盐碱胁迫对甜瓜幼苗渗透调节物质的影响

熊韬，闫淼，王江涛，胡国智*

(1.新疆农业科学院 哈密瓜研究中心，新疆 乌鲁木齐 830091；2.新疆林业学校，新疆 乌鲁木齐 830000)

甜瓜又名甘瓜、香瓜，属于葫芦科黄瓜属一年生蔓性草本植物[1]。作为一种重要的园艺经济作物，其种植区域遍布世界五大洲的热带以及温带气候区[2]。新疆是我国重要的商品甜瓜生产基地，由于地处亚欧大陆内陆干旱区，该区域内盐碱土分布面积广大，约占我国盐碱土总面积的22%，其中受到盐渍化影响的耕地面积约占当地耕地总面积的30%[3]。近年来设施园艺生产过程中不合理施用化肥，又进一步导致土壤次生盐碱化的发生。盐渍化程度不断加重的土壤环境已经成为影响当地农业开发和可持续发展的重大限制条件和障碍因素[4]。因此，立足于盐碱土壤条件下的农业生产研究显得极为重要，尤其是探究盐分环境中植物的生理变化规律，有助于选育耐盐型作物，进而对合理利用盐水、盐土资源，持续改善作物种植环境具有非常重要的意义。

厚皮甜瓜(哈密瓜)在新疆有着非常悠久的栽培历史。多项研究已经发现甜瓜对低浓度盐分具有一定的耐受性[5-8]，因而可以作为轻度盐碱化土壤生产模式中的备选作物。植物在盐碱环境下利用主动积累的方式在体内蓄积脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)、甜菜碱(GB)等有机物质，以维持自身正常的代谢活动，保持体内渗透平衡，凭借提高细胞液浓度，降低细胞渗透势，确保细胞具备一定的持水能力，进而达到缓解盐胁迫产生的伤害，使植株本体能够正常生长[9]。付凤玲等[10]研究认为，Pro积累对盐碱胁迫下玉米愈伤组织继代生长与发育具有良好的促进作用。这说明盐胁迫下Pro的积累在一定程度上有助于提升植物对盐分的耐受性。徐晨等[11]发现，盐胁迫使水稻体内可溶性糖含量增加，认为这主要是植物对逆境相应的适应性响应。刘凤歧等[12]认为，盐浓度的升高致使燕麦体内可溶性蛋白含量表现出先上升后逐渐降低的变化情况，这与马丽等[13]在棉花新陆早13幼苗中研究得出的结论相一致。据分析认为，由于盐分抑制氮的吸收导致蛋白质和氨基酸在植物内的合成速率放缓，但分解速率加快，从而引起蛋白质含量下降。赵勇等[14]研究了5种NaCl胁迫浓度对耐盐性不同的3个小麦品种甜菜碱含量的变化情况，发现甜菜碱在小麦叶片和根中含量均与盐胁迫浓度呈正相关，是小麦抵抗盐胁迫的重要渗透调节剂。这与前人研究得出的结论[15-18]相一致，这是植物受到逆境胁迫时，通过甜菜碱合成和积累所做出的一种适应性反应的表现。

目前，关于盐胁迫下甜瓜生理特性方面的研究鲜有报道，而朱春燕等[19]认为，同种作物的不同品种对盐分的耐受性存在一定的差异。为此，本试验通过设置不同盐分处理浓度，研究盐胁迫对4种甜瓜品种生理特性的影响，探究甜瓜体内渗透物质含量变化规律，以期为甜瓜耐盐研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验所选甜瓜品种为网纹香、风味5号、西州密17号、黄皮9818，其中网纹香、风味5号、黄皮9818由新疆明鑫科鸿农业科技有限责任公司提供，西州密17号由新疆维吾尔自治区葡萄瓜果开发研究中心提供。本试验于2019年8月至2019年9月在位于吐鲁番市高昌区亚尔镇的新疆农业科学院哈密瓜研究中心科研基地实施。

1.2 处理设计

试验方案以徐志然等[20]采用的方法为基础，对盐碱处理液配比(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3物质的量比为4∶1∶1∶4)进行了调整，设置4个盐浓度处理，分别为0(CK)、50、100、150 mmol·L-1，每处理重复3次，所配置盐处理液的母液均为Hagland营养液。

将蛭石和珍珠岩按1∶1的体积比混合装入40穴育苗穴盘中。盐胁迫处理在上午8：00—9：00进行，第1天每处理均浇50 mmol·L-1的处理液以此避免盐浓度突然上升所产生的冲击效应，以50 mmol·L-1作为每日递增浓度，直至到达最终设定浓度，每次用相应浓度的盐溶液进行适量浇灌，CK处理浇同等容量的清水，定时观察蒸发情况并用清水补充损失的水分，胁迫处理7 d后采集植株样品。

1.3 测定项目

1.3.1 样品处理

先用水将植株样品表面附着的残渣和杂质冲洗掉，反复再用纯水冲洗3～4次，利用洁净吸水纸将样品表面残余水分吸除。根、茎、叶在经过分离处理后，分别放入烘箱中用105 ℃高温迅速杀青15 min，然后再用80 ℃持续烘干至恒重。将根、茎、叶干样分别用粉碎机进行粉碎后过0.25 mm孔筛备用。

1.3.2 生理指标测定

测定甜菜碱含量采用雷氏盐比色法[21]；测定Pro含量采用茚三酮比色法[21]；测定可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝比色法[21]；测定可溶性糖含量采用硫酸蒽酮法[21]。

1.4 数据统计与分析

所有数据均采用Excel 2016进行绘图，采用SPSS(Version 20.0)进行数据差异性分析(One-way ANOVA)，并检验处理间差异显著性(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 幼苗甜菜碱含量的变化情况

不同类型植物体内的甜菜碱分布状况存在着一定的差异，尤其是盐生植物中甜菜碱的含量要高于非盐生植物。在逆境条件下植物体内的甜菜碱含量往往会表现出逐渐增加的趋势，说明甜菜碱与植物抗逆性具有密切的联系。

由图1可知，盐胁迫处理后，4种甜瓜叶片中甜菜碱含量表现出不同的变化趋势，其中网纹香、风味5号均随处理浓度的增加而保持上升态势，而西州密17号和黄皮9818叶片中甜菜碱含量则随盐浓度的上升表现出先升高后降低的趋势。与CK相比，网纹香叶片中甜菜碱含量的变化幅度最大，风味5号次之，西州密17号的变化幅度最小，且各处理间均表现出显著性差异。在150 mmol·L-1浓度时，网纹香、风味5号、西州密17号中的甜菜碱含量分别为CK处理的7.5、4.5和1.3倍。从整体表现可以看到，不同浓度处理下各甜瓜叶片中甜菜碱积累量表现为网纹香>风味5号>西州密17号>黄皮9818，也说明网纹香表现出一定的耐盐能力。

同一品种不同处理间没有相同小写字母表示差异显著(P<0.05)。图2—4同。

2.2 幼苗Pro含量的变化

通常受到逆境胁迫的植物都会积累较高含量的Pro，尤其是受到盐胁迫的植物体内会出现主动积累大量游离Pro的现象[22]，这种积累量的大幅变化可以看作是植物应对外界胁迫的一种信号，也有研究认为植物体内Pro质量分数在逆境胁迫环境的变化情况，可作为抗逆性研究的一项重要参考指标[23]。

图2表明，各甜瓜叶片中的Pro含量均随着盐胁迫浓度的上升出现明显的增长趋势。在50 mmol·L-1浓度处理下，网纹香、风味5号、西州密17号和黄皮9818幼苗叶片中Pro含量分别比CK处理增加36.6%、29.8%、18.8%、14.4%；而在150 mmol·L-1浓度下分别比CK处理提高62.4%、59.1%、43.0%、24.3%。以上说明在不同盐分水平下，各甜瓜品种都能通过积累一定含量的Pro，主动进行渗透调节，提高自身对盐分的耐受性。但网纹香和风味5号积累维持Pro的能力明显要强于西州密17号和黄皮9818。同时，不同浓度处理之间也存在极显著差异，表明盐胁迫强度对Pro积累有较为直接的影响。

图2 盐胁迫对甜瓜幼苗叶片中Pro含量的影响

2.3 幼苗可溶性蛋白含量的变化

可溶性蛋白是植物受到逆境胁迫时加入其渗透调节过程的一类重要物质。有研究认为，盐分耐受性强的植物能够在体内维持较高含量的可溶性蛋白。

由图3可看出，4种甜瓜的幼苗叶片中的可溶性蛋白含量受到盐分胁迫影响出现下降，且随着浓度的上升，叶片中可溶性蛋白含量的下降趋势和幅度不断加大，说明植物体内参与蛋白质合成的相关酶的活性可能受到抑制，从而引起蛋白质合成受影响而出现含量降低。西州密17号和黄皮9818的整体降幅要明显大于网纹香、风味5号。在50 mmol·L-1浓度处理下，网纹香、风味5号、西州密17号和黄皮9818叶片中可溶性蛋白含量分别比CK处理减少2.8%、12.5%、35.7%、44.4%；在150 mmol·L-1浓度处理下的降幅更为显著，分别比CK降低27.4%、50.3%、75.5%、84.0%。

图3 盐胁迫对甜瓜幼苗叶片中可溶性蛋白含量的影响

总体而言，各处理下的4个品种叶片中可溶性蛋白的含量表现为网纹香>风味5号>西州密17号>黄皮9818，说明网纹香在盐胁迫下具有较强的蛋白合成能力，因而表现出较好的盐耐受性。

2.4 幼苗可溶性糖含量的变化

可溶性糖除了向植物供给生长发育所必需的能量及代谢产物，同时也作为一种重要的调节剂参与植物渗透调控过程。图4中盐胁迫下，可溶性糖含量随盐浓度的增加而出现变化，这可能是由于植物通过合成和调用可溶性糖参与自身渗透调节，以此缓解盐胁迫产生的伤害。

由图4可以看出，盐胁迫促使4种甜瓜幼苗叶片可溶性糖含量均随盐分浓度的上升而逐渐递增。在50 mmol·L-1下，与CK处理相比，风味5号、西州密17号和黄皮9818增幅并不显著，而150 mmol·L-1处理使网纹香、风味5号、西州密17号和黄皮9818叶片中可溶性糖含量分别为CK的2.4、2.1、1.7和1.4倍，且与CK差异显著。以上说明在盐胁迫下，4种甜瓜均能凭借提高叶片中可溶性糖积累量，维持体内渗透平衡，但相比较而言，网纹香的耐盐性表现强于其他3个品种。

3 讨论

甜菜碱的含量在作物受到盐胁迫后出现明显的增加，说明与甜菜碱合成有关的酶类的活性受到了盐胁迫产生的催化作用的影响，从而加快了甜菜碱的合成。但本研究中，西州密17号和黄皮9818中甜菜碱含量的变化趋势并不与其他两种甜瓜相一致，这说明甜菜碱积累量随盐浓度增加而增加是有一定上限的。这与Guy等[24]得出的结论基本相似，他认为低盐度条件下盐角草中甜菜碱含量随盐浓度的增加而大幅度上升，但盐浓度持续上升，甜菜碱会逐渐放缓增加的速度，直至稳定保持在某一水平。西州密17号和黄皮9818的这类表现可能是由于不断加重的盐胁迫影响了自身其他生理过程，导致甜菜碱合成受限。但同时也有可能是细胞对积累的甜菜碱进行了转运调用，说明甜菜碱可能属于非固定性参与渗透调节过程的物质[25]。

盐胁迫环境下，植物会主动合成和积累一些有机或无机类物质来调节细胞液浓度，以此确保细胞能够维持一定的渗透势，达到逐渐适应逆境环境的目的；同时也可以起到稳定和保护生物大分子结构和功能的作用。张玉鑫等[26]研究发现，甜瓜叶片中Pro含量和可溶性糖含量在NaCl胁迫下均显著高于对照，且随NaCl浓度的上升而逐渐增加，这与本试验得出盐胁迫下甜瓜幼苗叶片中Pro和可溶性糖含量随盐胁迫强度的增强而显著增加的结果相一致，且4种甜瓜中，网纹香和风味5号都表现出较强的积累渗透物质的能力，具有较好的盐环境适应性。

蛋白质是一种重要的营养成分，在植物的生理代谢过程中发挥着非常重要的作用。盐分胁迫会导致植物体内正常的蛋白合成过程受阻，并且会使蛋白质降解的速度加快，从而引起蛋白质含量的下降。本试验中，受到盐胁迫的甜瓜叶片中的可溶性蛋白质含量与对照相比，均出现显著下降，此结果与前人在西瓜[27]和苜蓿[28]上研究得出的结果相似，从整体下降趋势来看，网纹香的降幅要远低于其他3种甜瓜，这说明其在逆境下自身可能具有较强的蛋白合成能力。

糖类物质是一种广泛存在于高等植物体内的重要光合同化产物，除了作为植物碳骨架和能量的重要来源[29]，同时也是参与调控和改善植物对环境适应性的信号物质[30]，而且还具有保护细胞内各种酶类免受高浓度无机离子伤害的功能[31]。多数研究认为，可溶性糖含量的变化与植物受到逆境胁迫息息相关。本试验中，甜瓜叶片中的可溶性糖含量随胁迫浓度的上升而增加，特别是在高浓度胁迫下与对照相比达显著性差异，这说明各品种通过积累适量SS，降低自身细胞渗透势，维持在高渗环境下的吸水能力。根据SS含量变化情况，网纹香中SS的积累量要高于其他3种甜瓜，这表明其在逆境条件下具备良好的自我调节及适应能力。

4 小结

本试验中，四个甜瓜品种渗透调节物质的含量随着盐分水平的不断上升均出现了一定的变化，这说明在受到胁迫后，网纹香、风味5号、西州密17号和黄皮9818依靠主动积累和提高GB、Pro、SS和SP的含量来增强自身对盐分的耐受性。在50 mmol·L-1浓度下，4种甜瓜都表现出较为迅速和有效的渗透调节响应机制，对有效抗盐具有积极的作用。而在较高(100和150 mmol·L-1)浓度盐胁迫下，网纹香和风味5号均能够维持高于西州密17号、黄皮9818的GB、Pro、SS和SP含量，对盐胁迫具有一定的耐受性，这可能与品种自身的所含的基因类型相关，因此，网纹香和风味5号可以作为具有一定抗盐能力的种质资源以备进一步研究。