外源水杨酸和褪黑素提高桃树连作障碍抗性的研究*

沈亚鑫，周鹏羽，倪照君，侍 婷，高志红

（南京农业大学园艺学院，江苏 210095）

桃［Prunuspersica（L.）Batsch］为蔷薇科（Rosaceae）李属（PrunusL.）植物，是起源于我国且在全世界被广泛种植的落叶乔木[1]，具有很高的营养价值和经济效益，深受人们喜爱[2]。在我国南方夏季高温多雨地区，桃树经济寿命为5～10 年，在更新过程中易受到连作障碍的影响，生长势弱，病虫害严重，果实品质也受到严重影响，在一定程度上影响并制约我国桃产业的健康发展。逆境分为生物逆境和非生物逆境，连作障碍是一种环境胁迫，属于非生物逆境[3]。环境胁迫抑制植物生长发育，破坏酶系统和渗透调节系统的稳定，影响植物光合和呼吸作用，导致植株叶片发黄失绿、失水萎蔫，幼树成活率下降，最终降低植物抗性[4]。

水杨酸（Salicylic acid，SA）是一种酚类化合物，也是一种植物生长调节剂[5]，参与植物生理生化过程的调节[6]，也调控植物代谢水平。当植物遭受逆境时，SA 会作为一种内源小分子信号诱导植物生理生化特性发生改变，从而减轻各种逆境对植物体造成的伤害[7]。前人大量研究表明，适宜浓度的SA 不仅能促进植物的生长发育，维持细胞膜系统的稳定性，还能提高植物对各种生物、非生物胁迫的适应性和抵抗性[8-12]。总之，SA 在植物生长发育和逆境响应中起着重要作用[13-15]。韩红霞[16]对7 年生曙光油桃进行喷施外源SA 处理，能解除自然休眠，提高抗氧化酶活性，消除植物体内大量的活性氧自由基，间接抑制酚类物质合成。SA 预处理山桃幼树后，进行低温处理15 h 后叶片抗氧化酶（POD、SOD、CAT）活性显著提高，丙二醛（MDA）含量显著降低，植株过氧化程度减轻[17]。喷施外源SA 能提高桃果实在低温下的酶活性，提高抗氧化能力[18]，避免采收后低温贮藏对桃果实的冷害，防止果实迅速褐化[19-20]。另外，外源SA 处理可诱导提高早美和瑞蟠二号保护酶活性，减轻膜脂过氧化程度，保持脂膜透性稳定，使植物体对高温胁迫产生一定抗性[21]。

褪黑素（Melatonin，MT）是一种广泛存在于动植物界的低分子量吲哚胺类化合物[22]，对动植物的生长发育及代谢至关重要[23]。在过去几年的研究中，MT 的功能数量有所增加，MT 已被证实与种子萌发、生长和繁殖的调节、促进果实成熟和提高果实品质有关[24-27]。然而，作为保护分子对抗生物、非生物胁迫是MT 最重要的作用之一，它作为植物生长调节物质对植物免疫功能和抗氧化功能的提高具有一定帮助，这些功能也逐渐引起学术界的重视[28]。外源MT 处理不仅能增强桃幼苗在生长发育期间抵御低温胁迫的能力，而且能使冷敏型果实在采后低温贮藏过程中避免冷害的发生[29]。古咸彬等[30]又进一步对MT 预处理诱导桃幼苗耐旱性的生理分子机制进行探究，结果表明，外源MT 处理能提高桃幼苗干旱胁迫后DREB1A、DREB2A、LEA和PIP1逆境响应相关基因的表达水平，从而提高桃抗旱性。

虽然近年来SA和MT在桃树对抵御非生物胁迫方面已取得显著进展，但它们在桃树响应连作逆境上的研究甚少。因此作者以中桃砧1 号为研究对象，通过对处在连作土逆境中的桃树进行不同浓度的SA 和MT 喷施处理，进一步测定并分析相关生理生化指标，筛选出有利于桃树在环境胁迫中生长的最适浓度，为提高植物抗性以及合理施用外源SA 和MT 提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021 年在南京农业大学白马教学科研基地进行，供试材料为桃砧木品种中桃砧1 号。该品种遗传性状稳定，树体生长整齐健壮且幼树萌芽率、成枝率高。用于盆栽的连作土取于江苏省徐州市丰县老桃园，在桃树滴水线（树冠投影线）内外各30 cm 的圆周范围，从桃树东、南、西、北4 个角取土，取土深度为40 cm。SA 购于索莱宝生物公司，分子量138.12，纯度≥99.5%；MT 购于索莱宝生物公司，分子量232.28，纯度≥99.0%。

1.2 试验方法

于2021 年1 月将中桃砧1 号扦插幼苗栽植于连作土中，待植株萌芽成枝后，选择生长一致的植株，分为2 组，每组各15 株，置于同一环境下培养。分别喷施不同浓度的SA、MT，浓度梯度均为0、50、100、200、300 mg/L（0 mg/L 为清水对照，CK），将溶液均匀喷施在叶片表面，至叶片完全湿润[31]。每个处理设3 次重复，每间隔1 d 喷施1 次，共施用3 次。预处理完成2 d 后开始采样，时间为2021年5 月17 日、5 月28 日和6 月8 日，每株采集5片叶片，选择大小一致的成熟叶片摘取后混合，置于-80 ℃冰箱中保存备用。

使用直尺测量中桃砧1 号幼树株高，使用游标卡尺测量幼树茎粗，采用乙醇提取法测定叶片叶绿素含量[32]，用硫代巴比妥酸法测定丙二醛（MDA）含量[33]，用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性[34]，用氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性[35]，用过氧化氢还原法测定过氧化氢酶（CAT）活性[36]。

1.3 数据统计分析

采用Excel 2016 软件进行数据整理统计，使用SPSS 20.0 软件进行方差分析和显著性分析。

2 结果与分析

2.1 外源水杨酸、褪黑素处理对连作土逆境桃树生长量的影响

外源SA、MT 处理桃树生长量如表1、表2 所示。与CK 相比，外源SA、MT 处理桃树株高增量和茎粗增量均显著升高，且均呈现出随SA、MT 浓度的增加而先升高后降低的趋势。当SA 浓度为200 mg/L、MT 浓度为100 mg/L 时，桃树株高、茎粗的增量均最大，均极显著高于CK；但SA 浓度达到300 mg/L、MT 浓度达到200 mg/L 时，桃树株高、茎粗的增量下降。

表1 外源水杨酸处理对连作土逆境桃树株高、茎粗增量的影响

表2 外源褪黑素处理对连作土逆境桃树株高、茎粗增量的影响

2.2 外源水杨酸、褪黑素处理对连作土逆境桃树叶片叶绿素含量的影响

如表3、表4 所示，随着逆境胁迫时间延长，桃树叶片叶绿素含量整体呈降低趋势。外源SA、MT 处理桃树叶片叶绿素含量随SA、MT 浓度的增加均呈先升高后降低的趋势。当SA 浓度为200 mg/L、MT 浓度为100 mg/L 时，叶片叶绿素含量最高，均极显著高于CK；但当SA 浓度达到300 mg/L、MT 浓度达到200 mg/L 时，叶片叶绿素含量下降。

表3 外源水杨酸处理对连作土逆境桃树叶片叶绿素含量的影响

表4 外源褪黑素处理对连作土逆境桃树叶片叶绿素含量的影响

2.3 外源水杨酸、褪黑素处理对连作土逆境桃树叶片MDA 含量的影响

如表5、表6 所示，与CK 相比，外源SA、MT处理桃树叶片MDA 含量显著降低，且均呈现随SA、MT 浓度的增加而先降低后升高的趋势。当SA 浓度为200 mg/L、MT 浓度为100 mg/L 时，叶片MDA 含量均最低，与CK 相比均差异极显著；但当SA 浓度达到300 mg/L、MT 浓度达到200 mg/L 时，叶片MDA含量增加。

表5 外源水杨酸处理对连作土逆境桃树叶片MDA 含量的影响

表6 外源褪黑素处理对连作土逆境桃树叶片MDA 含量的影响

2.4 外源水杨酸、褪黑素处理对连作土逆境桃树叶片抗氧化酶活性的影响

2.4.1 外源水杨酸、褪黑素处理对连作土逆境桃树叶片POD 活性的影响

如表7、表8 所示，叶片POD 活性随SA、MT 浓度增加均呈先升高后降低的趋势，当SA 浓度为200 mg/L、MT 浓度为100 mg/L 时，叶片POD 活性最高，均极显著高于CK；但当SA 浓度达到300 mg/L、MT浓度达到200 mg/L 时，叶片POD 活性降低。

表7 外源水杨酸处理对连作土逆境桃树叶片POD 活性的影响

表8 外源褪黑素处理对连作土逆境桃树叶片POD 活性的影响

2.4.2 外源水杨酸、褪黑素处理对连作土逆境桃树叶片SOD 活性的影响

如表9、表10 所示，桃树叶片SOD 活性随SA、MT 浓度的增加均呈先升高后降低的趋势，当SA 浓度为200 mg/L、MT 浓度为100 mg/L 时，叶片SOD活性最高，均高于其他处理，差异极显著；但当SA浓度达到300 mg/L、MT 浓度达到200 mg/L 时，叶片SOD 活性降低。

表9 外源水杨酸处理对连作土逆境桃树叶片SOD 活性的影响

表10 外源褪黑素处理对连作土逆境桃树叶片SOD活性的影响

2.4.3 外源水杨酸、褪黑素处理对连作土逆境桃树叶片CAT 活性的影响

如表11、表12 所示，外源SA、MT 处理叶片CAT 活性随SA、MT 浓度的增加均呈先升高后降低的趋势，且所有外源SA、MT 处理的叶片CAT 活性基本高于CK。当SA 浓度为200 mg/L、MT 浓度为100 mg/L 时，叶片CAT 活性最高；但当SA 浓度达到300 mg/L、MT 浓度达到200 mg/L 时，叶片CAT活性下降。

3 讨论和结论

桃树连作障碍比较严重，但也可以通过多种生理生化过程缓解连作对自身的影响[37]，外源SA 和MT 是解决这一问题的途径之一。

植物的生长指标如株高、茎粗、根长、叶面积等可直观反映植株在连作逆境下的生长状态。大量研究表明，外源施加SA和MT能有效提高植物株高、茎粗等生长指标，促进植物生长发育，且不同植物对不同浓度SA 和MT 的表现不同。赵明香等[38]研究发现，SA 可显著促进重金属铬、锌胁迫下烟草的生长；宋子琪等[31]在使用SA 处理山椒子幼苗时发现，150 mg/L 的SA 溶液对山椒子幼苗的生长促进作用效果最佳；罗静静等[39]研究表明，低浓度的SA 对番茄幼苗期地上部物质积累及生长具有促进作用，反之起抑制作用；赵小红等[40]对低温胁迫下黄瓜幼苗进行MT 喷施处理发现，MT 能有效提高黄瓜幼苗的生长指标；李欠敏等[41]研究发现，低浓度MT 也能促进低温胁迫下大白菜幼苗的生长。本试验结果表明，株高、茎粗的增量随连作土逆境时间延长逐渐下降，外源SA、MT 处理桃幼树株高、茎粗增量随SA、MT 浓度的增加而呈现先增加后减少的趋势，且在SA 浓度为200 mg/L、MT 浓度为100 mg/L 时，株高、茎粗的增量均最大，均极显著高于CK，且SA 和MT 浓度过高时，株高、茎粗的增量降低，与前人研究结果一致。

叶片叶绿素含量会直接影响绿色植物的光合作用效率，从而间接影响植物生长发育以及代谢功能[42-43]。前人研究发现，50 mg/L SA 处理铅胁迫下的绿豆幼苗能有效缓解幼苗叶绿素含量的降低[44]。Gu等[45]研究发现，SA 处理镉胁迫下的睡莲，能显著提高睡莲叶绿素含量，增强光合作用。韩淑梅等[46]对镉胁迫下孔雀草的生理特性也有研究，并发现SA能诱导孔雀草叶绿素含量的增加。此外，在逆境胁迫下，外源MT 处理同样能显著提高叶绿素含量，缓解逆境伤害。史中飞等[47]研究表明，100 μmol/L外源MT 预处理可显著增加油菜幼苗的叶绿素含量。包宇等[48]发现，MT 同样可提高低温胁迫下番茄幼苗体内叶绿素含量。在本试验中，叶绿素含量随连作土逆境时间延长呈下降趋势，外源SA、MT 处理叶片叶绿素含量随SA、MT 浓度的增加而呈现先升高后降低的趋势，且在SA 浓度为200 mg/L、MT浓度为100 mg/L 时，叶片叶绿素含量最高且极显著高于CK；但SA、MT 浓度分别达到300、200 mg/L时，叶片叶绿素含量降低。

植物在逆境中体内会大量积累活性氧（ROS），而SA 和MT 会诱导植物通过提高抗氧化酶（POD、SOD、CAT）活性、清除ROS 来维持抗氧化酶系统稳定的方式缓解逆境伤害。前人研究表明，当植物遭受环境胁迫时，外施SA 能诱导植物减少叶片MDA 含量，提高POD、SOD、CAT 活性，从而提高植株抗性，缓解逆境伤害[49]。干旱胁迫下，SA 使油松幼树叶片内的SOD、CAT 等酶活性显著提高，进而提高植株抗旱性[50]；在高盐胁迫下，喷施适宜质量浓度的SA，苜蓿幼树SOD 等抗氧化酶活性显著上升，因此SA 能够调控保护酶活性系统，缓解盐胁迫对苜蓿的伤害[51]。MT 被认证为活性氧自由基清除剂[52]或抗氧化剂[53]，可有效清除植物体内大量积累的有害物质H2O2[54]。有研究表明，对在高盐胁迫中的湖北海棠施加外源MT 能提高抗氧化酶活性，减轻过氧化伤害[55]。外源MT 可提高大豆耐盐性，增强大豆苗的抗氧化能力[56-57]。另外，MT 能促进黄瓜种子在高盐下的萌发，提高种子保护酶活性，加速赤霉素的合成和脱落酸的分解，以提高种子抗逆性[58-59]。本试验中，喷施外源SA 和MT 于桃幼树叶片，能显著提高POD、SOD、CAT 活性，且抗氧化酶活性随SA、MT 浓度的增加表现为先升高后降低。当SA 浓度为200 mg/L、MT 浓度为100 mg/L 时，抗氧化酶活性最强，处理效果最佳；但SA、MT 浓度分别达到300 mg/L、200 mg/L 时，抗氧化酶活性降低。桃树叶片MDA 含量随着胁迫时间延长而增加，外源SA、MT 处理后，叶片MDA 含量下降，且当SA 浓度为200 mg/L、MT 浓度为100 mg/L 时，含量最低；但SA、MT 浓度过高，MDA 含量增加。

从整体趋势看，随着SA、MT 浓度增加，桃树株高增量、茎粗增量、叶片叶绿素含量和抗氧化酶活性增加，叶片MDA 含量减少，且当SA 浓度为200 mg/L、MT 浓度为100 mg/L 时，前4 个指标均极显著高于CK，叶片MDA 含量极显著低于CK；但当SA、MT 浓度分别达到300、200 mg/L 时，前4个指标下降，叶片MDA 含量上升。总而言之，SA和MT 能提高植物免疫力，促进植物生长发育，缓解过氧化程度，提高植物抗逆性。SA、MT 浓度对桃幼树抗逆性表现出低浓度促进、高浓度抑制的行为，且外源SA、MT 处理缓解桃树连作逆境伤害的最佳浓度分别为200、100 mg/L。