甜瓜幼苗对KNO3+K2SO4混合盐胁迫的生理响应

赵卫星，常高正，康利允，高宁宁，梁 慎，徐小利，李海伦，王慧颖，李晓慧

(河南省农业科学院园艺研究所，河南 郑州 450002)

permeability；Osmotic adjustment；Antioxidases

1 材料与方法

1.1 材料

供试品种：众云20、瑞雪8号，分别为耐盐性和盐敏感性厚皮甜瓜品种，均由河南省农业科学院园艺研究所选育。

供试药剂：KNO3、K2SO4，均为分析纯，由上海试验试剂有限公司生产。

1.2 方法

1.2.1 材料培养与处理 试验于2017年5-6月在河南省现代农业研发基地的塑料大棚内进行。选取籽粒饱满甜瓜种子200粒，浸种催芽2 d后，待露白时选取出芽一致的种子播于32孔穴盘中育苗，以等体积的蛭石和珍珠岩作基质，播种后10 d待真叶展开后，每3 d用山崎甜瓜配方营养液(硝酸钙826 mg·L-1；硝酸钾607 mg·L-1；硫酸镁，370 mg·L-1；磷酸二氢铵153 mg·L-1)液浇灌1次；第2片真叶展开后，选整齐一致幼苗的穴盘放于装有全素山崎甜瓜配方营养液的水培槽中21 d，待幼苗长到3叶1心时，分别置于浓度梯度为50、100、150、200 mmol·L-1KNO3+K2SO4(摩尔浓度1∶1)的日本山崎甜瓜营养液进行胁迫处理，处理时每天按设定浓度梯度的1/4递增，4 d后达到预设的最终浓度，以全营养液处理为对照(CK)，每1穴盘为1个处理(32株)，每个处理3次重复。育苗期间温度和光照按常规育苗管理进行。胁迫处理10 d后，待植株出现明显萎蔫症状时(以150 mmol·L-1处理为准)，每个处理选随机5株，取新叶下第2片展开叶进行相关指标的测定。

1.2.2 测定项目与方法 参照李合生[13]的方法进行质膜透性、丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)及脯氨酸(Pro)含量测定；参照赵世杰[14]的方法进行过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化物酶(POD)活性测定。

含水量测定采用烘干称重法[6]。将甜瓜幼苗整株取出，用蒸馏水洗净，吸干植株表面的水分，分别称量植株地上部和地下部的鲜质量、干质量。

含水量=[(鲜质量-干质量)/鲜质量]×100 %

1.3 统计与分析

采用Excel 2007和DPS 7.05软件进行数据统计与分析，差异显著性检验(P<0.05)采用Duncan’s新复极差法。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对甜瓜幼苗含水量的影响

甜瓜幼苗地上部含水量随KNO3+K2SO4混合盐浓度的增加呈现逐渐降低的趋势，且其对盐胁迫的响应因品种的耐受性有所差异(图1-A)。对于耐盐性品种众云20而言，地上部分含水量变化较为缓慢，当盐浓度为200 mmol·L-1时才与对照表现出显著性差异，比对照下降了6.1 %；对于盐敏感性品种瑞雪8号而言，低盐(50 mmol·L-1)胁迫条件下，地上部含水量与处理间差异不显著，从中盐(100 mmol·L-1)胁迫开始与对照间差异达显著水平，当浓度为200 mmol·L-1时，地上部含水量比对照下降了10.0 %。

混合盐胁迫处理下，随浓度升高甜瓜幼苗地下部分含水量先升高后降低，且2个品种对盐胁迫的响应存在差异(图1-B)。与对照组相比，耐盐性品种众云20在低盐和中盐(50、100 mmol·L-1)胁迫下升高，在高盐胁迫(150、200 mmol·L-1)下降低，当盐浓度为200 mmol·L-1时才与对照表现出显著性差异，比对照下降了5.8 %；盐敏感性品种瑞雪8号在低浓度(50 mmol·L-1)胁迫下升高，当盐浓度为100 mmol·L-1时，幼苗相对含水量开始下降，高浓度胁迫(150、200 mmol·L-1)下与对照表现出显著性差异，分别比对照下降了2.5 %、7.6 %。

图1 混合盐分胁迫对甜瓜幼苗地上部和地下部含水量的影响Fig.1 Effect of KNO3-K2SO4 mixed salt stress on shoot and root water contents of muskmelon seedlings

2.2 盐胁迫对甜瓜幼苗叶片质膜透性影响

混合盐分胁迫下甜瓜幼苗叶片电导率(EC值)随浓度的增加先降低后升高，且品种的耐受性表现出明显差异(图2-A)。与对照组相比，耐盐性品种众云20叶片电导率在低盐和中盐(50、100 mmol·L-1)胁迫下降低，高浓度(150、200 mmol·L-1)胁迫下升高；盐敏感性品种瑞雪8号叶片的电导率在低浓度(50 mmol·L-1)胁迫下降低，当浓度为100 mmol·L-1胁迫时开始升高。在浓度为200 mmol·L-1胁迫时，2个品种幼苗叶片电导率均与对照表现出显著性差异，分别比对照升高了43.67 %、47.85 %。在各浓度盐胁迫下，盐敏感性品种瑞雪8号叶片EC值均高于耐盐性品种众云20，说明其受混合盐胁迫伤害程度加大，加剧了电解质的外渗。

甜瓜幼苗叶片丙二醛(MDA)含量随混合盐胁迫浓度的增加逐渐上升(图2-B)。低盐和中盐(50、100 mmol·L-1)胁迫上升缓慢，高浓度(150、200 mmol·L-1)胁迫与对照差异达显著水平。在各浓度盐胁迫下，耐盐性品种众云20叶片MDA含量均低于盐敏感性品种瑞雪8号。

图2 混合盐分胁迫对甜瓜幼苗叶片电导率(EC) 和MDA含量影响Fig.2 Effect of KNO3-K2SO4 mixed salt stress on EC values and MDA contents in leaves of muskmelon seedling

2.3 盐胁迫对甜瓜幼苗叶片渗透调节物质的影响

植物细胞可以通过积累脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)等物质来调节渗透势，维持水分平衡，以提高对盐胁迫的适应性。在混合盐胁迫下，甜瓜幼苗叶片Pro含量总体呈先下降后上升的趋势(表1)。与对照组相比，耐盐性品种众云20叶片Pro含量在低浓度(50 mmol·L-1)胁迫下降低，当浓度为100 mmol·L-1胁迫时开始升高；盐敏感性品种瑞雪8号叶片Pro含量在低盐和中盐(50、100 mmol·L-1)胁迫下降低，高浓度(150、200 mmol·L-1)胁迫下升高；2个品种均在150 mmol·L-1胁迫时与对照差异达显著水平。就品种间差异而言，各浓度盐胁迫下，耐盐性品种众云20叶片Pro含量均高于盐敏感性品种瑞雪8号，以维持细胞的渗透调节能力，阻止水分丧失。

表1 混合盐胁迫对甜瓜幼苗叶片渗透调节物质的影响

混合盐胁迫下，甜瓜幼苗叶片SS和SP含量逐渐上升(表2)。耐盐性品种众云20叶片SS和SP含量在低浓度(50 mmol·L-1)胁迫下与对照差异不显著，浓度为100 mmol·L-1胁迫开始与对照差异达显著水平，高浓度(200 mmol·L-1)胁迫比对照升高了21.45 %、183.70 %；盐敏感性品种瑞雪8号叶片SS和SP含量分别从浓度为50和150 mmol·L-1胁迫开始与对照差异达显著水平，高浓度(200 mmol·L-1)胁迫比对照升高了40.41 %、76.34 %。总体看来，在各种浓度胁迫下，耐盐性品种众云20叶片SP含量要高于盐敏感性品种瑞雪8号，而叶片SS含量低于盐敏感性品种瑞雪8号。

2.4 盐胁迫对甜瓜幼苗叶片保护酶活性影响

超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)是酶促防御系统中重要的保护酶，可以有效地清除逆境胁迫产生膜脂过氧化物对植物造成的伤害。混合盐胁迫下，2种类型甜瓜幼苗叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性均随着盐浓度的增加先上升后下降 (表2)。其中，SOD活性均显著高于对照，在150 mmol·L-1胁迫处理时达到最高值，比对照提高了277.44 %、84.60 %；CAT活性在100 mmol·L-1胁迫时显著提高，分别比对照增加了45.61 %和20.78 %，高盐(200 mmol·L-1)胁迫下显著降低，分别比对照降低了20.88 %和33.99 %；POD活性在100 mmol·L-1胁迫时显著提高，分别比对照提高了59.86 %、30.11 %，高盐(200 mmol·L-1)胁迫下，耐盐性品种众云20与对照差异不显著，盐敏感性品种瑞雪8号显著低于对照。从品种间差异上来看，3种酶活性对盐胁迫的响应整体表现为耐盐性品种高于盐敏感性品种。

表2 混合盐胁迫对甜瓜幼苗叶片保护酶活性影响

2.5 混合盐与甜瓜幼苗生理特性指标的相关性分析

将混合盐浓度与甜瓜幼苗相关生理指标进行相关性分析(表3)可知，耐盐性品种众云20幼苗地上部含水量和MDA、SS、SP含量及SOD活性与混合盐浓度呈显著或极显著相关性(r=-0.9670**、r=0.9581*、r=0.9396*、r=0.8871*、r=0.9121*)，地下部含水量、EC值、Pro含量和CAT、POD活性与混合盐浓度相关性未达显著水平；盐敏感性品种瑞雪8号幼苗地上部含水量、地上部含水量和MAD、Pro、SS、SP含量与混合盐浓度的相关性达显著或极显著水平(r=-0.9757**、r=-0.8977*、r=0.9148*、r=0.9654**、r=0.9263*、r=0.9105*)，EC值和SOD、CAT、POD活性与混合盐浓度相关性未达显著水平。结果表明，不同耐受性甜瓜品种对混合盐浓度的敏感程度存在差异，地上部含水量及MAD、SS、SP含量对盐胁迫的响应起关键作用。

表3 混合盐浓度与甜瓜幼苗生理特性指标的相关性分析

3 讨 论

3.1 甜瓜幼苗含水量多少是反映其耐盐性的重要特征

水分的吸收和利用是植物一个重要的新陈代谢活动[15]。相关研究认为盐分胁迫下植物生长受到抑制是由于土壤中含有大量可溶性盐，降低了土壤渗透势，使根系吸水困难[16]。本研究结果显示，KNO3+K2SO4混合盐胁迫下，甜瓜幼苗地上部含水量随浓度的增加逐渐降低，地下部分含水量先升高后降低，且浓度越大下降越明显，与李圆圆等[17]利用KCl和NaCl对碱蓬胁迫的研究结果一致，与姜伟等[6]利用KNO3+K2SO4混合盐分处理辣椒幼苗地上部含水量的变化略有差异，可能与不同作物对盐胁迫的耐受性及水分的吸收与运输机制存在差异有关。从整体上来看，混合盐对敏感性品种地上和地下部含水量的影响高于耐盐性品种，高浓度下表现更显著，说明盐敏感品种对盐胁迫的反应较为强烈，植株根系吸水或水分在体内运输受阻，造成水分吸收速率小于蒸腾速率，这可能也是高浓度胁迫下过早凋亡的重要原因之一。

3.2 甜瓜幼苗渗透调节物质的合成在抵御盐胁迫中起重要作用

电解质渗透率(EC)和MDA是反映细胞膜的受伤害程度的主要指标[18]。本研究结果显示，混合盐分胁迫下甜瓜幼苗叶片EC值随浓度的增加先下降后升高，MDA含量逐渐上升；表明高盐胁迫质膜受到不同程度伤害，低浓度盐对幼苗叶片质膜影响不大，这与姜伟等[6]对辣椒盐胁迫的结果基本一致。从相关性分析的结果可以看出，MDA含量比EC值更能反映细胞膜的受伤害程度，这也是很多研究者们常以MDA作为判断膜脂过氧化程度的主要原因。混合盐胁迫下，不同耐受性甜瓜幼苗叶片EC值和MDA含量整体表现为耐盐品种EC值和MDA含量显著低于盐敏感性品种，说明盐敏感品种的细胞膜损伤严重，导致电解质大量外渗和大量MDA产生，与张景云等[19]对黄瓜的研究结果一致。可能是盐敏感品种细胞膜受到的伤害超出了自身调节能力[4]。

细胞通过可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸等物质来维持水分平衡，调节渗透势，维持细胞正常代谢活动[20]，渗透调节物质积累的多少决定了植物对盐分胁迫的抗性程度[21]。本研究结果发现，随混合盐浓度的升高，SS、SP含量呈逐渐上升，表明SS、SP是混合盐胁迫的主要渗透调节物质，甜瓜幼苗通过自身合成较多的SS、SP，以提高甜瓜幼苗适应盐环境的能力，与姜伟等[6]利用KNO3+K2SO4混合盐对辣椒胁迫的研究结果一致。脯氨酸具有保护生物大分子和清除羟基的作用，可为植物从胁迫条件恢复正常过程提供的氮源和碳源[16]。本研究结果显示，随混合盐浓度的升高，Pro含量先下降后上升，说明低盐胁迫下Pro并未参与渗透调节，随胁迫浓度的增加逐渐参与渗透调节，而刘爱荣等[22]用NaCl对盐芥胁迫的研究则认为随着盐胁迫浓度的增加脯氨酸含量逐渐增加，可能与不同作物对盐分的敏感程度不同有关[23]。从品种对盐胁迫的耐受性程度来看，耐盐性品种合成较多的Pro、SP来提高其渗透调节能力，与梁晓艳等[24]对不同耐盐性花生品种的研究结果一致；而耐盐性品种SS含量低于盐敏感性品种，与杨发荣等[25]对不同藜麦品种的研究存在一定差异，可能是自身可溶性糖合成代谢较低所致，这也在对照处理中得到了证实，但具体原因还有待于进一步研究。

3.3 甜瓜幼苗叶片通过酶促反应清除活性氧是耐低盐胁迫的重要机制之一

盐胁迫能诱导植物体内活性氧积累，对脂质、蛋白质和核酸造成氧化伤害而严重破坏正 常代谢[26]。SOD、CAT、POD等抗氧化酶是清除活性氧的重要保护酶，在维持活性氧代谢水平、保持膜结构和功能稳定方面发挥重要作用[27]。本研究结果表明，混合盐胁迫下甜瓜幼苗叶片SOD、CAT、POD酶活性均随着盐浓度的增加呈现先上升后下降的趋势，说明在低盐胁迫下3种抗氧化酶共同作用清除活性氧，从而保护细胞膜的正常功能，随浓度的增加超出了甜瓜幼苗的忍耐范围而失去自我调节能力，抗氧化酶活性受到抑制，与樊瑞苹等[28]和高军武等[29]对高羊茅和红花在NaCl胁迫下的结果一致。因此，低浓度混合盐分胁迫下，甜瓜幼苗可通过提高抗氧化酶活性来应对盐胁迫。但耐盐品种对盐胁迫具有高效的信号感知能力，盐胁迫下SOD、CAT、POD活性提高较快，以减少自由基的伤害。而何林池等[30]研究认为棉花耐盐品种和盐敏感品种的SOD、CAT及POD 酶活性表现不同，可能与不同植物的活性氧代谢差异有关。抗氧化酶活性提高是盐害等逆境下的重要生理反应，各种酶之间协同互作机理尚不清楚。因此，还需进一步开展不同盐胁迫下各种酶活性的相关性分析，以便更准确探索出其清除活性氧的生理机制。

4 结 论

KNO3+K2SO4混合盐胁迫下，甜瓜幼苗地上部含水量随浓度的增加逐渐降低，地下部分含水量先升高后下降，且浓度越大下降越明显。在低浓度盐胁迫下，植株通过提高体内的SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性及积累大量的Pro、SS和SP等渗透调节物质缓解了盐害，随盐浓度的增加，细胞膜过氧化程度加重，大量电解质外渗，抗氧化系统失去保护作用，植株受害程度加重。不同耐受性甜瓜品种对盐胁迫的响应存在一定差异，耐盐性品种叶片具有较高的SOD、CAT、POD活性和较低的MDA含量，并合成较多的Pro、SS和SP，能更好地适应盐胁迫环境。甜瓜幼苗叶片SS、SP、MDA含量和地上部含水量与盐浓度呈显著相关性，这些指标对盐胁迫的响应起关键作用，可作为筛选耐盐性指标和调控混合盐分胁迫的重要因子。