外源亚精胺对盐胁迫下甜瓜幼苗光合和超微结构的影响

薛淑媛， 朱世东， 李 雪， 刘云祥， 李雯雯

(安徽农业大学园艺学院，安徽 合肥 230036)

温室、大棚等园艺设施蔬菜栽培中，由于季节性或常年性覆盖，土壤长期得不到雨水的淋洗，使得盐分聚集，引起土壤次生盐渍化，影响蔬菜的生长。设施土壤盐分含量较高时，会对植株生长造成不良影响，如叶色加深，破坏渗透胁迫，抑制光合电子传递，加剧光抑制等［1-3］。光合作用为植物生长发育提供物质和能量，是植物生长发育的基础，盐胁迫限制植株的生长发育与盐胁迫降低植株的光合能力密切相关［4］。

多胺(Polyamine，PAs)是生物体代谢过程中产生的一类具有强烈生物活性的低分子量脂肪族含氮碱，广泛存在于一切植物细胞中，与植物的生长发育、性别分化、果实成熟、衰老以及响应逆境胁迫密切相关［5-7］。多胺不仅可以作为直接的胁迫保护物质，而且在胁迫信号转导中作为信号分子参与植物胁迫抗性机制的构建［8］，因其独特的分子结构而与逆境胁迫关系最为密切［9］。宋风斌等发现，外源多胺可以缓解自由基伤害，增强玉米的抗寒性［10］;姜惠丽等研究表明，外源腐胺(Put)、亚精胺(Spd)、精胺(Spm)可以不同程度地缓解盐胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制作用，缓解效果依次为Spd＞Spm＞Put［11］;盐胁迫下，外源多胺可以提高水稻抗氧化酶活性，增强水稻抗性［12］;增加玉米在渗透胁迫下叶片内蛋白含量［13］;减缓花生叶片衰老过程中的叶绿素及蛋白质含量的下降，并对冷胁迫造成的光合能力下降有明显的缓解作用［14］。因此施用外源多胺可减轻盐胁迫对蔬菜生产的危害，对实现蔬菜的高产稳产具有重要的理论价值和实践意义。但多胺对甜瓜作物的研究鲜见报道。本研究以黄金蜜为试材，对盐胁迫下甜瓜幼苗叶面喷施不同浓度的亚精胺，来确定不同浓度亚精胺对盐胁迫下甜瓜幼苗生长光合特性和超微结构的影响，旨在筛选出喷施亚精胺的最适浓度，为提高设施蔬菜作物的耐盐性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料生长

甜瓜(黄金蜜)种子用75%的酒精表面消毒15 s，45℃温水浸泡2 h后，在28℃培养箱中催芽，待芽长0.5 cm时播于装有专用育苗基质的72孔穴盘中育苗，挑选发芽整齐的种子播于装有基质(草炭∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1)的穴盘中。保持昼温24～28℃，夜温15～18℃。当幼苗长至3叶1心时，选取生长整齐一致的幼苗定植于营养钵中，放于安徽农业大学PC板温室中进行培养。每钵栽1株幼苗，隔7 d浇灌1次1/2Hoagland营养液。

1.2 试验处理

盐胁迫各处理是直接将NaCl溶液加入基质中，开始处理时NaCl浓度为25 mmol/L，每天浓度增加25 mmol/L，至第4 d终浓度为100 mmol/L。外源亚精胺配制10 mmol/L母液于4℃冰箱保存，使用时稀释到要求的浓度(0.1 mmol/L、0.5 mmol/L、1.0 mmol/L、2.0 mmol/L)，并于每天傍晚17∶00用小型喷雾器进行叶面、叶背均匀喷洒，以药液附于叶面但不下滴为准。同时对照喷施等量蒸馏水，所有喷施液均含体积分数为0.01% 的表面活性剂Tween-20。每个处理均设3次重复，以空白+NaCl为对照。首次喷施10 d后测量叶片光合和超微指标。选距生长点第2片完全展开叶进行测量。

1.3 测定方法

1.3.1 叶绿素含量 参照张宪政的方法［15］测定。

1.3.2 叶片的相对电导率 采用李合生的方法［16］测定。

1.3.3 光合参数 应用 LI-6400便携式光合仪测定叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、胞间 CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)等。叶室(2 cm×3 cm)内设定温度26℃，光照度为 600 μmol/(m2·s)。每个处理选3株，每株读数5次。

1.3.4 叶绿素荧光参数 用叶夹(2030-B)对叶片暗适应 30min后，打开测量光［＜0.5 μmol/(m2·s)］测定初始荧光(F0)，随后打开饱和脉冲光［8 000 μmol/(m2·s)，持续0.8 s］测定最大荧光(Fm)，计算最大光化学效率［Fv/Fm=(Fm－Fo)/Fm］。光化光［450 μmol/(m2·s)］照射30 min后，打开饱和脉冲光，测量光适应条件下最大荧光(Fm')，之后关闭光化光，远红外光被用作初始荧光猝灭(F0')的测定，稳态光化学猝灭系数qP和PSⅡ实际光化学效率φPSⅡ根据Genty等［17］描述的方法测定，非光化学猝灭系数NPQ参照Kramer等［18］描述的方法测定。

1.3.5 叶片超微结构 盐处理后10 d，在叶片中部主脉两侧切取大小1～2 cm2方小块，用4%戊二醛前固定，pH 7.2磷酸缓冲液冲洗，1%锇酸后固定，梯度乙醇脱水，环氧树脂包埋，后入45℃烤箱中，超薄切片机(LKB-NOVA型，瑞典产)切片，片厚70 nm，醋酸铀、柠檬酸铅双重染色，用日产JEM-1230型透射观察摄片、照相。

1.3.6 统计方法 采用 SAS软件 Duncan’s新复极差法进行多重比较及差异显著性分析。

2 结果

2.1 外源亚精胺对盐胁迫下甜瓜幼苗叶片相对电导率的影响

从图1可以看出，盐胁迫10 d后，喷施不同浓度外源亚精胺显著缓解了盐胁迫下甜瓜幼苗叶片的电解质渗透率的升高，且当亚精胺浓度低于1.0 mmol/L时，随着亚精胺浓度的逐步升高，缓解效果显著增强。0.1 mmol/L、0.5 mmol/L、1.0 mmol/L和2.0 mmol/L亚精胺处理的叶片相对电导率分别是对照的60.92%、50.66%、41.64%和44.48%。说明亚精胺处理具有缓解甜瓜幼苗在NaCl胁迫下质膜相对透性升高的作用，适宜浓度为1.0 mmol/L。

图1 外源亚精胺对盐胁迫下甜瓜幼苗叶片相对电导率的影响Fig.1 Effect of exogenous spermidine on relative conductivity in muskmelon seedlings leaves under NaCl stress

2.2 外源亚精胺对盐胁迫下甜瓜幼苗叶片光合色素的影响

从表1可以看出，处理后10 d，盐胁迫下叶面喷施不同浓度的亚精胺与盐胁迫相比可显著增加甜瓜叶片的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量。随着亚精胺浓度的增加，叶绿素a、叶绿素b与类胡萝卜素的变化趋势相同，先上升后下降;而叶绿素a/b的变化趋势相反，先下降后上升。当亚精胺浓度达1.0 mmol/L时，叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量最高，分别是对照的1.12倍、1.37倍、1.18倍，与对照差异达到显著水平;当亚精胺浓度达1.0 mmol/L时，叶绿素a/b最高，是对照的0.81倍，差异达到显著水平。说明NaCl胁迫下，通过外源添加亚精胺可提高甜瓜叶片叶绿素a、b含量和类胡萝卜素含量，从而保持了较高的光合作用能力，促进了甜瓜幼苗的生长。

表1 外源亚精胺对盐胁迫下甜瓜幼苗叶片光合色素含量的影响Table 1 Effect of exogenous spermidine on chlorophyll content in muskmelon seedling leaves under NaCl stress

2.3 外源亚精胺对盐胁迫下甜瓜幼苗叶片光合参数的影响

由图2、3、4可以看出，盐胁迫处理后10 d，外源添加亚精胺的甜瓜幼苗叶片光合参数与对照相比都达到显著水平。随着亚精胺浓度的增加，盐胁迫下甜瓜光合速率Pn与蒸腾速率Tr的变化趋势基本一致，先逐渐上升后下降。喷施亚精胺1.0 mmol/L时，Pn和Tr最高，与对照相比差异显著，分别为对照的1.80倍、1.24倍。

图2 外源亚精胺对盐胁迫下甜瓜幼苗净光合速率和蒸腾速率的影响Fig.2 Effect of spermidine spraying on net photosynthetic rate and transpiration rate of muskmelon seedling leaves under NaCl stress

Gs表现出先上升后下降的趋势，变化较缓慢，喷施亚精胺1.0 mmol/L时，Gs最高，为对照的1.67倍。Ci与Gs表现相反，呈先降低后升高的趋势，当亚精胺浓度为1.0 mmol/L时，Ci达到最低值，为对照的66.7%，与对照差异显著。说明外施亚精胺明显缓解了盐胁迫对叶片光合系统的伤害，能保持盐胁迫下甜瓜幼苗较高的光合能力。

2.4 外源亚精胺对盐胁迫下甜瓜幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

由表2可以看出，除亚精胺浓度为0.1 mmol/L时，盐胁迫下外源添加亚精胺处理的甜瓜幼苗叶片荧光参数Fv/Fm、Fv'/Fm'与对照相比差异不显著。其他处理与对照都达到显著水平。盐胁迫下外源施加亚精胺后PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm、PSⅡ有效光化学效率Fv'/Fm'、PSⅡ潜在活性Fv/Fo的变化趋势是一致的，先上升后下降。在亚精胺浓度为1.0 mmol/L时，达到最高值。说明一定浓度的外源亚精胺可以提高盐胁迫下甜瓜叶片的PSⅡ潜在活性。

表2 外源亚精胺对盐胁迫下甜瓜幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响Table 2 Effect of spermidine spraying on chlorophyll fluorescence parameters in muskmelon seedling leaves under NaCl stress

外源亚精胺浓度低于1.0 mmol/L时，甜瓜幼苗φPSⅡ、qP值逐渐上升、NPQ下降，说明亚精胺处理可以加快盐胁迫下甜瓜叶片碳同化过程，促进QA到QB的电子传递。当亚精胺浓度高于1.0 mmol/L时，甜瓜幼苗叶片φPSⅡ、qP值缓慢下降、NPQ缓慢上升。在亚精胺浓度为1.0 mmol/L时，φPSⅡ、qP分别为对照的1.18倍、1.09倍、NPQ为对照处理的79.1%，与对照差异均达到显著水平。说明外源亚精胺有效缓解了盐胁迫对PSⅡ的破坏。

图3 外源亚精胺对盐胁迫下甜瓜幼苗叶片胞间CO2浓度的影响Fig.3 Effect of spermidine spraying on intercellular CO2concentration in muskmelon seedling leaves under NaCl stres

图4 外源亚精胺对盐胁迫下甜瓜幼苗叶片气孔导度的影响Fig.4 Effect of spermidine spraying on stomatal conductance of muskmelon seedlings leaves under NaCl stress

2.5 超微结构

由图5可以看出，NaCl浓度为100 mmol/L时，甜瓜幼苗叶片叶绿体质膜破损严重，叶绿体膜结构破裂，叶绿体膨胀，由原来的梭形变成近似圆形，基粒片层的垛叠结构解体，部分基粒溶解，基粒数目减少，基粒片层之间的连接出现断裂，膜周围类囊体结构松散杂乱，有部分叶绿体已经解体，说明叶绿体因NaCl胁迫受到严重损伤。喷施亚精胺1.0 mmol/L后，叶绿体数量明显增多，同时叶绿体膜较完整，叶绿体的形状呈纺锤形，在细胞内沿质膜排列，基粒片层整齐并通过间质片层互相连接，叶绿体片层结构得到了较好的保持，叶绿体类囊体排列有序，膜系统基本完整正常。这些结果说明，叶面喷施亚精胺1.0 mmol/L减轻了盐胁迫对甜瓜幼苗叶片叶绿体超微结构的伤害，叶绿体结构得到了较好的保持，维护 了膜系统结构的正常与完整，延缓了叶绿体的解体。

图5 外源亚精胺对盐胁迫下甜瓜幼苗叶片叶绿体超微结构的影响Fig.5 Effect of spermidine spraying on ultra structure of chloroplast in muskmelon seedling leaves under NaCl stress

3 讨论

叶片是植物进化过程中对环境变化比较敏感、可塑性较强的器官，叶片中叶绿体是感受盐胁迫最敏感的细胞器，叶绿体结构中的类囊体也叫光合膜，是植物进行光反应的主要场所，类囊体膜的完整性是决定植物光合作用能力的关键［19］。与对照相比，添加亚精胺显著降低了甜瓜幼苗叶片的相对电导率，缓解了NaCl造成的渗透胁迫。亚精胺处理通过促进净光合速率、气孔导度、CO2胞间浓度、最大光化学效率、PSⅡ潜在活性、PSⅡ量子产额、光化学猝灭qP，降低NPQ，缓解盐胁迫对植株PSⅡ的破坏，维持较高的PSⅡ光化学活性。另外，亚精胺有利于维护膜系统结构的稳定，缓解盐胁迫对叶绿体结构的破坏，从而保护光合系统，提高甜瓜光合特性。试验结果还表明，亚精胺在使用过程中存在明显的浓度效应，这与前人研究结果［20-22］一致，NaCl胁迫下施用1.0 mmol/L亚精胺缓解盐胁迫对甜瓜的伤害效果最好。

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