茉莉酸甲酯对葡萄砧木‘SA17’耐NaHCO3胁迫的影响

曹晓蕾，相广庆，高振，杜远鹏，姚玉新

（山东农业大学园艺科学与工程学院，山东泰安 271018）

土壤盐碱化是全球性的环境问题，造成农作物减产和品质下降，严重限制了农业发展[1]。在我国，盐碱地面积已经高达0.27亿 hm2，并且仍在急剧扩张和蔓延[2]。同时，化肥的滥用和不合理的灌溉导致了次生盐渍化，更是加速了盐碱化的扩大。研究表明，碱性盐对植物的胁迫程度强于中性盐[3]。当胁迫发生时，植株体内的活性氧会大幅度增加，从而引发氧化伤害并产生过量的丙二醛（MDA），改变细胞内氧化还原平衡并引起细胞膜透性增加，最终对植物细胞造成伤害[4]。同时，植物形成了快速响应盐碱胁迫的调控机制，通过其体内的抗氧化系统将活性氧的产生和清除维持在动态平衡之中，减少有害物质积累，从而保证植物体的正常生理活动[5]。

茉莉酸甲酯（methyl jasmonate，MeJA）是茉莉酸（Jasmonic acid，JA）衍生物，其作为植物激素和信号分子广泛存在于高等植物体内，在抵御昆虫取食和机械损伤中起重要作用。外源应用MeJA能产生与昆虫取食和机械损伤类似的效果，即诱导植物防御基因的表达并产生抗逆性[6]。研究表明，MeJA也可以缓解盐度、干旱和低温等非生物胁迫对植物造成的伤害[7]。在甘草上，MeJA可以通过调节活性氧、抗氧化酶体系提高植物的耐盐性[8]。在刺槐上，MeJA可明显缓解由于盐胁迫造成的不良反应，提高抗氧化酶的活性[9]。

葡萄作为一种相对耐盐碱的作物，在盐碱地上开展葡萄种植对于充分利用耕地资源具有重要意义。本试验以‘SA17’为材料，采用NaHCO3模拟碱性盐胁迫，研究MeJA不同施用浓度和处理时间对碱性盐胁迫下葡萄生长的影响，明确缓解胁迫的最佳MeJA浓度与时间，探讨MeJA提高葡萄的耐碱性盐机理，为MeJA在葡萄耐盐碱地栽培中的合理使用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理

以‘左山一’（V. amurensisRupr.）和SO4（V. berlandieri×V. riparia）杂交获得的优系‘SA17’为试材，于2020年2月在山东农业大学实验基地冬暖大棚内选取生长健壮（直径0.8～1.0 cm）枝条剪留两芽扦插于基质（草炭∶蛭石∶珍珠岩＝1∶1∶1），待长出2片新叶时定植于装有沙子的花盆（直径17 cm、高25 cm）中，每隔3 d浇一次1/2 Hoagland营养液，待长至8～10片完全展叶时，选取长势一致的苗子进行100 mmol·L-1NaHCO3和MeJA（2、20、200 μmol·L-1）处理，以碱胁迫下无MeJA为对照。每天下午5:00—6:00处理，每盆浇500 mL，浇至液体从盆底外流，每个处理重复10盆，浇施21 d后进行各项指标的测定，确定最适MeJA浓度。

同上方法，将苗子以最适MeJA浓度进行MeJA、NaHCO3、MeJA＋NaHCO3处理，以水为对照，分别在0、3、9、12 d后进行各指标的测定，确定适宜处理时间。

同上方法，将苗子进行NaHCO3、MeJA＋NaHCO3处理，以水为对照，浇施9 d后测定非酶促氧化还原各物质含量。

1.2 测定项目及测定方法

取样时将待测根系仔细清洗好后用滤纸小心吸干根系表面的水分。所有指标均选取葡萄幼嫩根系鲜样进行测定。采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定根系活力，硫代巴比妥酸法测定丙二醛（MDA ），氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性，愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性[10]。利用苏州格锐思生物科技有限公司试剂盒测定抗坏血酸（AsA、DHA）、谷胱甘肽（GSH、GSSG）、辅酶Ⅰ（NADH、NAD+）和辅酶Ⅱ（NADPH、NADP+）。

使用Excel 2010软件进行数据统计与整理。使用DPS软件进行方差分析，采用LSD法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 MeJA处理对葡萄碱性盐耐性的影响

观察发现，对照组在NaHCO3处理后产生了明显的胁迫表型，叶片皱缩萎蔫严重，毛细根少。浇施不同浓度MeJA后，同浓度NaHCO3处理下葡萄叶片无明显萎蔫，毛细根较对照多；其中在20 μmol·L-1MeJA效果较好，毛细根产生量最多，植株长势良好。

此外，与对照相比，施用20、200 μmol·L-1MeJA后根系活力显著提高；而施用2 μmol·L-1MeJA处理的根系活力无明显变化（图1A）。施用不同浓度MeJA后根系MDA含量均显著降低，其中20 μmol·L-1MeJA处理使根系MDA下降幅度最大，为50.5%（图1B）。施用20 μmol·L-1MeJA后SOD、POD活性均显著性增加，分别提高80%、220%，其他两个浓度MeJA处理与NaHCO3处理组无明显差异（图1C、D）。由此可见，20 μmol·L-1MeJA处理显著提高了葡萄碱性盐耐性。

图1 碱性盐胁迫下不同浓度MeJA对葡萄根系活力、MDA含量和SOD、POD活性的影响 Figure 1 Effects of different concentrations of MeJA on grape root activity, malondialdehyde content, and activity of SOD and POD under alkaline salt stress

2.2 MeJA处理对碱性盐胁迫不同时间点葡萄生理参数的影响

为了进一步鉴定20 μmol·L-1MeJA在缓解碱性盐胁迫上的作用，测定了不同时间点各生理参数的变化。结果显示，随处理时间延长，葡萄根系活力、MDA含量整体呈上升趋势。NaHCO3盐胁迫下施用MeJA后根系活力在各时间点均高于无MeJA处理，MDA含量均低于无MeJA处理。碱性盐胁迫下施用MeJA 12 d后根系活力提高48%，MDA含量降低41%（图2A、B）。

SOD酶活性在各处理后3 d和9 d升高幅度最大。NaHCO3处理组SOD、POD酶活性均低于水处理，而施用MeJA后相反。碱性盐胁迫下施用MeJA 9 d时SOD、 POD酶活性分别提高38%、124%，在两处理间差异最大（图2C、D）。

图2 不同处理对葡萄根系活力、MDA、SOD和POD酶活性的变化Figure 2 Changes of root activity, malondialdehyde content, and activity of SOD and POD at different time points after different treatments

2.3 碱性盐胁迫下施用MeJA对葡萄非酶促氧化还原平衡的影响

植物体内的非酶促抗氧化系统有抗坏血酸、谷胱甘肽、辅酶Ⅰ和Ⅱ等氧化还原对，各氧化还原对含量及比值的变化可反映植物细胞间活性氧（ROS）的产生和清除之间的平衡水平[11]。从图3看出，与水处理相比，碱性盐胁迫下施用MeJA后各氧化还原对的含量及比值基本维持稳定；NaHCO3处理组与之相反，其中抗坏血酸和谷胱甘肽的还原态与氧化态比值分别降低27.0%、3.9%，辅酶Ⅰ、Ⅱ的还原态与氧化态比值分别增加10.3%、5.2%。以上表明，碱性盐胁迫下浇施MeJA改变非酶促抗氧剂还原态与氧化态的含量，但有助于维持其比值，即维持细胞内抗氧化系统平衡，提高葡萄耐碱性盐胁迫能力。

图3 碱性盐胁迫下施用MeJA对葡萄非酶促抗氧化系统的影响Figure 3 Effects of MeJA application on the non-enzymatic antioxidant system of grape under alkaline salt stress

3 讨论与结论

MeJA作为一种植物信号转导分子可以在植物体内运输。当植物受到伤害及胁迫时，体内茉莉酸类物质的合成显著升高，诱导抗逆相关基因的表达，产生特异的蛋白质，从而起到防御作用[12-13]。同时MeJA作为一种植物激素，在发挥其生理作用时具有“浓度效应”特点，即不同浓度对同一对象作用的不一致性[14]。研究表明，少量MeJA会促进植物的生长或缓解对植物造成的伤害，而浓度过高则会减轻这种促进效应，甚至对植物生长有抑制作用[15]。本研究发现，在碱性盐胁迫下施用外源MeJA比无MeJA处理葡萄长势好，且随MeJA浓度的增加，根系活力和酶促抗氧化剂含量先升高后降低，MDA含量呈相反趋势。当MeJA浓度为20 μmol·L-1时，根系活力和酶促抗氧化剂含量最高，MDA含量最低，说明20 μmol·L-1是MeJA缓解葡萄碱性盐胁迫的最适浓度。与前人研究结果类似，即施用外源MeJA对植物有“低促高抑”作用[16]。

植物在非生物胁迫下细胞内氧化还原对可诱导抗氧化能力发生，不同细胞间通过信号和代谢途径协同调控ROS的清除[11]。但随胁迫程度加剧，植物体产生的ROS超出自身清除系统能力，破坏正常代谢平衡，改变细胞自身调节的稳定性，造成蛋白质、质膜和其他细胞组分的损伤[17]。细胞内NAD(H)和NADP(H)作为能源储存和传输介质，在光合反应中产生大量还原力，参与AsA、GSH的再生，AsA、GSH清除O2-和OH-后产生DHA、GSSG被跨膜运输出去，使细胞内AsA/DHA、GSH/GSSG比例保持在高水平，从而维持不同细胞间氧化还原平衡[18-20]。前人研究表明，较高的AsA、GSH含量能够缓解盐胁迫对梅花生长的影响[21]。植物受到胁迫时，体内依赖NADPH的GSH和AsA可清除ROS[22]，而NADPH含量过高时，会导致AsA和GSH含量减少[18]。因此，维持氧化还原对之间的平衡是必不可少的[23]。本研究发现，碱性盐胁迫下葡萄细胞内抗氧化系统被破坏，使其生长受到显著胁迫，而浇施适宜浓度MeJA后可维持非酶促抗氧化剂4种物质各状态含量及比值，使其恢复至正常水平，维持细胞内氧化还原平衡与细胞膜结构的稳定性，从而减少碱性盐对葡萄根系的伤害，这与王勇等[24]人研究结果类似。

适宜浓度的外源MeJA 对植物盐胁迫具有一定的缓解作用，但植物的耐盐机制相当复杂。基于本研究数据推测，MeJA 可能是通过维持碱性盐胁迫下葡萄根系酶促氧化剂和非酶促氧化剂的含量及比值，降低MDA积累量，从而提高根系活力以减少碱性盐胁迫对植株造成的各种损伤。综上所述，20μmol·L-1MeJA为葡萄缓解碱性盐胁迫的最适作用浓度，且有效维持葡萄体内抗氧化系统平衡。有关 MeJA 对提高植物耐碱性盐的生理生化作用机制和信号传导途径有待进一步研究。