外源褪黑素对盐胁迫下金盏菊幼苗生长、光合及生理特性的影响

范海霞; 赵飒; 李静; 辛国奇

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2021.05.018

热带作物学报 >

2021 , Vol. 42 >Issue 5: 1326 - 1334

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2021.05.018

作物栽培与生理生化

外源褪黑素对盐胁迫下金盏菊幼苗生长、光合及生理特性的影响

范海霞 ¹ ,
赵飒 ¹ ,
李静 ² ,
辛国奇 ²

展开

1.许昌职业技术学院,河南许昌 461000
2.许昌市林业科学研究所,河南许昌 461000

范海霞（1970—）,女,硕士,副教授,研究方向：园林植物栽培及应用。

收稿日期: 2020-06-23

要求修回日期: 2020-07-26

网络出版日期: 2021-05-25

基金资助

许昌城市森林生态系统定位研究站平台支撑项目(豫林研[2010]270号)

版权

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Effects of Exogenous Melatonin on the Growth, Photosynthesis and Physiological Characteristics of Calendula officinalis Seedlings under Salt Stress

FAN Haixia ¹ ,
ZHAO Sa ¹ ,
LI Jing ² ,
XIN Guoqi ²

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1. Xuchang Vocational Technical College, Xuchang, Henan 461000, China
2. Xuchang Forestry Research Institute, Xuchang, Henan 461000, China

Received date: 2020-06-23

Request revised date: 2020-07-26

Online published: 2021-05-25

Copyright

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摘要

为探讨褪黑素（melatonine,MT）对盐胁迫下金盏菊幼苗生理机制的影响,采用盆栽砂培法研究不同浓度外源褪黑素（0、50、100、200 μmol/L MT）对不同程度盐胁迫（0、100、200 mmol/L NaCl）下金盏菊幼苗生长、光合作用及生理特性的影响。结果表明,100、200 mmol/L NaCl胁迫严重限制了金盏菊幼苗的生长,叶绿素含量、光化学荧光效率及光合作用强度降低,MDA、H₂O₂含量升高加剧了脂质过氧化程度,诱导POD酶活性升高的氧化应激反应及脯氨酸含量增加。经外源褪黑素处理能有效缓解盐胁迫对金盏菊幼苗的伤害,其中100 μmol/L MT处理下株高、茎围、地上部和根系干重较对照分别平均提高了17.35%、17.64%、32.14%和19.83%;叶绿素含量和F_v/F_m增幅分别达71.96%和4.13%,光合作用参数P_n、G_s和T_r平均分别提高了88.74%、97.21%和58.88%,而C_i降幅达18.07%;MDA和H₂O₂含量降幅达33.77%和64.29%,POD、CAT酶活性及可溶性蛋白、脯氨酸含量平均分别提高了118.02%、67.29%、55.47%和56.30%。盐胁迫条件下,MT处理能有效提高抗氧化酶活性及降低脂质过氧化水平,促进可溶性蛋白和脯氨酸积累,改善光合荧光特性,最终表现为促进金盏菊幼苗生长。

关键词： 褪黑素; 盐胁迫; 金盏菊幼苗; 光合作用; 生理特性

本文引用格式

范海霞 , 赵飒 , 李静 , 辛国奇 . 外源褪黑素对盐胁迫下金盏菊幼苗生长、光合及生理特性的影响[J]. 热带作物学报, 2021 , 42(5) : 1326 -1334 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.05.018

Abstract

To explore the effect of melatonine (MT) on the physiological mechanism of Calendula officinalis seedlings under salt stress, a pot-sand culture method was used to study different concentrations of exogenous melatonin (0, 50, 100, 200 μmol/L MT) effects on the growth, photosynthesis and physiological characteristics of C. officinalis seedlings under different levels of salt stress (0, 100, 200 mmol/L NaCl). The results showed that 100 and 200 mmol/L NaCl stress severely restricted the growth of C. officinalis seedlings, reduced chlorophyll content, photochemical fluorescence efficiency and photosynthesis intensity. The content of MDA and H₂O₂ increased, which intensified the degree of lipid peroxidation, induced POD enzyme activity and proline content increased. Treatment with exogenous melatonin could effectively alleviate the damage of salt stress to marigold seedlings. The plant height, stem circumference, shoot and root dry weight under 100 μmol/L MT treatment increased by 17.35%, 17.64%, 32.14% and 19.83%, respectively compared with the control. Chlorophyll content and F_v/F_m increased by 71.96% and 4.13%, respectively. The photosynthesis parameters P_n, G_s and T_r increased by 88.74%, 97.21% and 58.88%, respectively, while C_i decreased by 18.07%. The content of MDA and H₂O₂ reduced by 33.77% and 64.29%, POD, CAT enzyme activity, soluble protein, and proline content increased by 118.02%, 67.29%, 55.47% and 56.30%. Under salt stress conditions, MT treatment could effectively increase the activity of antioxidant enzymes and reduce the level of lipid peroxidation, promote the accumulation of soluble protein and proline, improve photosynthetic fluorescence characteristics, and ultimately promote the growth of C. officinalis seedlings.

Key words： melatonine; salt stress; Calendula officinalis seedlings; photosynthesis; physiological characteristics

土壤盐渍化是限制干旱及半干旱地区作物生长的重要因素之一。随着全球气候变化加剧,土壤盐渍化治理及作物耐盐碱性研究日益成为我国生态环境治理及作物生产力提高的研究热点^[1,2]。盐胁迫条件下,植物内部组织细胞过氧化氢（hydrogen peroxide,H₂O₂）、单线态氧（singlet oxygen,1O₂）、羟基自由基（hydroxyl radical,OH^-）等过氧化产物浓度增加,破坏植物细胞脂质和核酸分子,影响植物光合生理代谢,抑制植物生长^[3,4]。植物为了适应盐胁迫条件,形成了自身独特的生理调节机制,其中抗氧化酶系统和渗透调节就是植物本身为适应环境而形成的重要生理机能。植物依赖以过氧化氢酶（catalase,CAT）和过氧化物酶（peroxidase,POD）等抗氧化酶为代表的抗氧化酶系统缓解盐胁迫造成的植物细胞内活性氧（reactive oxygen species,ROS）等高反应活性的自由基过度积累^[5,6]。盐胁迫环境下,植物细胞内新陈代谢过程被诱导改变,植物自身通过提高并积累脯氨酸、可溶性蛋白等渗透调节物质以促进植物细胞对水分的摄取能力,从而应对盐胁迫影响^[7]。

褪黑激素（melatonine,MT）,又名N-乙酰基-5-甲氧基色胺,是一种重要的外源性植物生长调节剂,在植物种子生根发芽、营养和生殖生长等关键生长发育过程中发挥重要作用^[8,9]。研究表明,褪黑素是一种较小的两亲化合物,通过进入细胞内细胞核和线粒体,参与调节植物生长和抗逆性,褪黑素在提高植物对盐碱、干旱、重金属、高温、紫外线辐射等多种胁迫的抵抗能力方面发挥显著作用^[10,11,12]。研究表明,外源褪黑素能够缓解干旱胁迫引起的苹果叶片衰老,并且有效改善光合作用^[13]。外源褪黑素发挥缓解植物非生物胁迫作用可能与抗氧化酶活性的增强有关。Liu等^[14]研究表明,外源褪黑素处理显著增强了胁迫条件下番茄幼苗的光合作用和抗氧化能力。在拟南芥上的研究发现,外源褪黑素通过增加抗氧化酶基因表达和抗氧化酶活性,以缓解盐胁迫造成的氧化损伤^[15]。

金盏菊（Calendula officinalis）属菊科金盏菊属植物,是早春园林和城市中最常见的草本花卉之一。目前关于金盏菊的研究多集中在栽培技术^[16]、施肥管理^[17]、病虫害防治^[18]和药用价值^[19]等方面,而在金盏菊的耐盐及外源调控耐盐性方面鲜有报道。鉴于此,本研究以金盏菊幼苗为材料,研究外源褪黑素对不同程度盐胁迫下金盏菊幼苗生长、光合作用和生理特性的影响,探讨褪黑素提高金盏菊幼苗耐盐性的适宜浓度及生理机制,以期为金盏菊品种选育及土壤盐渍化区域合理应用与栽培推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用金盏菊（Calendula officinalis）种子由许昌市林业科学研究所提供,品种为卡布劳纳（kablouna）。试验于2019年8月在许昌职业技术学院内进行。挑选优质饱满种子,消毒浸种后播种于石英砂穴盘中。金盏菊种子播种后于温室中栽培管理,待幼苗生长至四叶一心时期,移植于营养钵中培育,每钵1株。期间浇灌1/2霍格兰营养液,培养条件设置为昼（14 h/30 ℃）、夜（10 h/20 ℃）,光照强度约1 200~1 500 μmol/m²·s,相对湿度50%~65%。待幼苗生长至六叶一心时,开始试验处理。

试验设置3级盐胁迫程度分组,分别浇灌含有0、100、200 mmol/L NaCl的霍格兰营养液。处理前期,盐胁迫程度以50 mmol/L每天递增,直至到预定浓度,然后每天按预定浓度浇灌一次,处理液浇灌量为持水量的3倍,约2/3的溶液流出,从而将以前的积余盐冲洗掉,以保持NaCl浓度恒定。在每级盐胁迫分组,喷施4个浓度（0、50、100、200 μmol/L）褪黑素溶液处理金盏菊幼苗,从第一次开始每隔5 d喷施一次,以叶面湿露不滴水为准。试验共12个处理,每个处理重复3次,每个重复15株幼苗。处理21 d后取样测定金盏菊幼苗生长参数,取不同处理金盏菊幼苗中部功能叶片进行生理指标的测定。

1.2 方法

1.2.1 生长指标测定幼苗用蒸馏水冲洗干净,用直尺和游标卡尺测定幼苗的株高和茎围。将地上部和根系分开,置于105 ℃下杀青30 min,后在80 ℃洁净烘箱烘干至恒重,使用精密天平称量其干物质量。根冠比=根系干重/地上部干重。

1.2.2 叶片光合荧光指标测定采用95%乙醇提取测定叶片叶绿素a和叶绿素b含量,总叶绿素=叶绿素a+叶绿素b^[20]。使用便携式荧光测定仪（PAM- 2100,德国Walz）测定叶绿素荧光PSⅡ最大光化学效率（F_v/F_m）。使用便携式光合测定系统（LI-6400XT,美国LI-COR）测定叶片净光合速率（photosynthetic,P_n）、气孔导度（stomatal conductance,G_s）、蒸腾速率（transpiration rate,T_r）和胞间CO₂浓度（intercellular CO₂ concentration,C_i）等光合作用参数。

1.2.3 叶片生理指标测定参照李合生等^[21]的方法,采用硫代巴比妥酸法（thiobarbituric acid,TBA）测定丙二醛（malondialdehyde,MDA）含量;参照林植芳等^[22]的方法,测定叶片过氧化氢（H₂O₂）含量;参照王学奎等^[20]的方法,采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性。采用紫外吸收法测定过氧化氢酶（CAT）活性;可溶性蛋白的含量采用考马斯亮蓝G-250染色法进行测定;脯氨酸的含量采用酸性茚三酮法进行测定。

1.3 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 21.0软件进行数据统计分析,采用Origin 9.0进行分析绘图,对平均值用Duncan’s新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对幼苗生长参数的影响

不同处理对盐胁迫下金盏菊幼苗生长参数的影响如表1所示。在没有施用外源褪黑素处理中,金盏菊幼苗株高、茎围、地上部干重和根系干重表现出随盐胁迫水平的升高而逐渐降低的趋势,而根冠比有所升高,特别是200 mmol/L盐胁迫处理下金盏菊幼苗株高、茎围、地上部干重和根系干重较0 mmol/L盐胁迫处理分别降低了14.31%、7.28%、22.79%和17.95%,而根冠比增加了8.42%,说明盐胁迫限制了金盏菊幼苗的正常生长。在不同程度盐胁迫处理下,施用不同浓度外源褪黑素处理均能促进金盏菊幼苗生长,具体表现为100 μmol/L MT>50 μmol/L MT>200 μmol/L MT。与0 μmol/L MT处理相比,100 μmol/L MT处理下金盏菊幼苗在不同程度盐胁迫处理下株高、茎围、地上部干重和根系干重平均分别提高了17.35%、17.64%、32.14%和19.83%,而根冠比平均降低了23.34%,且两褪黑素浓度处理在不同盐胁迫水平下差异均显著（P<0.05）。以上分析可以看出,盐胁迫严重抑制了金盏菊幼苗的生长,而通过外源施用不同浓度褪黑素处理能有效提高幼苗各项生长参数,其中以100 μmol/L MT处理对促进盐胁迫下金盏菊幼苗生长效果最好。

表1 不同处理对幼苗生长参数的影响

Tab. 1 Effects of different treatments on seedling growth parameters

NaCl浓度 NaCl concentration /(mmol·L^-1)	MT水平 MT levels /(μmol·L^-1)	株高 Plant height/cm	茎围 Stem diameter/cm	地上部干重 Shoot dry weight/g	根系干重 Root dry weight/g	根冠比 Root-shoot ratio
0	0	20.47±1.17^c	0.75±0.03^b	3.00±0.12^c	0.83±0.04^b	0.28±0.02^a
	50	23.85±1.10^ab	0.90±0.04^a	4.22±0.19^a	1.01±0.05^a	0.24±0.01^b
	100	24.40±0.90^a	0.93±0.03^a	4.42±0.21^a	1.07±0.07^a	0.23±0.01^b
	200	22.87±0.90^b	0.86±0.05^a	3.65±0.18^b	0.98±0.05^a	0.26±0.01^a
100	0	18.88±0.66^b	0.72±0.03^c	2.72±0.12^b	0.74±0.05^b	0.28±0.02^a
	50	21.38±1.30^a	0.82±0.04^ab	3.17±0.13^a	0.80±0.04^ab	0.26±0.02^ab
	100	22.37±0.79^a	0.87±0.04^a	3.40±0.16^a	0.87±0.05^a	0.23±0.02^b
	200	20.30±1.07^a	0.77±0.03^b	3.05±0.20^a	0.77±0.04^ab	0.27±0.01^ab
200	0	17.54±1.22^b	0.70±0.04^a	2.31±0.09^c	0.69±0.05^c	0.30±0.02^a
	50	18.73±0.86^ab	0.74±0.04^a	2.59±0.08^b	0.75±0.05^ab	0.27±0.01^b
	100	20.05±0.75^a	0.76±0.04^a	2.87±0.13^a	0.77±0.02^a	0.27±0.01^b
	200	18.30±0.75^ab	0.73±0.02^a	2.46±0.09^b	0.71±0.04^b	0.29±0.02^ab

	注: 同列中不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著。
	Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at P<0.05.

2.2 不同处理对幼苗叶绿素含量和荧光的影响

由图1可知,随着盐胁迫程度的提高,未施用外源褪黑素处理下金盏菊幼苗叶绿素含量及最大光化学效率F_v/F_m均呈现逐渐降低的趋势。与0 mmol/L盐胁迫处理相比,200 mmol/L盐胁迫处理下幼苗叶绿素含量及最大光化学效率F_v/F_m分别降低了50.21%和3.05%,说明盐胁迫造成金盏菊幼苗叶片光合色素含量及光化学荧光效率降低。在不同程度盐胁迫处理下,不同浓度外源褪黑素处理均能提高金盏菊幼苗叶片叶绿素含量及最大光化学效率F_v/F_m,与0 μmol/L MT处理相比,50 μmol/L MT、100 μmol/L MT及200 μmol/L MT处理下金盏菊幼苗叶绿素含量及最大光化学效率F_v/F_m平均分别提高了38.73%和3.26%、71.96%和4.13%、26.04%和1.98%。在不同浓度褪黑素处理之间,100 μmol/L MT处理在不同程度盐胁迫处理下金盏菊幼苗叶片叶绿素含量均显著高于50 μmol/L MT及200 μmol/L MT处理（P<0.05）,而在最大光化学效率F_v/F_m方面,200 mmol/L盐胁迫处理条件下100 μmol/L MT处理下金盏菊幼苗最大光化学效率F_v/F_m显著高于其他两褪黑素浓度处理（P<0.05）。从以上分析可以看出,盐胁迫导致金盏菊幼苗叶绿素及光化学荧光受损,通过施用不同浓度外源褪黑素能不同程度提高及改善金盏菊幼苗叶绿素含量及荧光,其中以100 μmol/L MT处理效果最佳。

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图1 不同处理对幼苗叶绿素含量和荧光的影响

不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著。

Fig. 1 Effects of different treatments on chlorophyll content and fluorescence of seedlings

Different lowercase letters indicate significant difference at P<0.05.

2.3 不同处理对幼苗光合参数的影响

不同处理对盐胁迫下金盏菊幼苗光合作用参数的影响如表2所示。随着盐胁迫水平的升高,在没有施用外源褪黑素处理中,金盏菊幼苗叶片P_n、G_s和T_r表现出逐渐降低的趋势,而胞间CO₂浓度C_i有所升高,其中200 mmol/L盐胁迫处理下金盏菊幼苗P_n、G_s和T_r较0 mmol/L盐胁迫处理分别降低了15.91%、18.55%和9.21%,而C_i增加了25.30%,说明盐胁迫下金盏菊幼苗叶片光合作用能力受到限制。在不同程度盐胁迫处理下,施用不同浓度外源褪黑素处理均能有效改善金盏菊幼苗叶片光合及CO₂同化能力,具体表现为100 μmol/L MT>50 μmol/L MT>200 μmol/L MT。与0 μmol/L MT处理相比,100 μmol/L MT处理下金盏菊幼苗在不同程度盐胁迫处理下P_n、G_s和T_r分别平均提高了88.74%、97.21%和58.88%,而C_i平均降低了18.07%,且两褪黑素浓度处理在不同盐胁迫水平下差异均显著（P<0.05）。在不同浓度褪黑素处理之间,100 mmol/L盐胁迫处理条件下100 μmol/L MT处理金盏菊幼苗叶片P_n、G_s和T_r亦显著高于50 μmol/L MT和200 μmol/L MT处理。以上分析可以看出,盐胁迫严重抑制了金盏菊幼苗叶片的光合作用能力,而通过外源施用不同浓度褪黑素处理能有效改善幼苗各项光合作用参数以提高光合作用强度,其中以100 μmol/L MT处理最好。

表2 不同处理对幼苗光合参数的影响

Tab. 2 Effects of different treatments on seedling photosynthetic parameters

NaCl浓度 NaCl concentration /(mmol·L^-1)	MT水平 MT levels /(μmol·L^-1)	净光合速率 Net photosynthetic rate/(μmol·m^-2·s^-1)	气孔导度 Stomatal conductance/(μmol·m^-2·s^-1)	蒸腾速率 Transpiration rate /(mmol·m^-2·s^-1)	胞间CO₂浓度 Intercellular CO₂ concentration/(μmol·mol^-1)
0	0	10.09±0.35^d	92.14±5.50^c	2.57±0.17^d	240.13±8.85^a
	50	17.32±0.61^b	12.71±5.49^b	4.36±0.15^b	220.74±8.52^ab
	100	20.58±0.81^a	152.86±7.28^a	5.31±0.31^a	208.57±10.73^b
	200	13.76±0.67^c	101.07±6.96^c	3.42±0.19^c	227.14±13.63^ab
100	0	9.63±0.30^d	87.68±2.67^c	2.31±0.08^d	264.29±15.88^a
	50	16.17±1.06^b	117.59±3.95^b	3.62±0.12^b	227.14±13.76^b
	100	18.81±0.68^a	140.80±7.49^a	4.61±0.29^a	217.14±10.83^b
	200	13.30±0.75^c	94.82±6.04^c	3.00±0.16^c	236.43±15.03^ab
200	0	8.49±0.49^c	83.66±5.49^b	2.09±0.09^d	300.71±14.72^a
	50	12.61±0.84^ab	114.02±7.84^a	3.15±0.20^b	249.29±14.08^c
	100	14.22±0.71^a	125.63±5.76^a	3.86±0.26^a	230.71±13.06^c
	200	11.58±0.45^b	91.25±4.80^b	2.44±0.09^c	277.86±9.59^b

	注: 同列中不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著。
	Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at P<0.05.

2.4 不同处理对幼苗MDA和H₂O₂含量的影响

由图2可知,随着盐胁迫程度的提高,未施用外源褪黑素处理下金盏菊幼苗MDA和H₂O₂含量均呈现逐渐升高的趋势。与0 mmol/L盐胁迫处理相比,100 mmol/L和200 mmol/L盐胁迫处理下幼苗MDA和H₂O₂含量分别升高了26.32%和47.89%、63.75%和132.68%,说明盐胁迫造成金盏菊幼苗叶片细胞过氧化程度增加。在不同程度盐胁迫处理下,不同浓度外源褪黑素处理均能降低金盏菊幼苗叶片MDA和H₂O₂含量,与0 μmol/L MT处理相比,50、100及200 μmol/L MT处理下金盏菊幼苗MDA和H₂O₂含量平均分别降低了27.83%和42.72%、33.77%和64.29%、12.01%和24.78%。在不同浓度褪黑素处理之间,0及200 mmol/L盐胁迫处理条件下100 μmol/L MT处理下金盏菊幼苗MDA含量显著低于其他两褪黑素浓度处理（P<0.05）,100 μmol/L MT处理在不同程度盐胁迫处理下金盏菊幼苗H₂O₂含量均显著低于50及200 μmol/L MT处理（P<0.05）。从以上分析可以看出,盐胁迫导致金盏菊幼苗叶片细胞脂质过氧化程度增加,通过施用不同浓度外源褪黑素能不同程度降低盐胁迫下细胞内MDA和H₂O₂含量以缓解细胞脂质过氧化对金盏菊幼苗的伤害,其中以100 μmol/L MT处理对降低盐胁迫下金盏菊幼苗MDA和H₂O₂含量效果最好。

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图2 不同处理对幼苗MDA和H₂O₂含量的影响

不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著。

Fig. 2 Effects of different treatments on MDA and H₂O₂ content in seedlings

Different lowercase letters indicate significant difference at P<0.05.

2.5 不同处理对幼苗POD和CAT酶活性的影响

由图3可知,在未施用外源褪黑素处理条件下,随着盐胁迫程度的提高,金盏菊幼苗POD酶活性逐渐降低,而CAT酶活性呈现先升高后降低的趋势。与0 mmol/L盐胁迫处理相比,100 mmol/L和200 mmol/L盐胁迫处理下幼苗POD酶活性分别降低了38.22%和60.19%,而CAT酶活性分别升高了24.39%和17.88%,说明盐胁迫对金盏菊幼苗造成胁迫伤害,同时金盏菊幼苗通过自身抗氧化酶系统调节抗氧化酶活性以协调过氧化的伤害。在不同程度盐胁迫处理下,不同浓度外源褪黑素处理均能提高金盏菊幼苗POD和CAT酶活性,与0 μmol/L MT处理相比,50 μmol/L MT、100 μmol/L MT及200 μmol/L MT处理下金盏菊幼苗POD和CAT酶活性平均分别提高了69.97%和36.93%、118.02%和67.29%、47.79%和28.43%。在不同浓度褪黑素处理之间,100 μmol/L MT处理在不同程度盐胁迫处理下金盏菊幼苗POD和CAT酶活性均显著高于50 μmol/L MT及200 μmol/L MT处理（P<0.05）。从以上分析可以看出,施用不同浓度外源褪黑素能不同程度提高金盏菊幼苗在盐胁迫下抗氧化酶活性,其中以100 μmol/L MT处理对提高盐胁迫下金盏菊幼苗POD和CAT酶活性效果最好。

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图3 不同处理对幼苗POD和CAT酶活性的影响

不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著。

Fig. 3 Effects of different treatments on POD and CAT enzyme activities in seedlings

Different lowercase letters indicate significant difference at P<0.05.

2.6 不同处理对幼苗可溶性蛋白和脯氨酸含量的影响

由图4可知,随着盐胁迫程度的提高,在未施用外源褪黑素处理条件下金盏菊幼苗可溶性蛋白含量逐渐降低,而脯氨酸含量逐渐升高。与0 mmol/L盐胁迫处理相比,100 mmol/L和200 mmol/L盐胁迫处理下幼苗可溶性蛋白含量分别降低了15.17%和24.83%,而脯氨酸含量分别升高了18.87%和109.08%。在不同程度盐胁迫处理下,不同浓度外源褪黑素处理均能提高金盏菊幼苗可溶性蛋白和脯氨酸含量,与0 μmol/L MT处理相比,50 μmol/L MT、100 μmol/L MT及200 μmol/L MT处理下金盏菊幼苗可溶性蛋白和脯氨酸含量分别平均提高了43.82%和29.39%、55.47%和56.30%、26.10%和11.79%。在不同浓度褪黑素处理之间,0 mmol/L盐胁迫处理条件下100 μmol/L MT处理金盏菊幼苗可溶性蛋白含量显著高于其他两褪黑素浓度处理（P<0.05）,100 mmol/L盐胁迫处理条件下100 μmol/L MT处理金盏菊幼苗可溶性蛋白含量显著高于200 μmol/L MT处理,而在200 mmol/L盐胁迫处理条件不同褪黑素浓度处理间差异不显著（P>0.05）。100 mmol/L及200 mmol/L盐胁迫处理条件下,100 μmol/L MT处理金盏菊幼苗脯氨酸含量显著高于其他两褪黑素浓度处理（P<0.05）。整体来看,以100 μmol/L MT处理对提高盐胁迫下金盏菊幼苗可溶性蛋白和脯氨酸含量效果最好。

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图4 不同处理对幼苗可溶性蛋白和脯氨酸含量的影响

不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著。

Fig. 4 Effects of different treatments on soluble protein and proline content in seedlings

Different lowercase letters indicate significant difference at P<0.05.

3 讨论

盐胁迫下植物生理生化代谢过程受到影响,植物通过主动或被动的形态调节可以提高对胁迫环境的适应性^[23]。本试验中,盐胁迫降低了金盏菊幼苗的株高、茎围、地上部干重和根系干重等形态指标,而根冠比有所提高,这与前人关于盐胁迫下金盏菊幼苗生长的研究结果相一致^[24]。外源施用不同浓度褪黑素能促进金盏菊幼苗生长,尤其是100 μmol/L褪黑素处理下对盐胁迫下金盏菊幼苗生长形态参数改善最为显著,这可能与褪黑素能够促进生长细胞分裂以及提高生长素、赤霉素等植物激素水平有关^[25]。据报道,褪黑素能够调节细胞壁延伸的物理过程以诱导植物根系生长,在胁迫环境中相对旺盛生长的根系吸水能力提高并促进了植株生长^[26]。另外,褪黑素对盐胁迫下金盏菊幼苗生长的促进作用可能与提高了叶片的光合作用效率有很大关系^[27],这在本试验中对金盏菊幼苗光合及荧光特性的研究中也得到了验证（图1和表2）。

植物叶绿素含量及光合荧光特性是反映光合作用进程及有机物质转化积累的重要参数。在盐胁迫条件下,叶绿素合成受阻以及酶促作用导致分解加快,导致植物叶片叶绿素含量降低以致影响光合作用的正常进行^[28]。研究表明,应用外源褪黑素处理可能抑制盐胁迫造成的叶绿素降解酶活性的增强,或者促进参与叶绿素生物合成的δ氨基乙酰丙酸和原叶绿素酸酯还原酶复合体的合成,从而提高了植物叶片叶绿素含量^[29]。本试验中,金盏菊幼苗叶片最大光化学效率F_v/F_m随盐胁迫程度的增加而降低,而外源褪黑素的施用明显增加了叶片光化学效率（图1B）,且以100 μmol/L褪黑素处理效果最好。盐胁迫条件下金盏菊幼苗叶片F_v/F_m的降低表明PSⅡ中Q_A到Q_B的电子迁移受到抑制,实际光能转换效率大大降低^[30]。本试验中,外源施用褪黑素下金盏菊幼苗F_v/F_m有所提高,说明褪黑素处理有助于维持较高的荧光电子传递效率及缓解PSⅡ反应中心被破坏程度,提高盐胁迫条件下PSⅡ光化学效率来提高叶片光合能力,这与前人的研究结果一致^[31]。

本试验中,盐胁迫造成金盏菊幼苗叶片P_n、T_r和G_s降低,而C_i升高（表2）,说明盐胁迫导致光合作用生理过程紊乱。研究表明,盐胁迫下细胞过氧化破坏了叶绿体亚显微结构,使光化学过程中电子传递受阻,影响类囊体蛋白质合成和参与卡尔文循环的相关酶活性,最终导致植物叶片气孔导度降低、CO₂同化缓慢、叶片蒸腾速率和光合速率下降等问题^[32]。施用不同浓度褪黑素,盐胁迫下金盏菊幼苗光合作用参数明显改善,这可能是由于叶片光合色素含量增加,同时植株根系旺盛生长的同时促进了地上部茎叶的生长,光合作用性能得到改善^[33]。也有报道指出,褪黑素可作为抗氧化剂介入植物对干旱胁迫引起的过氧化防御体系,保护叶绿体和光合作用机构,提高光合作用能力^[34]。

盐胁迫下植物生成过量活性氧自由基,损伤细胞质膜并破坏正常的生理生化代谢,同时植物通过抗氧化酶防御系统等机制应对过氧化胁迫^[35]。丙二醛（MDA）是表征细胞膜脂质过氧化的重要指标,H₂O₂含量亦是常用来判断细胞过氧化程度的重要指标^[36]。本实验中,金盏菊幼苗叶片MDA和H₂O₂含量随盐胁迫程度的增加而提高,说明胁迫下脂质过氧化严重破坏了细胞膜的完整性和稳定性。经外源褪黑素处理,MDA和H₂O₂含量由不同程度降低,100 μmol/L褪黑素处理下含量最低,表明褪黑素可以作为抗氧化剂,遏制盐胁迫导致的过量自由基积累对细胞的毒性作用^[37]。本实验中,盐胁迫对金盏菊幼苗造成胁迫伤害,同时金盏菊幼苗通过自身抗氧化酶系统调节CAT和POD抗氧化酶活性以协调过氧化的伤害（图3）。通过外源施用褪黑素能够介导调节牡丹幼苗叶片抗氧化酶活性,其中以100 μmol/L 褪黑素处理下对提高盐胁迫下金盏菊幼苗POD和CAT酶活性效果最好。研究发现,胁迫条件下植物MDA和H₂O₂含量的增加与POD和CAT等抗氧化酶活性的降低有很大关系,导致OH·无法得到有效清除,以致MDA和H₂O₂含量大量积累^[38]。因此,经外源褪黑素处理下金盏菊幼苗POD和CAT抗氧化酶活性显著提高,相应的叶片中MDA和H₂O₂含量降低,这在本试验中得到了验证（图2和图3）。

渗透调节是植物为了应对胁迫环境而进化的生理机制之一。研究发现,处于盐胁迫和水分胁迫中植物叶片普遍出现可溶性蛋白含量降低的情况^[39],这也与本试验得到的结果一致。本试验中金盏菊幼苗叶片可溶性蛋白含量随盐胁迫水平的增加而降低,通过外源施用褪黑素能显著增加蛋白质含量缓解盐胁迫对金盏菊幼苗的影响（图4A）。研究发现,盐胁迫下植物叶片可溶性蛋白减少可能与涉及到蛋白质合成的相关酶变性以及氨基酸含量降低有关,而褪黑素能够提高相关蛋白质代谢酶活性,从而促进可溶性蛋白合成^[35]。试验中发现,盐胁迫水平的提高会增加金盏菊幼苗叶片中脯氨酸含量,而通过外源施用褪黑素进一步提高了叶片中脯氨酸的积累（图4B）,这与前人的研究结果有一致的表现^[40,41]。本试验中经外源褪黑素处理叶片渗透调节物质含量提高表明,经外源褪黑素处理的牡丹幼苗具有较高的渗透调节能力,缓解干旱胁迫造成的伤害。

综上所述,盐胁迫严重抑制了金盏菊幼苗的生长,施用外源褪黑素能有效促进金盏菊幼苗对盐胁迫的适应性,且以100 μmol/L褪黑素处理效果最好。盐胁迫条件下,通过外源褪黑素处理能有效提高金盏菊幼苗叶片抗氧化酶活性及降低脂质过氧化水平,促进可溶性蛋白和脯氨酸等渗透调节物质积累,同时保持较高的光合色素含量及改善光合荧光特性,最终表现为促进盐胁迫下金盏菊幼苗生长。

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原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

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