β-环柠檬醛对盐胁迫下黄瓜幼苗生长的影响

王雪芸 李豫婷 乜怡暄 田永强 马 斯

（中国农业大学园艺学院，设施蔬菜生长发育调控北京市重点实验室，北京 100193）

近年来，我国设施农业发展迅猛，设施栽培面积和总产量均已跃居世界首位。但是，在设施栽培快速发展的过程中，由于肥料的过量投入，加上设施内部土壤不能接受雨水淋盐、温室内气温高、蒸发量大所形成的水盐向上运动等因素，设施中的土壤次生盐渍化严重，导致设施内部作物光合作用效率和抗性下降，产量和品质衰减（Egamberdieva et al.，2019；田恬 等，2021；刘淑丽 等，2023）。土壤次生盐渍化已经成为制约我国设施蔬菜生产的主要逆境胁迫之一。

黄瓜（CucumissativusL.）是葫芦科主要的蔬菜作物之一，在我国设施栽培的蔬菜作物中占重要地位。黄瓜属于盐敏感型蔬菜，在生产中易遭受盐害导致产量和品质降低（杨秀玲 等，2004；刘东让 等，2021）。盐胁迫下黄瓜幼苗会出现株高降低、叶片变小、生长点萎缩以及水分代谢等被抑制的情况（杨建军 等，2017）。另外，盐胁迫还会使植物体内大量积累Na+和Cl-，导致细胞内Na+、K+比例失衡，从而使植物遭受渗透胁迫、氧化胁迫、离子毒害、代谢系统紊乱，造成植株水分缺失和氧化应激损伤（Nazar et al.，2011；Liu et al.，2017；Gong et al.，2020）。因此，开展盐胁迫对黄瓜的影响以及缓解盐胁迫对黄瓜伤害的研究具有重要的科学和现实意义。

近年来，通过外源施加植物生长调节剂来提高作物耐盐性的方法被广泛应用于农业生产中。研究表明，外源施加腐胺可以调节盐胁迫下黄瓜幼苗的抗氧化性以减少膜脂过氧化程度，进而维持较高的光合性能，有效促进盐胁迫下黄瓜幼苗生长（李雅洁和陆晓光，2017）。通过外源施加水杨酸和茉莉酸可以提高荞麦幼苗的耐盐性（杨洪兵和孙萍，2012）。此外，马原松等（2018）研究发现，外源施加精胺可提高小麦幼苗抵抗盐胁迫能力，缓解盐胁迫的伤害。

β-环柠檬醛是由β-胡萝卜素代谢衍生出的一种内源性挥发性化合物，它广泛存在于植物中并具有多种生理功能，目前已经在植物的根、叶、花和果实等器官中被检测到（Moraga et al.，2009；Chen et al.，2017）。研究发现，β-环柠檬醛会引起硅藻细胞破裂和微囊藻的细胞溶解，对硅藻生长不利（Ozaki et al.，2008），但是β-环柠檬醛对维管植物的生长发育发挥着重要的作用。研究表明，β-环柠檬醛可以增强拟南芥对强光和干旱胁迫的耐受性（Ramel et al.，2012；D’Alessandro et al.，2019）。类胡萝卜素裂解双加氧酶（CCD）作为β-环柠檬醛合成的关键酶，过表达AtCCD4b可以显著提高拟南芥对多种外界逆境胁迫的耐受性，如盐胁迫、干旱胁迫和氧化胁迫等（Baba et al.，2015）。另外，β-环柠檬醛可以诱导根分生细胞的分裂并增加主根长度和侧根分枝，从而促进植物根的发育（Dickinson et al.，2019）。因此，β-环柠檬醛有望成为在农业生产中可用的生长调节剂。

本试验以津春4号为试材，拟探究β-环柠檬醛对盐胁迫下黄瓜幼苗生长的影响，以期为进一步研究β-环柠檬醛缓解植物盐胁迫伤害机理提供依据，也为黄瓜在生产实际中减缓盐胁迫伤害提供可行的途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试黄瓜品种为津春4号，采用盆栽方式进行试验。选取饱满的黄瓜种子，用55 ℃温水浸泡15 min，置于28 ℃恒温培养箱中催芽24 h，种子露白后在50 孔穴盘中播种育苗，基质比例为草炭∶蛭石=1∶1（体积比）。在黄瓜幼苗两叶一心时进行β-环柠檬醛（βcyc）或NaCl 盐胁迫处理。β-环柠檬醛购自阿法埃莎（中国）化学有限公司（Alfa Aesar），NaCl 购自国药集团化学试剂有限公司。

1.2 试验方法

试验于2022年4月至2023年1月在中国农业大学园艺学院西校区科学园日光温室中进行。设置4 个处理，分别为：① CK，常规根部灌清水；② βcyc 处理，根施75 μmol·L-1β-环柠檬醛；③NaCl 处理，根施150 mmol·L-1NaCl；④ βcyc +NaCl 处理，根施75 μmol·L-1β-环柠檬醛 + 150 mmol·L-1NaCl。每个处理54 株黄瓜幼苗，设3 次生物学重复。每株施入10 mL。处理方式：所有处理都在黄瓜两叶一心时进行，NaCl 处理在黄瓜幼苗根部进行50 mmol·L-1（1 d）-100 mmol·L-1（1 d）-150 mmol·L-1（3 d）梯度盐胁迫；βcyc +NaCl 处理则在根施β-环柠檬醛后，第3 天开始梯度盐胁迫。处理至第8 天，取样测定相关指标，部分样品于-80 ℃超低温冰箱储存备用。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生物量的测定 将黄瓜幼苗的地上部和地下部分别取样，先用自来水冲洗2～3 次，再用蒸馏水冲洗2 次，用吸水纸吸干后称量鲜样质量；105℃杀青15 min，65 ℃烘干至恒量，称量干样质量；株高用卷尺测量植株根茎结合处到最新生长点处；茎粗用游标卡尺测量地上部基部1 cm 处。

1.3.2 光合色素含量和SPAD 的测定 对处理后的黄瓜第2 片真叶进行取样，取样时避开叶片的主叶脉，用打孔器取10 个圆片作为1 个试验组，3 次生物学重复。将样品放入10 mL 的95%乙醇中，黑暗浸提24 h；将提取液混匀并取上清液，用紫外分光光度计分别测定649、665、470 nm 3 个波长下的吸光度，计算叶绿素（包括叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素）和类胡萝卜素的含量。SPAD 采用手持叶绿素仪SPAD-502 plus 测定，每个处理设置3 次生物学重复。

1.3.3 叶片相对电导率的测定 对处理后的黄瓜第1 片真叶进行取样，取样时避开叶片的主叶脉，用打孔器取10 个圆片作为1 个试验组，3 次生物学重复。将10 个圆片放入装有20 mL 蒸馏水的50 mL 离心管中，放于摇床（180 r·min-1）摇2 h 后，测定电导值记为EC1；煮沸15 min 并冷却至室温后再摇2 h，测定电导值记为EC2。以蒸馏水作对照，测定电导值记为EC0。计算相对电导率：相对电导率=（EC1- EC0）/（EC2- EC0）×100%。

1.3.4 MDA 含量的测定 黄瓜幼苗根和叶片的丙二醛含量测定参考高俊凤（2006）的硫代巴比妥酸法，每个处理设置3 次生物学重复。

1.3.5 超氧阴离子和过氧化氢含量的测定 黄瓜幼苗根和叶片的超氧阴离子和过氧化氢含量的测定均采用试剂盒法（超氧阴离子含量检测试剂盒：BC1295-100T/96S；过氧化氢含量检测试剂盒：BC3595-100T/96S），购自北京索莱宝科技有限公司，每个处理设置3 次生物学重复。

1.3.6 Na+和K+含量的测定 黄瓜幼苗根和叶片中Na+和K+含量的测定参考Wang 等（2017）的方法，每个处理设置3 次生物学重复。

1.4 数据分析

使用Microsoft Excel 2010 软件进行数据统计并制图，利用SPSS 软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 根施β-环柠檬醛对NaCl 胁迫下黄瓜幼苗生物量的影响

由表1 可知，黄瓜幼苗鲜质量、株高和茎粗在NaCl 胁迫下均显著下降。与CK 相比，NaCl 处理的黄瓜幼苗地上部鲜质量、地下部鲜质量、总鲜质量、株高和茎粗分别下降了27.30%、45.83%、31.94%、8.07%和12.36%；根施β-环柠檬醛处理对黄瓜幼苗生长影响不大。与NaCl 处理相比，根施β-环柠檬醛 + NaCl 处理可显著提高黄瓜幼苗的地上部鲜质量、总鲜质量、株高和茎粗，分别增加20.19%、18.46%、10.16%和12.39%。

表1 根施β-环柠檬醛对NaCl 胁迫下黄瓜幼苗生物量的影响

2.2 根施β-环柠檬醛对NaCl 胁迫下黄瓜幼苗光合色素含量和SPAD 的影响

从图1 可以看出，NaCl 胁迫下，黄瓜幼苗光合色素含量和SPAD 均显著下降。与CK 相比，NaCl 处理的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量和SPAD 分别下降51.95%、25.67%、42.05%、62.30%和17.53%。与NaCl 处理相比，根施β-环柠檬醛 + NaCl 处理的叶绿素a、总叶绿素、类胡萝卜素含量和SPAD 显著增加，分别增加59.04%、35.89%、41.30%和10.31%。表明盐胁迫下，外源添加β-环柠檬醛可以显著抑制黄瓜幼苗叶片中光合色素含量的降低。

图1 根施β-环柠檬醛对NaCl 胁迫下黄瓜幼苗光合色素含量和SPAD 的影响

2.3 根施β-环柠檬醛对NaCl 胁迫下黄瓜幼苗相对电导率和丙二醛含量的影响

从图2 可以看出，与CK 相比，NaCl 胁迫下黄瓜幼苗的叶片相对电导率和根、叶片中的MDA含量均显著升高，分别提高2.34 倍和66.40%、44.95%；与NaCl 处理相比，根施β-环柠檬醛 +NaCl 处理使黄瓜幼苗的叶片相对电导率和根中MDA 含量显著降低，分别降低40.43%和28.12%。

图2 根施β-环柠檬醛对NaCl 胁迫下黄瓜幼苗叶片相对电导率和根、叶片丙二醛含量的影响

2.4 根施β-环柠檬醛对NaCl 胁迫下黄瓜幼苗过氧化氢和超氧阴离子含量的影响

从图3 可以看出，与CK 相比，NaCl 胁迫下黄瓜幼苗的根和叶片的过氧化氢含量无显著差异，但是叶片和根的超氧阴离子含量显著增加，分别增加了37.24%和54.45%。与NaCl 处理相比，根施β-环柠檬醛 + NaCl 处理的黄瓜幼苗叶片中过氧化氢含量下降22.32%，根和叶片中超氧阴离子含量分别降低21.84%和28.58%。

图3 根施β-环柠檬醛对NaCl 胁迫下黄瓜幼苗过氧化氢和超氧阴离子含量的影响

2.5 根施β-环柠檬醛对NaCl 胁迫下黄瓜幼苗Na+和K+ 含量的影响

由图4 可知，与CK 相比，根施β-环柠檬醛处理可以显著降低黄瓜根部Na+含量，NaCl 胁迫使黄瓜幼苗叶片和根部Na+的含量显著增加，K+的含量显著降低，Na+/K+显著升高。与NaCl 处理相比，根施β-环柠檬醛 + NaCl 处理使黄瓜幼苗根和叶片中Na+含量分别降低15.93%和36.48%；叶片中K+含量增加10.84%，Na+/K+降低37.14%，而根部Na+/K+升高，差异均达显著水平。

图4 根施β-环柠檬醛对NaCl 胁迫下黄瓜幼苗Na+和K+含量的影响

3 讨论与结论

β-环柠檬醛是一种新的可触发植物抗逆性信号的物质，诸多研究表明，β-环柠檬醛在促进植物抵抗逆境胁迫方面发挥着重要作用（Ramel et al.，2012；D’Alessandro et al.，2019；Deshpande et al.，2021）。然而β-环柠檬醛在蔬菜作物上抵抗盐胁迫的研究未见有报道。盐胁迫通过影响黄瓜幼苗根系的正常生长过程继而抑制生物量积累，使幼苗株高、地上部鲜质量降低（刘凤兰 等，2013）。本试验结果表明，在盐胁迫下，根施75 μmol·L-1β-环柠檬醛可以显著提高黄瓜幼苗株高、茎粗及全株鲜质量，说明75 μmol·L-1的β-环柠檬醛可以缓解盐胁迫，促进黄瓜幼苗的生长，提高生物量的积累。光合色素在光吸收阶段起着重要作用，其含量往往对植物光合能力起决定性作用（高星星等，2021；滕元旭 等，2023）。当植物遭受胁迫时，植物体内会产生过量活性氧对植物细胞造成氧化损伤，损坏叶绿体结构，抑制光合色素的合成（许基磊 等，2022）。盐胁迫下，黄瓜叶片中的叶绿素含量降低，叶片发黄，光合作用减弱，最终导致植株提前凋亡（张海那，2018）。本试验中，盐胁迫使黄瓜幼苗叶片中叶绿素a、总叶绿素和类胡萝卜素的含量显著降低，而外源根施75 μmol·L-1β-环柠檬醛显著提高了叶片中光合色素的含量，有效缓解盐胁迫对黄瓜幼苗的伤害，提高了盐胁迫下黄瓜幼苗的光合能力。

植物受到盐胁迫后会破坏体内自由基的平衡状态，引起膜脂过氧化反应，而膜脂过氧化反应可有效衡量盐胁迫引发的膜氧化损伤程度（李畅 等，2015；肖爽 等，2021）。丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的主要产物，其含量高低可以反应生物膜的损伤程度，在盐胁迫下活性氧积累引发膜脂的过氧化反应，导致MDA 含量增加，使细胞膜功能受损，甚至造成细胞死亡（邹京南 等，2019），如高浓度盐能增大黄瓜叶片的细胞膜通透性，破坏膜系统结构，使黄瓜叶片的相对电导率、细胞损伤程度升高（沈季雪和蒋景龙，2017）。本试验中，在盐胁迫下根施β-环柠檬醛使黄瓜幼苗叶片的相对电导率、叶片中H2O2含量以及叶片和根系中的MDA和超氧阴离子含量均降低，75 μmol·L-1的β-环柠檬醛可有效缓解盐胁迫中黄瓜幼苗膜脂过氧化和活性氧分子的积累，减缓盐胁迫对植株的伤害程度。因此认为75 μmol·L-1的β-环柠檬醛激发了盐胁迫下黄瓜幼苗的氧化损伤的防御反应，通过减少活性氧的产生或积累缓解盐胁迫对黄瓜幼苗的伤害。盐胁迫下，植株体内Na+的含量显著增加，K+的含量显著降低，细胞内Na+/K+显著增加，一方面会打破植物细胞正常的离子平衡，另一方面过量的Na+积累还会对细胞造成离子毒害（Niu et al.，2018；Yun et al.，2018）。本试验结果表明，盐胁迫下，外源施加β-环柠檬醛可显著降低Na+在黄瓜幼苗中的含量，并维持体内较低的Na+/K+，表明75 μmol·L-1的β-环柠檬醛有助于增强黄瓜幼苗的耐盐性，进而促进植株在盐胁迫环境中生长。

综上所述，75 μmol·L-1β-环柠檬醛可有效提高盐胁迫下黄瓜幼苗的抗氧化和渗透调节能力，改善自身生物量积累和减轻膜损伤程度，显著提高黄瓜的耐盐性，促进植株生长。