盐胁迫对两种海棠生长和内源激素的影响

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（南京林业大学 a.南方现代林业协同创新中心；b.生物与环境学院；c.林学院，江苏 南京 210037）

盐渍土壤溶液中较高浓度Na+导致的高渗离子条件，阻碍了植物对土壤水分和养分的吸收[1]，且在植物生命周期中的各个发育阶段几乎都有不利影响[2]。据统计，我国的各类盐渍土总面积约有35 万 km2，约占可耕地总面积的25%[3]。利用耐盐植物进行治盐的生物学方法具有成本较低、副作用相对较小、改良效果持久等优点[4]，这已成为改良盐渍土的重要途径。因此，耐盐植物的筛选及其耐盐性的研究，对于改良盐渍土，增加可利用耕地面积均有重要意义。在盐胁迫的不利环境中，植物在长期适应过程中形成了不同策略，将外源盐分胁迫信号与内源发育信号相结合，以优化生长和胁迫反应的平衡[2]。越来越多的证据证明，植物激素除了在正常条件下控制植物的生长发育外，还介导包括盐胁迫在内的各种环境胁迫的响应，从而调节植物的生长适应过程[5]。

山荆子Malus baccata（L.）Borkh.和湖北海棠M.hupehensis（Pamp.）Rehd.同为蔷薇科苹果属小乔木，分布广泛[6-7]，均为我国本土非常重要的苹果属观赏植物资源，也都是苹果栽培中常用的优良砧木[8-9]。苹果作为我国北方产量最高的水果，盐胁迫是限制其栽培产量的主要因素[11]。另外，城市绿化的观赏树种往往面临着干旱及土壤富盐化的生长环境。有关山荆子及湖北海棠的抗旱及淹水胁迫的研究已有报道[9-10]，而有关盐胁迫下两种海棠内源激素变化及其生长情况的研究却未见报道。为给耐盐性海棠品种和耐盐苹果砧木的筛选提供科学依据，本研究以湖北海棠和山荆子为材料，研究在不同盐浓度处理下其生长指标和内源激素含量的变化情况，对其生长指标与内源激素之间的相关性进行了分析，探讨了两种海棠对盐胁迫的生长反应及其对激素响应机理的差异。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验设计

试验在南京林业大学园林温室内进行，供试材料为湖北海棠和山荆子1年生实生苗。将根系完整、生长健壮且形态基本一致的植株定植于口径为20 cm、高为28 cm 的无纺布盆中，每盆2 株，并于盆下放置口径为30 cm 的托盘。栽培所用基质为当地田间黄土、林下泥炭土和珍珠岩的混合物，其比例为4∶1∶1。

将供试植株移入温室大棚后，试验设置两个区组，将每个区组的植株随机分成4 份，分别按照0‰、1‰、3‰、5‰的盐浓度进行盐胁迫处理。以0‰的盐浓度处理组为对照（CK）组，每区组每种盐浓度各处理20 株苗木，共计160 株苗木。为防止植物出现烧苗现象，将2 L 相应浓度的盐溶液平均分为4 份，每天用针管将500 mL 的盐溶液缓缓注入每盆植株的土壤里，连续4 d 注入盐溶液，以保证盐分在土壤中均匀分布。

整个试验过程中通过称重法计算水分亏缺量，使土壤水分含量维持为田间最大持水量的75%，且每次浇水时将冲洗托盘的水倒入花盆防止盐分流失。处理期间对供试植株进行日常管理以确保其正常生长，并分别在胁迫后的第1、10、20、30天取叶片进行内源激素的测定，在胁迫后的第30天即胁迫结束后测量各项生长指标。

1.2 测定指标与测定方法

1.2.1 生长指标的测定

将待测植株编号，在胁迫第30 天结束后，使用卷尺和游标卡尺测量植株的苗高和地径，每处理各测定10 株；在各处理中随机选取长势中等的苗木，用去离子水洗净并吸干水分，将其根、茎、叶分开后分别称重，于105 ℃杀青30 min 后，于80 ℃烘干至恒重后再称重，最后计算总生物量、根冠比及叶片的相对含水量，每处理各测定8 株。

1.2.2 叶片中内源激素的测定

采用植物激素酶联免疫吸附法（ELISA）[11]测定叶片中吲哚乙酸（IAA）、赤霉素（GA）、脱落酸（ABA）、玉米素核苷（ZR）等种激素的含量，所用试剂盒和激素提取及含量测定方法均由中国农业大学提供。每个样品各重复测定3 次。

1.3 数据处理和分析

利用Microsoft Excel 2016 和SPSS 21.0 软件进行数据整理与分析，使用单因素方差分析（ANOVA法）和最小显著差异法（LSD）对不同处理的测定结果进行多重比较，并采用Pearson 法对各生长指标和叶片中内源激素间的相关性进行分析，最后运用Origin Pro 2018 软件进行绘图。图表中所有的数据均为（平均值±标准差）。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对两种海棠幼苗苗高、地径和总生物量的影响

在不同盐浓度处理下，两种海棠的生长状况受到影响的程度不同，观测结果见表1。表1表明，盐胁迫对湖北海棠幼苗的总生物量有一定的抑制作用，3 种盐浓度处理下仅有盐浓度分别为3‰、5‰的处理组与对照间的差异显著（P＜0.05），其总生物量比对照分别降低了17.13%、30.0%。盐胁迫对湖北海棠的苗高和地径的抑制作用略小，仅有盐浓度为5‰的处理与对照间的差异显著（P＜0.05）。

表1 盐胁迫对两种海棠幼苗苗高、地径和总生物量的影响†Table 1 Changes of height, ground diameter and total biomass of M.hupehensis and M.baccata under salt stress

山荆子幼苗在盐胁迫下的总生物量受到的抑制作用更加明显，盐浓度分别为1‰、3‰、5‰的3 组处理与对照间均呈显著差异（P＜0.05），土壤中的盐浓度越高，幼苗受到的抑制作用越明显，尤其在盐浓度为5‰的处理下其生物量比对照降低了39.15%。与湖北海棠相比，盐胁迫对山荆子苗高和地径的抑制作用均较明显，当盐浓度分别为3‰、5‰时，其苗高和地径与对照间的差异均显著（P＜0.05）。

总体来看，盐胁迫影响了两种海棠苗高、地径和总生物量的增加，且盐浓度越大抑制作用越明显。测定结果表明，盐浓度分别为1‰、3‰、5‰的处理下湖北海棠生长量的降幅均小于山荆子。这一结果说明了两种海棠对于盐胁迫的耐受能力存在差异，而湖北海棠的耐盐性比山荆子的更强。

2.2 盐胁迫对两种海棠幼苗根冠比与叶片相对含水量的影响

不同盐浓度处理对两种海棠的根冠比与叶片含水量均产生了不同程度的影响，试验结果如图1所示。图1A 表明，随着盐浓度的增加两种海棠的根冠比均呈增加趋势，且湖北海棠的增幅大于山荆子。除对照外，盐浓度分别为1‰、3‰、5‰的3 组处理下两种海棠之间其根冠比的差异都显著（P＜0.05）。湖北海棠的根冠比，盐浓度分别为1‰、3‰、5‰的3 组处理与对照间均呈显著差异（P＜0.05）；而山荆子的根冠比，仅有盐浓度分别为3‰、5‰的2 组处理与对照间均呈显著差异（P＜0.05）。由图1B 可知，随着盐浓度的增加，两种海棠叶片的相对含水量均下降；湖北海棠的降幅小于山荆子，仅在盐浓度为5‰的处理下两种海棠之间的差异显著（P＜0.05），而两种海棠叶片的相对含水量仅在盐浓度分别为3‰、5‰的处理下与对照间均呈显著差异（P＜0.05）。

2.3 盐胁迫对两种海棠幼苗叶片内源激素含量的影响

植物通过调节体内内源激素的含量变化而调控盐胁迫后的生长发育活动。不同浓度的盐胁迫对两种海棠幼苗叶片中吲哚乙酸（IAA）、赤霉素（GA）、脱落酸（ABA）、玉米素核苷（ZR）这4 种内源激素含量的影响情况如图2所示。图2表明，不同浓度的盐胁迫下两种海棠叶片中的ABA含量均明显高于对照，随着盐浓度和胁迫天数的增加，叶片中的ABA 含量不断升高，当胁迫第30天时，在盐浓度为5‰的处理下，湖北海棠与山荆子叶片中的ABA 含量分别升高为对照的2.20、1.97倍；各个盐浓度处理下叶片中ABA 含量的总体上升幅度，山荆子高于湖北海棠；当盐浓度为1‰时，湖北海棠稍高于对照，而在盐胁迫后期，山荆子也明显高于对照。从图2中可以看出，随着盐浓度和处理天数的增加，两种海棠叶片中的IAA 含量均呈下降趋势，且湖北海棠的降幅大于山荆子的降幅，至胁迫第30 天时，盐浓度为5‰处理的IAA 含量降到最低，湖北海棠与山荆子叶片中的IAA 含量分别为对照的71.28%和75.96%。从图2中还可看出，两种海棠叶片中的GA 含量随着盐胁迫时间的增加，总体上均呈先上升后降低的变化趋势；当盐胁迫第10 天时，在盐浓度分别为3‰、5‰的处理下，湖北海棠叶片中的GA 含量均明显高于对照，且在盐浓度为5‰的处理下其含量达到峰值；当盐胁迫第30 天时，各个盐浓度胁迫下湖北海棠叶片中的GA 含量均高于其在盐胁迫第1 天的含量；山荆子叶片中的GA 含量，在盐胁迫第10 天时仅有盐浓度分别为1‰、3‰处理的稍高于对照；当盐胁迫第30 天时，各个盐浓度处理下山荆子的GA 含量均低于其在盐胁迫第1 天的含量。由图2可知，除对照外，在各个浓度的盐处理下，湖北海棠叶片中的ZR 含量均呈先上升后下降的变化趋势；在盐胁迫第10 天时，盐浓度分别为1‰、3‰处理的ZR 含量均在达到峰值后再下降；而盐胁迫第20 天时，盐浓度为5‰处理的含量在达到峰值后再下降。山荆子叶片中的ZR 含量总体呈下降趋势。

图1 盐胁迫对两种海棠幼苗根冠比与相对含水量的影响Fig.1 Effects of M.hupehensis and M.baccata seedlings on root-shoot ratio and relative water content under salt stress

2.4 盐胁迫下两种海棠幼苗叶片中(IAA+GA+ZR)/ABA 比值的变化

植物对盐胁迫的反应不是由单一激素的绝对含量决定的，而与各种激素的综合调节作用有关，李海洋等[12]研究发现，(IAA+GA+ZR)/ABA 比值可以反映生长抑制激素与生长促进激素间的平衡状态。不同浓度的盐胁迫对两种海棠幼苗叶片中(IAA+GA+ZR)/ABA 比值的影响情况如图3所示。图3表明，随着盐胁迫时间的延长，与对照相比，两种海棠幼苗在盐浓度分别为1‰、3‰、5‰的处理下其叶片中的(IAA+GA+ZR)/ABA 比值均明显下降，且其比值的下降幅度，山荆子大于湖北海棠；随着盐浓度的增加，其比值也逐渐下降。有关研究结果表明，一定浓度的玉米素（ZR）能促进植物细胞的分裂，而生长素（IAA）对植物的生长则有明显的促进作用，赤霉素对植物的逆境生长有一定的正向作用。(IAA+GA+ZR)/ABA 比值的下降反映了盐胁迫下ABA 含量的上升，这在一定程度上抑制了两种海棠的生长，而其抑制程度与盐浓度呈正比。这一结果与两种海棠生长指标在盐胁迫下的测定结果一致。

图2 盐胁迫对两种海棠幼苗叶片4 种内源激素含量的影响Fig.2 Variations of four endogenous hormones content of M.hupehensis and M.baccata under salt stress

图3 盐胁迫下两种海棠(IAA+GA+ZR) /ABA 比值的变化情况Fig.3 Changes of endogenous hormone ratio of M.hupehensis and M.baccata under salt stress

2.5 盐胁迫下两种海棠幼苗叶片内源激素与生长指标的相关性分析

盐胁迫下， 植物体内4 种激素含量和(IAA+GA+ZR)/ABA 比值共同调控植物的生长发育活动[11]。湖北海棠叶片中4 种激素含量及其比值与各生长指标间的相关系数见表2。表2表明，ABA 含量与苗高、地径间均呈显著负相关（P＜0.05），但与根冠比呈正相关，说明ABA 对湖北海棠地上部分的抑制作用导致了根冠比的增加；而IAA 含量与苗高、地径间呈显著（P＜0.05）或极显著正相关（P＜0.01）；(IAA+GA+ZR) /ABA比值与苗高、地径间均呈极显著正相关（P＜0.01），但与根冠比呈负相关。山荆子叶片中4 种激素含量及其比值与各生长指标间的相关系数见表3。由表3可知，ABA 含量与苗高、地径及总生物量间呈极显著（P＜0.01）或显著负相关（P＜0.05），但与根冠比呈正相关，表明ABA 对山荆子地上部分的抑制导致了根冠比的增加；而IAA 含量与苗高间呈极显著正相关（P＜0.01）；(IAA+GA+ZR) /ABA 比值与苗高、地径间均呈极显著正相关（P＜0.01），但与根冠比呈显著负相关（P＜0.05）。相比单一激素，激素比值能更好地反映出两种海棠的生长状态；除了其比值与根冠比呈极显著负相关之外，其比值与其余各项生长指标间呈显著或极显著正相关。

表2 湖北海棠叶片中4 种激素含量及其比值与各生长指标间的相关系数†Table 2 Correlation coefficients between four hormones and their ratios and growth indexes in leaves of M.hupehensis

表3 山荆子叶片中4 种激素含量及其比值与各生长指标间的相关系数Table 3 Correlation coefficients between four hormones and their ratios and growth indexes in leaves of M.baccata

3 讨 论

1）在高浓度的盐胁迫下，两种海棠的生长指标和生物量均受到了一定的抑制，而湖北海棠对盐胁迫的耐受力高于山荆子。

在生长过程中，植物对盐的胁迫最敏感，盐对植物生长的抑制作用是最直观、最显著的胁迫效应[13]，生长指标和生物量可以作为评估胁迫程度与植物耐盐能力的重要指标[14]。本研究结果表明：两种海棠对浓度为1‰的盐胁迫的耐受能力最强，其对浓度为3‰的盐胁迫的耐受能力次之，其对浓度为5‰的盐胁迫的耐受能力最弱，说明盐胁迫下两种海棠表现出“低促高抑”的特点，即在浓度为1‰的盐胁迫下，两种海棠的生长指标和生物量受到的影响都很小；而随着盐浓度的增加，两种海棠的苗高、地径和总生物量都呈持续下降趋势，表明盐浓度越高，盐胁迫对其生长的抑制作用越大，这与前人对两种海棠耐盐性的研究结果一致[15-16]。高浓度的盐胁迫导致了两种海棠的生长指标和生物量均显著降低，而其根冠比却显著增加，这与有关研究者对其他植物的相关研究结果一致[17-18]。根冠比的增加与植物在盐胁迫条件下各部分生物量的分配策略有关[19]：当土壤盐含量增加时，植物为适应盐胁迫而增强地下部分的生长，同时盐胁迫又抑制了地上部分的生长，这是根冠比增加的主要原因。生长指标和生物量均显著降低的原因可能是，在盐胁迫下，两种海棠的营养器官在不能正常维持原有生理活动的同时，还需要消耗更多的能量和水分来维持其抗逆反应，从而抑制了植株的生长。叶片相对含水量的显著下降，可能与叶片中大量积累钠离子导致的渗透势增加密切相关[20]。

2）盐胁迫下，两种海棠叶片中的ABA 持续增加，IAA、GA、ZR 含量总体均呈下降趋势。

在胁迫条件下，植物通过调节体内激素的含量变化来调控植物的代谢活动，使植物能够维持正常的生理机能[21]。ABA 作为最重要的胁迫反应激素之一，在防御盐胁迫环境过程中发挥着不可替代的作用[22]。研究结果表明，两种海棠在浓度分别为1‰、3‰、5‰的盐胁迫下叶片中的ABA含量都呈现出升高的趋势，并随着胁迫时间的延长其含量不断升高（图2），这与前人的研究结果一致[12,22]。在盐胁迫下，植物根系感受到了盐的胁迫，ABA 的合成量迅速增加，运输到叶片中的ABA 能够调节气孔的关闭，降低蒸腾速率，减少水分散失[23]，诱导多种盐胁迫相关基因（包括渗透调节物质合成相关基因、抗氧化物酶基因）的表达而促进渗透调节物质的积累，降低植物细胞的渗透势，并增强抗氧化系统活性，增强其对活性氧的清除能力[12,24]，从而减轻盐胁迫对植物地上部分的伤害，增强植物在逆境中的适应能力。湖北海棠在浓度为1‰的盐胁迫下叶片中的ABA含量缓慢上升的原因可能是，湖北海棠经过一系列的生理调控对低盐胁迫有了一定的适应能力，并且在高浓度的盐胁迫下，山荆子叶片内ABA 的增量大于湖北海棠。在相同盐浓度下山荆子叶片内ABA 的积累量大于湖北海棠，说明在相同的胁迫条件下，山荆子对非生物逆境的应激性反应大于湖北海棠。ABA 含量的变化与两种海棠在盐胁迫下的形态变化相吻合，在高浓度的盐胁迫下，山荆子叶片大量脱落，而湖北海棠脱落的叶片明显少于山荆子。这一研究结果说明，盐胁迫下抗盐性不同的植物幼苗其叶片中的ABA 对外源盐分胁迫信号存在不同程度的响应。

有关研究者普遍认为，IAA、GA 和ZR 均为植物生长促进型激素，在盐胁迫下生长促进型激素含量会减少[25]。本研究结果表明，两种海棠叶片中的IAA 含量随着盐浓度的增加和盐胁迫时间的延长均呈持续下降趋势（图2），这可能因为，在NaCl 处理下高浓度的Na+通过Na+/H+逆向转运蛋白，介导两种海棠根部细胞Na+的外排和H+的内向运输，打破了离子平衡，同时破坏了正常的胞外pH 环境，从而使IAA 的合成受到很大的抑制[21,26]；两种海棠叶片中的GA 含量均表现出先上升后下降的趋势（图2），盐胁迫下GA3能减小植物叶片的气孔阻力，提高蒸腾速率，有助于拮抗因ABA 的升高而对植物生长造成的抑制作用[27]，引起了GA 含量在胁迫初期的升高，但在提高植物蒸腾作用的同时，盐离子也会随着蒸腾流从根部向地上部分运输，增加对地上部分的离子毒害作用，导致了胁迫后期GA 含量下降[28]；山荆子叶片中的ZR 含量缓慢下降，胁迫后期低于对照（图2），湖北海棠叶片中的ZR 含量总体上呈现上升后下降的趋势，胁迫后期盐浓度分别为3‰、5‰处理的高于对照（图2），前人对于盐胁迫下ZR 含量变化的研究结果也不尽相同，其中长叶红砂Reaumuria trigyna[29]中的ZR 含量随着盐浓度的增加呈上升趋势，而杨树[26]、向日葵lianthus annuusL.[12]的ZR 含量变化趋势却相反，这可能因为不同植物对逆境反应的调控机制不同，对此仍需进一步研究。

总体来看，在盐胁迫条件下，两种海棠通过多种激素的相互协调，在促进ABA 的生成的同时抑制IAA、GA、ZR 的合成，从而综合调控植物的生长发育及其在盐胁迫后的生理生化反应。

3）盐胁迫下，两种海棠叶片中的(IAA+GA+ZR)/ABA 比值总体呈下降趋势。

盐胁迫下，激素对于植物的调控是一个复杂的动态过程，也是多种激素协同作用的结果，激素比值则可以更加充分地反映植物在盐胁迫下的内源激素水平[30]。研究结果表明，(IAA+GA+ZR)/ABA 可反映几种激素的平衡状态及内源激素对植物的综合调控[12]，结合生长指标进行相关性分析，结果表明，该比值越低表明植物受到抑制的程度越强。随着盐浓度的增加和胁迫时间的延长，两种海棠的(IAA+GA+ZR)/ABA 比值均逐渐下降（图3），这与李海洋等[12]的研究结果一致，表明对于不同外源盐胁迫信号，两种海棠激发了不同强度的内源发育信号，使植株生长受到不同程度的抑制以适应盐胁迫环境。山荆子叶片中(IAA+GA+ZR)/ABA 比值的下降幅度大于湖北海棠，说明山荆子受到抑制的程度更强，同时说明湖北海棠比山荆子表现出更高的耐盐性。生长指标与内源激素间的相关性分析结果表明，(IAA+GA+ZR)/ABA 比值与苗高、地径间均呈极显著正相关，但与根冠比呈显著负相关，表明植物在感受到外源盐胁迫信号后，结合内源发育信号来调节各内源激素的彼消此长，以优化生长和胁迫反应的平衡，使植株能适应外界盐胁迫环境[19]。

本研究分析了盐胁迫对两种海棠生长指标和内源激素含量的影响情况，但是，两种海棠对盐分胁迫不同耐受性的调节机制尚未明了，今后应从Na+受体蛋白、相关代谢通路及盐分调控基因等方面进行更为深入的研究，从而为筛选耐盐性海棠品种及耐盐苹果砧木提供更有力的科学依据。

4 结 论

与对照组相比，在浓度分别为1‰、3‰和5‰的盐胁迫下，两种海棠的生长指标和内源激素含量均受到不同程度的影响：1）两种海棠的苗高、地径、总生物量和叶片相对含水量均显著下降，且盐浓度越大其降幅越大，湖北海棠的降幅小于山荆子；两种海棠的根冠比均呈增加趋势，且湖北海棠的增幅大于山荆子。2）盐胁迫下，两种海棠叶片中的ABA 含量均不断升高，而其IAA、GA和ZR含量总体上均呈下降趋势，其(IAA+GA+ZR)/ABA 比值与对照相比也都明显下降，且山荆子的下降幅度大于湖北海棠；其(IAA+GA+ZR)/ABA比值与苗高、地径间均呈极显著正相关，而与根冠比呈显著负相关。综上所述，在高浓度的盐胁迫下，山荆子受到抑制的程度比湖北海棠更强，说明相比于山荆子，湖北海棠表现出更高的耐盐性，其可作为观赏植物品种和耐盐苹果砧木应用于盐渍地的栽培生产之中。