苗光合色素含量的影响Table 2 Effects of Spd on the contents of photosynthetic pigments in B．chinensis under Ca（NO3）2stress

图1 亚精胺对Ca（NO3）2 胁迫下小白菜幼苗光合作用的影响Fig．1 Effects of Spd on gas exchange parameters in B．chinensis seedling under Ca（NO3）2stress

表3 亚精胺对Ca（NO3）2 胁迫下小白菜幼苗品质的影响Table 3 Effects of Spd on the quality of B．chinensis seedling under Ca（NO3）2stress

2．4 亚精胺对Ca（NO3）2 胁迫下小白菜幼苗品质的影响

与对照相比，叶面喷施Spd处理（CS）的小白菜幼苗品质显著提高；Ca（NO3）2胁迫处理（N）小白菜幼苗的维生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量分别比对照降低了35．15%、21．38%、31．51%，而有机酸和硝酸盐含量则分别比对照显著增加了41．66%和104．67%；而在Ca（NO3）2胁迫下叶面喷施Spd（NS）幼苗的维生素C、可溶性糖和可溶性蛋白则分别比Ca（NO3）2胁迫处理（N）显著增加了24．89%、22．13%和25．56%，而有机酸和硝酸盐含量则分别比Ca（NO3）2胁迫显著降低19．12%和14．16%（表3）。但处理N 和NS幼苗的硝酸盐含量均显著高于对照和Spd处理（表3）。可见，叶面喷施外源Spd能够缓解Ca（NO3）2胁迫对小白菜幼苗品质的不利影响，提高体内可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量，降低有机酸和硝酸盐含量，改善幼苗品质。

3 讨 论

盐胁迫对植物的危害是多方面的，包括渗透胁迫、离子毒害和细胞内离子平衡的破坏等［18］，一般表现为植株矮化、生物量降低［19］。生物量是植物对盐胁迫响应的综合体现及对盐胁迫的综合反应［20］，也是衡量胁迫耐性时的常用指标［21］。本实验表明，80 mmol／L Ca（NO3）2胁迫显著抑制小白菜幼苗的生长，降低其生物量的积累，致使幼苗的株高、根长、叶面积、根体积和干、鲜重显著降低。叶面喷施0．5 mmol／L的Spd能明显缓解Ca（NO3）2的抑制作用，促进小白菜幼苗的生长，提高幼苗生物量。

叶绿素含量是反映光合强度的重要指标，盐胁迫直接或间接地影响到叶绿素的含量［22］。绝大部分的叶绿素a、全部叶绿素b和类胡萝卜素是聚光色素，具收集、传递光能给少数反应中心色素叶绿素a分子［23］。类胡萝卜素既是光合色素，又是内源抗氧化剂，在细胞内可吸收剩余能量，淬灭活性氧，从而防止细胞膜脂过氧化，全部的叶绿素和类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中［19］。Chl a／Chl b值的变化能反映叶片光合活性的强弱［24］。本实验中，Ca（NO3）2胁迫下小白菜幼苗叶片中叶绿素a、叶绿素b 和类胡萝卜素含量明显下降，这可能是由于胁迫下叶绿体类囊体膜的完整性受到破坏，加速了光合色素的降解；同时，由于类胡萝卜素含量的降低，减少了对活性氧的淬灭，导致细胞内积累较多的氧自由基，破坏叶绿体膜结构，进一步加速了叶绿素的分解。本研究还发现，Ca（NO3）2胁迫下叶绿素a／叶绿素b 值增大，表明Ca（NO3）2胁迫对叶绿素b的破坏作用大于叶绿素a，叶绿素b降解的幅度大于叶绿素a。叶面喷施外源0．5mmol／L的Spd能够提高Ca（NO3）2胁迫下小白菜叶片的叶绿素含量，同时提高类胡萝卜素含量，淬灭活性氧，减轻胁迫对叶绿体结构的伤害，促进光合作用的进行。

盐胁迫条件下，植物叶片气孔收缩，气孔导度降低，限制了CO2向叶绿体的输送和叶片水分的蒸发，从而抑制了叶片的光合作用和蒸腾作用［25］。导致光合速率降低的因素包括气孔限制和非气孔限制两类［26］。若气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）同时下降则证明气孔因素是主要的，若Gs下降而Ci升高则表明非气孔因素是主要的［27］。本实验中，Ca（NO3）2胁迫下，小白菜幼苗叶片Gs和Ci同时下降表明气孔限制是降低光合速率的主要因素；叶面喷施0．5 mmol／L的Spd可以提高植株的Gs，从而使植株的Pn增加。这说明外源Spd可以缓解Ca（NO3）2胁迫造成的气孔限制，提供较高浓度的CO2，从而维持较高的净光合速率。

不结球白菜干物质、维生素C、有机酸、可溶性蛋白质、可溶性糖含量是重要的营养指标 。维生素C是人体身体不可缺少的重要维生素之一［28］，也是衡量蔬菜品质的首要指标［29］。可溶性糖既是高等植物的主要光合产物，又是碳水化合物代谢和暂时贮藏的主要形式，在植物碳代谢中占有重要位置［30］，还作为渗透调节物质在植物逆境响应过程中起重要作用［31］。可溶性蛋白的含量是衡量小白菜品质优劣的重要指标之一。蔬菜食用部分硝酸盐含量是蔬菜卫生品质中的一个限制指标，因为尽管硝酸盐离子本身无毒，但由它还原形成的亚硝酸离子对人体健康有害［32］。提高干物质、维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白质含量和适当降低有机酸和硝酸盐含量，是不结球白菜品质的主要目标［27］。本实验中，Ca（NO3）2胁迫显著降低小白菜幼苗干物质、维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白质含量，有机酸和硝酸盐含量显著增加；叶面喷施0．5mmol／L的Spd可以显著提高干物质、维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白质含量和适当降低有机酸和硝酸盐含量。表明Ca（NO3）2胁迫显著降低小白菜的品质，而外源Spd可以有效缓解Ca（NO3）2胁迫对小白菜幼苗品质的抑制作用，从而使其维持较好的品质。

综上所述，在Ca（NO3）2胁迫条件下，喷施外源0．5mmol／L Spd能够显著提高小白菜幼苗的光合色素含量和净光合速率，改善光合作用效率；促进植株的生长，显著提高植株产量，并提高维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量，降低有机酸和硝酸盐含量，改善植株品质，从而有效减轻胁迫造成的不良影响。因此，外源Spd可以提高小白菜抗盐耐盐的能力，但是，要深入研究外源Spd对Ca（NO3）2胁迫条件下小白菜生长的影响，还需要展开进一步的实验。

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