外源水杨酸对盐胁迫下云杉生理特性的影响

曹 芳

(山西省桑干河杨树丰产林实验局金沙滩林场， 山西 怀仁 038302)

云杉(Piceaasperata)是我国北方重要的常绿树种，也是重要的用材林、城市园林绿化及荒山绿化树种，目前在很多地区有十分广泛的应用[1]。云杉具有较强的适应性，也是山西省山区及城镇绿化中栽培较多的树种。山西省地处干旱半干旱地区，干燥少雨，不恰当的耕作方式和人类活动导致部分地区土壤次生盐渍化，严重影响了云杉育苗及造林工作[2]。因此，在云杉育苗过程中通过外源物质提高其抗盐性的研究，对培育优质云杉壮苗具有十分重要的现实意义。水杨酸(SA)是植物体内一种重要的内源激素，参与多种植物体代谢过程[3]，也是植物适应逆境胁迫的一种信号分子，对提高植物抗盐性有重要的作用[4-5]。已有研究表明，水杨酸调控植物耐盐性的机理主要表现在提高植物保护酶活性，降低膜脂过氧化作用，调控物质代谢以及信号物质之间的交互作用[6]，但是外源水杨酸对植物耐盐性的影响受植物种类、植物生长发育状况、盐胁迫程度等因素影响较大[7]。吕旭才等[8]研究认为，适宜浓度的外源水杨酸可以提高油菜植株内游离脯氨酸和可溶性蛋白含量，提高CAT活性，有利于降低油菜的盐胁迫效应；周娟等[9]研究认为，外源水杨酸降低了盐胁迫下豇豆幼苗MDA含量，提高了抗氧化酶活性，促进了幼苗生长及其形态构建；段辉国等[10]研究认为，适宜浓度的外源水杨酸可以降低盐胁迫下辣椒的MDA含量，提高其发芽率和抗盐性；杜红豆等[11]研究认为，喷施外源水杨酸可以降低植物MDA含量，提高游离脯氨酸含量和抗氧化酶活性。从前人的相关研究来看，关于外源水杨酸对云杉抗盐能力的研究鲜见报道。本研究通过分析外源水杨酸对盐胁迫下云杉苗生理特性的影响规律，揭示水杨酸对云杉抗盐效果的生理机制，为其育苗中降低盐碱危害提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年3—7月在山西省金沙滩林场苗圃防雨棚内进行。试验用云杉苗为2017年3月播种，2017年7月25日移栽至塑料栽植盆中的3年生实生苗。塑料栽植盆长×宽×高为20 cm×20 cm×35 cm，每盆装干土12 kg。移栽后对苗木进行常规养护，未出现旱涝灾害和病虫危害。2020年3月测定盆栽土壤的养分含量，其中碱解氮含量为23.65 mg·kg-1，P2O5含量为16.34 mg·kg-1，K2O含量为96.54 mg·kg-1，pH=7.46。将盐(NaCl)于2020年3月15日溶解于2 L水中，然后浇入各盐处理的盆栽土壤中。盐浓度为1 g·kg-1，其浓度以干土质量为计算依据。

1.2 试验设计

共设置5个处理，其中T1为对照，NaCl浓度为0 g·kg-1，SA浓度为0 mmol·L-1；T2为盐处理，NaCl浓度为1 g·kg-1，SA浓度为0 mmol·L-1；T3为盐+低浓度SA处理，NaCl浓度为1 g·kg-1，SA浓度为0.7 mmol·L-1；T4为盐+中浓度SA处理，NaCl浓度为1 g·kg-1，SA浓度为1.4 mmol·L-1；T5为盐+高浓度SA处理，NaCl浓度为1 g·kg-1，SA浓度为2.1 mmol·L-1。各SA处理自2020年4月1日开始，每隔15 d喷施SA 1次，喷施量为100 mL·株-1，连续喷施5次，喷施时保证叶片正反面均匀并喷至滴水为宜。各处理每天18:00用土壤水分测定仪测定土壤含水量1次，当土壤含水量降低至田间持水量的55%时浇水1次，每次浇水量为1000mL。每处理共15盆，各重复3次,共移栽225盆，随机区组排列。

1.3 取样及生理指标测定

分别于4月10日、4月25日、5月10日、5月25日、6月14日进行取样。每次每处理随机选取3盆苗木，每株苗木随机摘取12片针叶，然后迅速放入液氮中保存。将液氮保存的针叶带回实验室后剪碎混匀，然后进行各项生理指标的测定。其中叶片MDA含量测定采用硫代巴比妥酸法[12]；叶绿素含量测定采用浸提法[13]；可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法[12]；游离脯氨酸含量测定采用茚三酮比色法[12]；CAT活性测定采用紫外比色法[12]。每项生理指标测定6次，取平均值作为最终结果。

1.4 图表制作与数据分析

图表采用Excel 2010版软件制作；差异显著性采用DPS 7.05版软件分析。

2 结果与分析

2.1 外源水杨酸对云杉叶片内MDA含量的影响

由图1可知：不同取样时间、不同浓度水杨酸处理的云杉，其叶片内MDA含量存在差异。在整个试验期间，T2的MDA含量均为最高值，与对照均存在显著差异，表明盐胁迫会显著提高云杉叶片内的MDA含量。喷施水杨酸的处理与单纯盐胁迫的处理相比，云杉叶片内的MDA含量均有所降低，但是不同浓度的水杨酸对MDA含量的影响存在差异。4月10日，T3的MDA含量较T2的低0.81 μmol·g-1，但两者间无显著差异，表明该浓度的水杨酸不会对云杉叶片内的MDA含量产生显著影响。T4、T5的MDA含量分别较T2的低3.49、2.67 μmol·g-1，T4、T5与T2间的差异均显著，表明这2种浓度的水杨酸均可以显著降低云杉叶片内的MDA含量；T3、T4、T5的MDA含量均显著高于对照的，表明这3种浓度的水杨酸均不能使云杉叶片内的MDA含量在短期内降低至对照水平。4月25日至5月25日，T3的MDA含量均显著低于T2的，表明该浓度的水杨酸可以显著降低盐胁迫下云杉叶片内的MDA含量；T3的MDA含量显著高于对照的，表明该浓度的水杨酸虽然显著降低了云杉叶片内的MDA含量，但是仍未降到对照水平。T4、T5的MDA含量显著低于T2、T3的，表明这2种浓度的水杨酸处理与T2相比均显著降低了云杉盐胁迫的危害；T4、T5的MDA含量与对照的无显著差异，表明喷施这2种浓度水杨酸的处理均有效地缓解了盐胁迫对云杉苗的危害。6月14日，T3、T4、T5的MDA含量分别比T2的降低了21.20%、26.08%和22.96%，T3、T4、T5与T2间的差异均显著；T3、T4、T5与对照之间均无显著差异，表明喷施该3种浓度水杨酸的处理均有效地缓解了盐胁迫对云杉苗的危害。整个试验期间，T4、T5之间无显著差异，表明试验设计的中浓度和高浓度的水杨酸处理对MDA含量的影响处于同一水平。

图1 外源水杨酸对云杉叶片内MDA含量的影响Fig.1 Effect of exogenous salicylic acid on MDA content in Picea asperata leaves

2.2 外源水杨酸对云杉叶片内叶绿素含量的影响

由图2可知：不同取样时间、不同浓度水杨酸处理的云杉，其叶片内叶绿素含量存在差异。4月10日，T2、T3、T4、T5的叶绿素含量分别较对照的高0.71、0.37、0.09、0.25 mg·g-1，其中T2、T3的显著高于对照的，T4、T5与对照之间均无显著差异。4月25日至6月14日，T2的叶绿素含量均显著低于对照的，表明盐胁迫显著降低了云杉叶片内的叶绿素含量。4月25日、5月10日、5月25日，T3的叶绿素含量分别较T2的高0.14、0.21、0.10mg·g-1，但两者间均无显著差异，表明该浓度的水杨酸不能显著提高盐胁迫下云杉叶片内叶绿素含量；4月25日，T4、T5的叶绿素含量与对照的均无显著差异；5月10日、5月25日、6月14日，T4的叶绿素含量分别较T2的高0.38、0.79 、1.49 mg·g-1，两者间差异均显著，但T4与对照之间均无显著差异，表明该浓度的水杨酸可以显著缓解盐胁迫对云杉叶片内叶绿素的影响。4月25日、5月25日，叶绿素含量在T5与T2之间无显著差异。5月10日、6月14日，T5的叶绿素含量均显著高于T2的；T4与T5之间无显著差异，T4的均高于T5的，表明T4对提高云杉叶片叶绿素含量影响的效果优于T5的。

图2 外源水杨酸对云杉叶片内叶绿素含量的影响Fig.2 Effect of exogenous salicylic acid on chlorophyll content in Picea asperata leaves

2.3 外源水杨酸对云杉叶片内可溶性蛋白含量的影响

由图3可知：云杉叶片内可溶性蛋白含量在整个试验期间均表现出一直升高的变化趋势，不同处理的可溶性蛋白含量存在差异。4月10日，可溶性蛋白含量在T2与对照之间无显著差异。4月25日至6月14日，T2的可溶性蛋白含量均显著高于对照的，表明盐胁迫显著提高了云杉叶片内可溶性蛋白含量。4月10日、4月25日、5月10日、5月25日、6月14日，T4的可溶性蛋白含量分别比T2的提高了29.10%、34.85%、25.97%、20.12%、18.19%，两者间差异均显著，表明T4与T2相比，显著提高了云杉叶片内可溶性蛋白含量，该浓度的水杨酸可以显著缓解盐胁迫对云杉苗的危害；T3的较T4的分别低0.65、1.06、0.61、1.11、0.80 mg·g-1，两者间差异均显著。4月10日、4月25日、5月25日，T3与T2之间无显著差异。以上结果表明，T4对提高盐胁迫下云杉叶片内可溶性蛋白含量的效果优于T3的。4月10日、5月10日、6月14日，T5的可溶性蛋白含量分别较T4的高0.08、0.19、0.47 mg·g-1，但两者间均无显著差异。4月25日、5月25日，T5的可溶性蛋白含量较T4的分别低0.06、0.17 mg·g-1，但两者间均无显著差异，表明在T4的基础上提高水杨酸浓度至T5的，不会对云杉叶片内可溶性蛋白含量产生显著影响。

图3 外源水杨酸对云杉叶片内可溶性蛋白含量的影响Fig.3 Effect of exogenous salicylic acid on soluble protein content in Picea asperata leaves

2.4 外源水杨酸对云杉叶片内游离脯氨酸含量的影响

由图4可知：云杉叶片内游离脯氨酸含量在整个试验期间均表现为先升高后降低的变化趋势，不同处理的游离脯氨酸含量存在差异。4月10日，T2的游离脯氨酸含量较对照的高4.99 μmol·g-1，两者间差异显著；T3的较T2的低0.82 μmol·g-1，但两者间无显著差异；T4的较T2的高1.21 μmol·g-1，但两者间无显著差异；T4与T5之间也无显著差异。4月25日、5月10日、5月25日、6月14日，T2的游离脯氨酸含量较对照的分别高2.49、4.13、1.99、1.86 μmol·g-1，两者间差异均显著，表明盐胁迫显著提高了云杉叶片内的游离脯氨酸含量；T4的较T2的分别高3.22、6.07、4.54、3.55 μmol·g-1，两者间差异均显著，表明该浓度的水杨酸可显著提高盐胁迫下云杉叶片内的游离脯氨酸含量；T3的较T4的分别低1.96、4.23、2.45、2.39 μmol·g-1。4月25日与5月25日，游离脯氨酸含量在T3和T4之间均无显著差异；在T3与T2之间也均无显著差异，表明T3与T2相比虽然提高了游离脯氨酸含量，但是效果并未达到显著水平。5月10日、6月14日，T4的游离脯氨酸含量均显著高于T3的，表明T4与T3相比更显著地提高了云杉叶片内的游离脯氨酸含量。4月10日、4月25日、5月10日、5月25日、6月14日，T5的游离脯氨酸含量较T4的分别高1.09、0.29、1.79、1.58、1.42 μmol·g-1，但两者间均无显著差异，表明水杨酸浓度在T4的基础上提高至T5的后，虽然提高了游离脯氨酸含量，但效果并未达到显著水平。

图4 外源水杨酸对云杉叶片内游离脯氨酸含量的影响Fig.4 Effect of exogenous salicylic acid on free proline content in Picea asperata leaves

2.5 外源水杨酸对云杉CAT活性的影响

由图5可知：云杉的CAT活性在整个试验期间均表现出一直增加的变化趋势，不同处理之间存在差异。4月10日，T2、T3、T4、T5的CAT活性分别比对照提高了3.21、4.00、5.40、4.79U·g-1，该4种处理与对照间差异均显著；T3、T4、T5与T2之间无显著差异，表明经水杨酸处理后提高了盐胁迫下云杉CAT活性，但是效果不显著。4月25日至6月14日，T2的CAT活性均显著高于对照的，表明盐胁迫显著提高了云杉CAT活性；4月25日、5月10日、5月25日、6月14日，T4的比T2的分别提高了13.80%、15.57%、18.71%、14.41%，两者间差异均显著，表明该浓度的水杨酸可以显著提高云杉叶片内CAT活性。4月25日至5月10日，CAT活性在T3与T4之间均无显著差异；在T3与T2之间也均无显著差异，表明该浓度的水杨酸不会对云杉CAT活性产生显

图5 外源水杨酸对云杉CAT活性的影响Fig.5 Effect of exogenous salicylic acid on CAT activity of Picea asperata

著影响。5月25日，T3的CAT活性显著高于T2的，表明该浓度的水杨酸可以显著提高盐胁迫下云杉的CAT活性。5月25日、6月14日,T3的CAT活性均显著低于T4的，表明水杨酸浓度在T3的基础上提高至T4的可以显著提高盐胁迫下云杉的CAT活性。整个试验期间，CAT活性在T5与T4之间无显著差异，表明水杨酸浓度从T4提高至T5的不会对云杉CAT活性产生显著影响。

3 结论与讨论

3.1 结论

(1)盐(NaCl)胁迫处理与对照相比显著提高了云杉叶片内MDA含量；叶面喷施水杨酸降低了云杉叶片内的MDA含量，除盐胁迫后期(盐胁迫3个月时)外，喷施1.4 mmol·L-1水杨酸处理的降低幅度均显著大于喷施0.7 mmo·L-1水杨酸处理的。

(2)除盐胁迫初期(盐胁迫26 d时)外，盐胁迫均显著降低了云杉叶片内叶绿素含量；喷施水杨酸的盐胁迫处理较仅进行盐胁迫的处理提高了叶片内叶绿素含量，喷施1.4 mmol·L-1和喷施2.1 mmol·L-1的水杨酸对叶绿素含量的影响处于同一水平。

(3)除盐胁迫初期外，盐胁迫均显著提高了云杉叶片内可溶性蛋白与游离脯氨酸含量；在盐胁迫下，喷施0.7 mmol·L-1的水杨酸不能显著提高游离脯氨酸含量，喷施1.4 mmol·L-1和喷施2.1 mmol·L-1的水杨酸对盐胁迫下可溶性蛋白与游离脯氨酸含量的影响处于同一水平。

(4) 盐胁迫显著提高了云杉CAT活性；除盐胁迫初期外，喷施1.4 mmol·L-1和喷施2.1 mmol·L-1的水杨酸盐胁迫处理与仅进行盐胁迫的处理相比，均显著提高了云杉的CAT活性。

(5) 1.4 mmol·L-1水杨酸对云杉生理特性的改善效果整体优于其他浓度水杨酸的。

3.2 讨论

对于大多数植物来说，苗期抗逆性相对较低，因此，研究水杨酸对云杉苗期生理特性的影响对于揭示水杨酸缓解盐胁迫机理具有重要意义[14]。丙二醛(MDA)含量是直接反应生物膜系统稳定性的重要指标，而膜系统的稳定性与其抗盐性直接相关[15]。本试验结果表明，盐胁迫下云杉叶片内的MDA含量显著升高，说明盐胁迫对云杉膜系统造成了一定的伤害[16]；喷施水杨酸后，MDA含量降低，表明水杨酸有效地缓解了云杉的盐胁迫伤害。李润枝[15]分析认为，这可能是因为水杨酸有利于维持云杉膜系统稳定，从而提高了其抗盐能力，这也是水杨酸提高植物耐盐性的重要机理。盐胁迫会影响植物叶绿素的合成，在盐胁迫早期，植物叶绿素含量会升高，但是随着盐胁迫时间的延长反而有所降低。本试验中，盐胁迫处理的叶绿素含量在4月25日开始显著降低。芦翔[17]研究认为，这可能是因为盐胁迫提高了叶绿素酶活性，从而提高了叶绿素分解速率，导致叶绿素含量降低。盐胁迫下喷施水杨酸的处理，其云杉叶片内的叶绿素含量与仅进行盐胁迫的处理相比表现为升高，这可能与水杨酸在一定程度上缓解了云杉的盐胁迫有关，但是水杨酸缓解盐胁迫造成叶绿素含量降低的机理目前尚不清楚。闫艳华[18]分析认为，这是否与水杨酸可以直接与叶绿素酶作用有关，还有待于验证。可溶性蛋白与游离脯氨酸含量高低与植物抗逆性高低直接相关。植物在逆境条件下可溶性蛋白和游离脯氨酸含量会显著升高，从而起到维持细胞内水分代谢平衡的作用。本试验结果表明，在盐胁迫下，云杉叶片内可溶性蛋白和游离脯氨酸含量均表现为显著升高，这与李秀华[19]的研究结果相似。盐胁迫下喷施水杨酸的处理与仅进行盐胁迫的处理相比，提高了云杉叶片内可溶性蛋白与游离脯氨酸含量，这对于云杉细胞水分在盐胁迫下保持平衡具有重要的作用。从水杨酸的浓度来看，1.4 mmol·L-1水杨酸对提高游离脯氨酸含量和可溶性蛋白含量效果显著优于0.7 mmol·L-1的，但2.1 mmol·L-1的处理与1.4 mmol·L-1处理相比，提高的效果不明显，这是否与浓度差异较小有关，还有待于进一步的研究来验证。盐胁迫下喷施水杨酸的处理与仅进行盐胁迫的处理相比，提高了云杉保护酶的活性，这与闫艳华[18]的研究结果一致。CAT活性的提高有利于云杉清除其植株内过多的活性氧，提高了云杉的抗盐能力。