外源水杨酸对NaCl胁迫下桔梗幼苗生理生化指标的影响

华智锐，姚丹妮，李小玲

(商洛学院 生物医药与食品工程学院 陕西秦岭特色生物资源产业技术研究院有限公司，陕西 商洛 726000)

桔梗(Platycodongrandiflorus)，又称为僧帽花、包袱花、铃铛花，为桔梗科桔梗属多年生的草本植物，其根可入药，有利咽、祛痰、排脓、宣肺等作用，是中医常用药。桔梗生长于山坡草丛、灌丛间，在南北方皆适于种植[1]。桔梗植株对盐碱有很高的抵抗力，能够在盐度为0.1%～0.4%的土壤中存活[2]，使桔梗在盐碱地种植成为可能。

盐胁迫是一种常见的非生物胁迫，是限制植物生长发育的关键逆境因素之一[3]；盐胁迫会导致植物渗透调节失衡，抑制水分吸收，导致植物发生生理干旱，降低气孔导度和叶片的光合速率，并降低生物量[4]。研究表明，盐胁迫会破坏植物组织，过量的盐分积累会导致植物代谢紊乱，引起植物生理干旱，进而影响植物的营养状况[5-6]。对于大多数植物来说，高浓度的盐环境会导致植物生长发育不良[7]，尤其盐和干旱环境对植物的影响最大，特别是盐胁迫会造成70%的农作物产量下降[8]。

外源水杨酸(salicylic acid，SA)是一类小分子酚类物质，是植物体中一种重要的内源性生长调节剂，可增加植物对逆境的抵抗力[9-10]，如抗高温性、抗旱性、抗盐性、抗病性等，可缓解桔梗、黄瓜、玉米等植物受到的盐害[11]。高明远等[12]研究发现，在盐胁迫下，0.5和2.0 mmol/L SA对白榆生理指标的改善作用比较明显；许凌欣[13]研究发现，在NaCl胁迫下，水杨酸通过促进肥皂草进行光合作用，从而稳定其正常的生理代谢,来提高肥皂草抵抗NaCl胁迫的能力；刘亚栋等[14]研究发现，SA浸种小麦幼苗耐盐性有所提高；孙晓春等[15]研究了外源水杨酸对干旱胁迫下桔梗幼苗生理生化指标的影响，发现外源水杨酸可通过提高抗氧化酶活性和渗透调节物质的含量来提高桔梗幼苗的抗干旱胁迫能力。国外学者研究了氮磷钾肥、温度、光照强度等对桔梗生长特性的影响[16,17]。

桔梗作为商洛市重点发展的“十大商药”之一，近年来，其生物学和药学品质已受到非生物因子的严重影响，限制了桔梗产业的可持续发展。目前，国内外对桔梗在生理抗性方面的研究较少，而外源水杨酸对NaCl胁迫下桔梗幼苗生理指标的影响暂无研究。因此，本试验以桔梗为试验材料，开展外源水杨酸对NaCl胁迫下桔梗幼苗的生理特征的影响研究，旨在为盐碱地区桔梗的优质高产栽培以及逆境生理机制和抗性育种研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用幼苗为商洛市商州区商山中药材种植合作社桔梗种植基地生产的一年生桔梗幼苗。

1.2 试验方法

1.2.1 材料预培养及处理 将一年生桔梗幼苗移栽至外围为15 cm×20 cm的塑料花盆中进行预培养，在缓苗期间定时浇水和松土使土壤保持湿润，以恢复至正常生理状态，浇水量视降雨情况而定，且每个处理浇水量一致。每盆3株，每个处理5盆，1周后随机选取幼苗用于试验。

将幼苗分成7组，第1组：不添加任何药品，进行蒸馏水栽培，作为对照组(CK)；第2组：蒸馏水中添加100 mmol/L NaCl进行盐胁迫处理；第3组：蒸馏水中添加0.1 g/L SA；第4组：蒸馏水中同时添加100 mmol/L NaCl和0.1 g/L SA；第5组：蒸馏水中同时添加100 mmol/L NaCl和0.3 g/L SA；第6组：蒸馏水中同时添加100 mmol/L NaCl和0.5 g/L SA；第7组：蒸馏水中同时添加100 mmol/L NaCl和0.7 g/L SA[18]。

采用灌根的方式每两天对桔梗幼苗浇灌一次，浇灌500 mL相应的处理液，确保处理液完全加入且不溢出[19]。每种处理重复5次，每次重复3株苗。处理1周后采集各处理桔梗幼苗的叶片进行生理指标的测定。

1.2.2 生理指标的测定 测定超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、叶绿素含量、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量等生理指标。测定方法：SOD活性的测定参照李合生等[20]的氮蓝四唑法；POD活性的测定参照李合生等[20]的愈创木酚法；CAT活性的测定参照高俊风等[21]的紫外吸收法；叶绿素含量的测定参照张志良等[22]的丙酮-碳酸钙法；MDA含量的测定参照张志良等[22]的硫代巴比妥酸(TBA)检测法；可溶性糖含量的测定采取蒽酮-硫酸法，取0.5 g桔梗叶片剪碎，放入试管中，加15 mL蒸馏水，沸水浴煮20 min，冷却过滤后转入100 mL容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度。取提取液1 mL，加5 mL蒽酮试剂，在620 nm下测定吸光度，计算可溶性糖含量。各项指标重复测定3次，求其平均值。

1.3 数据处理

采用Excel 2010进行数据统计并作图，用SPSS statistics 22.0软件进行数据方差分析。3次重复测得的各项生理指标数据，取其平均值绘制图片。

2 结果与分析

2.1 水杨酸对NaCl胁迫下桔梗幼苗POD活性的影响

由图1可知，在100 mmol/L NaCl胁迫(第2组)下，POD的活性水平较对照组(第1组)显著降低(P<0.05)，说明NaCl胁迫处理对桔梗叶片中的POD活性有显著影响；单独SA处理(第3组)下，POD活性较对照组显著增加；在相同浓度NaCl胁迫下，施加不同浓度SA(第4～7组)均使POD活性较第2组显著增加，增幅分别为30.84%、41.07%、58.98%、45.23%，且呈先上升后下降的趋势，在SA浓度为0.5 g/L(第6组)时达到最大增幅。结果表明，SA对NaCl胁迫下POD活性的影响显著，但并不是浓度越大影响越好，影响最显著的浓度为0.5 g/L。

图1 SA对NaCl胁迫下桔梗幼苗POD活性的影响

2.2 水杨酸对NaCl胁迫下桔梗幼苗SOD活性的影响

由图2可知，在100 mmol/L NaCl胁迫(第2组)下，SOD的活性水平较对照组(第1组)显著降低(P<0.05)，说明NaCl胁迫处理对桔梗叶片SOD活性有显著影响；SA单独处理(第3组)下，SOD活性较对照组显著增加；先NaCl胁迫后SA处理(第4～7组)均使SOD活性比NaCl胁迫处理有不同程度的增强，增幅分别为35.49%、55.8%、70.37%、53.87%；在相同浓度NaCl胁迫下，随着SA浓度的升高，SOD活性整体上呈现出一个先上升后下降的趋势，在SA浓度为0.5 g/L(第6组)处理下与对照组相比达到最大增幅。可见适宜浓度的SA能够提高NaCl胁迫下桔梗幼苗体内SOD的活性，结果表明0.5 g/L SA对盐胁迫下SOD活性的影响最显著。

图2 SA对NaCl胁迫下桔梗幼苗SOD活性的影响

2.3 水杨酸对NaCl胁迫下桔梗幼苗CAT活性的影响

由图3可知：与对照组(第1组)相比，在100 mmol/L NaCl胁迫(第2组)下，CAT的活性呈显著降低(P<0.05)，说明NaCl胁迫处理对桔梗叶片CAT活性有显著影响；单独SA处理(第3组)下，CAT活性比对照组显著增高，增幅为9.42%；在同一浓度NaCl胁迫下，不同浓度SA处理(第4～7组)对桔梗幼苗CAT的活性影响不同，在第4～7组中CAT活性比NaCl胁迫分别提高17.23%、23.99%、31.65%、25.68%，且在第6组达到最大增幅。由此可知，在NaCl胁迫下，适宜的SA浓度可显著提高桔梗幼苗CAT的活性。

图3 SA对NaCl胁迫下桔梗幼苗CAT活性的影响

2.4 水杨酸对NaCl胁迫下桔梗幼苗MDA含量的影响

由图4可知：在正常情况下桔梗幼苗叶片中MDA含量较低；NaCl胁迫(第2组)处理与对照组(第1组)相比，MDA含量明显升高，增幅达到25.98%，差异达显著水平(P<0.05)，说明NaCl胁迫处理对桔梗叶片MDA含量有显著影响；单独SA处理(第3组)与对照组相比差异不显著；在相同NaCl胁迫下，添加不同浓度的SA处理(第4～7组)，与第2组MDA的含量相比均有不同程度的变化，第4～7组与第2组相比，分别降低了5.89%、15.46%、18.95%、16.89%，这说明添加适当浓度的SA可以降低NaCl胁迫下桔梗幼苗MDA的含量，缓解NaCl胁迫对植株的伤害，当SA浓度为0.5 g/L时表现最为明显。

图4 SA对NaCl胁迫下桔梗幼苗MDA活含量的影响

2.5 水杨酸对NaCl胁迫下桔梗幼苗叶绿素含量的影响

由图5可知：与对照组(第1组)相比，在100 mmol/L NaCl胁迫(第2组)下，叶绿素的含量显著降低(P<0.05)，说明NaCl胁迫处理对桔梗叶片中的叶绿素含量有显著影响；SA单独处理(第3组)与对照组相比差异不显著；先NaCl胁迫处理后添加SA处理(第4～7组)均使叶绿素含量比NaCl胁迫处理有不同程度的增强，增幅分别为47.21%、55.79%、69.05%、40.45%；在相同NaCl胁迫下，随着SA浓度的升高，叶绿素的含量整体上呈现出一个先上升后下降的趋势，在SA浓度为0.5 g/L(第5组)处理下与对照组相比达到最大增幅，说明0.5 g/L SA对盐胁迫下叶绿素含量的影响最显著。

图5 SA对NaCl胁迫下桔梗幼苗叶绿素含量的影响

2.6 水杨酸对NaCl胁迫下桔梗幼苗可溶性糖含量的影响

由图6可知：在100 mmol/L NaCl胁迫(第2组)下，桔梗叶片的可溶性糖含量比对照组(第1组)显著增加10.43%，说明NaCl胁迫对桔梗叶片中的可溶性糖含量有显著影响；单独SA处理(第3组)可溶性糖含量较对照组也显著增加；在相同浓度NaCl胁迫下，用不同浓度的SA处理(第4～7组)后其可溶性糖含量均比NaCl胁迫组显著增加，增幅分别为17.88%、38.47%、55.13%、47.37%。从整体上看，加入SA后桔梗叶片的可溶性糖含量呈先上升后下降的趋势，在0.5 g/L SA处理(第6组)下增幅达到最大，效果最佳。

图6 SA对NaCl胁迫下桔梗幼苗可溶性糖含量的影响

3 讨论

植物在不利于其生长的盐环境下，为维持自身的正常生理活动，会通过增加抗氧化酶(SOD、POD、CAT等)的活性，减少体内活性氧的数量，来保护植物细胞膜免受氧化损伤[23]，这是植物的应激反应策略，因此抗氧化酶活性成为逆境胁迫下监测植物的重要指标。逯亚玲等[24]研究发现，紫花苜蓿幼苗在NaCl胁迫下抗氧化酶的活性均显著降低；王立红等[25]研究发现，外源SA处理下棉花幼苗的抗氧化酶的活性显著升高。本研究表明NaCl胁迫下桔梗幼苗的SOD、POD、CAT的活性较对照组显著降低，添加不同浓度的SA均比NaCl胁迫下SOD、POD、CAT活性显著增高，这与前人的研究结论一致，说明外源SA可以调节桔梗幼苗的保护酶系统，缓解NaCl胁迫对桔梗幼苗的伤害，且在0.5 g/L时效果最佳。

逆境胁迫和植物衰老会破坏植物的细胞膜系统，并导致膜脂质过氧化形成丙二醛(MDA)，通常膜损伤程度的大小可以通过MDA含量的多少来反映[26]。曹光峰等[27]发现黄瓜幼苗子叶MDA含量经NaCl处理后明显增加；宿越等[28]研究发现SA处理显著降低了NaCl胁迫下番茄幼苗MDA的含量，并且随SA浓度的增加有先下降后上升的趋势。本研究表明，在NaCl胁迫下桔梗幼苗的MDA含量较对照组显著增加，添加不同浓度的SA均比NaCl胁迫下MDA含量显著降低，并在SA浓度为0.5 g/L时达到最低值，这与前人的研究结论一致，说明在NaCl胁迫下，桔梗幼苗细胞膜系统受到损伤，外源水杨酸可以缓解植物细胞膜系统受到的损伤，且在0.5 g/L SA处理下影响最大。

叶绿素是植物吸收太阳光能进行光合作用的重要物质，而光合作用作为植物生命的基础，是植物体合成能量的基本来源。叶绿素可以使光能转化为化学能从而合成有机化合物，其含量的多少决定了植物光合作用的强弱。当叶绿体中积累高浓度的Na+或Cl-时，光合作用就会受到抑制，直接影响到植物的健康[29]。杨德翠等[30]研究发现，叶绿素的含量在盐胁迫后显著下降，经不同浓度的SA处理后所受盐胁迫有所缓解。本研究与前人的研究结果一致，在相同的NaCl胁迫下，不同浓度的SA处理后叶绿素含量较NaCl胁迫组显著增加，说明外源SA对NaCl胁迫下叶绿素的含量有影响，在0.5 g/L SA处理下影响最大。

可溶性糖是植物中主要的有机渗透调节物质之一，也是作物碳骨架和能量的主要来源，它对稳定细胞膜和原生质体胶体有重要作用[31]；当细胞中无机离子浓度较高时，可溶性糖可以保护植物体内的酶类[32]。在盐胁迫期间，可溶性糖的积累可以降低植物的渗透压，并在保水方面发挥作用，同时也是植物适应机制的重要信号物质。本试验研究发现，经NaCl胁迫处理后，桔梗幼苗的可溶性糖含量显著增加；在相同浓度NaCl胁迫下，用不同浓度的SA处理后其可溶性糖含量均比NaCl胁迫组显著增加，说明SA可以诱导桔梗NaCl胁迫下可溶性糖含量进一步提高，在0.5 g/L SA处理下影响最显著。

4 结论

在各个处理下，桔梗幼苗叶片中SOD、POD、CAT活性变化趋势大致相同。在100 mmol/L NaCl溶液胁迫下，各酶活性水平均比对照组显著降低；0.1 g/L SA单独处理各酶活性水平均比对照组显著增强；在相同浓度NaCl胁迫下再添加不同浓度的SA，均使各酶活性水平比NaCl胁迫处理有不同程度的增强。NaCl胁迫降低了植物体内抗氧化酶活性；添加SA后，随着SA浓度增大，抗氧化酶活性逐渐增强，从而缓解胁迫带来的伤害。但SA的浓度如果过高，则酶活性会下降。本试验结果表明，外源SA在浓度为0.5 g/L时，影响最显著。在NaCl胁迫下，桔梗幼苗叶片中MDA含量显著增加；添加不同浓度SA后，MDA含量先下降后又上升，在第6组表现最好，说明一定浓度的SA可以缓解NaCl胁迫对植物的伤害。随着SA浓度的升高，MDA含量有所升高，说明高浓度SA缓解植物盐胁迫的效果差。

对桔梗幼苗添加外源SA，对桔梗幼苗叶绿素的形成具有明显的促进作用。不同浓度的SA的影响不同，SA浓度为0.5 g/L时影响最好。NaCl胁迫会使桔梗幼苗可溶性糖含量提高，添加外源SA可以诱导可溶性糖含量进一步提高。

综上所述，本试验中0.5 g/L的外源水杨酸对NaCl胁迫下桔梗幼苗生理特性影响最为显著，表明外源水杨酸可以缓解NaCl胁迫对桔梗幼苗带来的伤害。