外源褪黑素对盐胁迫下萝卜幼苗生长的影响

彭笑洁 崔玉莹 王浩 张梓贺 武春成 谢洋

摘    要：土壤鹽渍化严重制约萝卜高效生产，褪黑素（melatonin，MT）作为天然抗氧化剂，在响应植物非生物胁迫中发挥重要作用。以满堂红萝卜为试验材料，分别采用浓度为0、50、100、150、200 μmol·L-1的MT进行喷施处理，筛选对萝卜生长最佳的MT浓度；采用基质盆栽，以200 mmol·L-1 NaCl浇灌作为盐胁迫环境，以0 μmol·L-1 MT（T1）和筛选出的最佳MT浓度（T2， 150 μmol·L-1）溶液喷施萝卜幼苗为处理组，非盐胁迫与未喷施MT作对照（CK）。结果表明，与CK相比，盐胁迫显著降低萝卜幼苗株高（定植后29 d 除外）、茎粗、株幅、叶长、叶宽（定植后29 d 除外）等指标，喷施150 μmol·L-1 MT可提高定植25 d 后的萝卜幼苗株高、茎粗、株幅、叶长、叶宽和叶绿素含量，增强SOD和CAT活性，降低MDA含量；其中定植后29 d，喷施150 μmol·L-1 MT和0 μmol·L-1 MT相比，株高、茎粗、叶长、叶宽和叶绿素含量分别提高了26.79%、28.16%、16.81%、29.11%、7.72%，SOD和CAT活性分别显著提高了32.12%和40.76%，MDA含量显著降低了38.92%，表明喷施150 μmol·L-1外源 MT可有效缓解盐胁迫对萝卜幼苗的伤害，有效促进萝卜幼苗生长。

关键词：萝卜；盐胁迫；褪黑素；幼苗生长

中图分类号：S631.1 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）05-157-06

Effects of exogenous melatonin on growth of radish seedlings under salt stress

PENG Xiaojie， CUI Yuying， WANG Hao， ZHANG Zihe， WU Chuncheng， XIE Yang

（Hebei Key Laboratory of Horticultural Germplasm Excavation and Innovative Utilization/College of Horticulture Science and Technology， Hebei Normal University of Science and Technology ， Qinhuangdao 066004， Hebei， China）

Abstract： Soil salinization seriously restricts the efficient production of radish. Melatonin（MT）， as a natural antioxidant， plays an important role in responding to plant non-biological stress. Mantanghong radish was used as experimental material to be sprayed by MT with concentrations of 0， 50， 100， 150 and 200 μmol·L-1， respectively， to screen the best MT concentration for radish growth. Then， a matrix pot was used to irrigate radish with 200 mmol·L-1 NaCl as salt stress environment， spray radish with 0 μmol·L-1 MT（T1）and the optimal MT concentration（T2）solution as treatment group， and control group（CK）was used between non-salt stress and non-spray MT. The results showed that compared with CK， salt stress significantly decreased the plant height（except 29 d after planting）， stem diameter， leaf length and leaf width（except 29 d after planting）of radish seedlings. Spraying 150 μmol·L-1 MT could increase the plant height， stem diameter， plant width， leaf length， leaf width and chlorophyll content of radish seedlings on 25 days after implantation. The activity of SOD and CAT was increased， and the content of MDA was decreased. On 29 days after implantation， compared with 150 μmol·L-1 MT and 0 μmol·L-1 MT， plant height， stem diameter， leaf length， leaf width and chlorophyll content increased by 26.79%， 28.16%， 16.81%， 29.11% and 7.72%， respectively. SOD and CAT activities were significantly increased by 32.12% and 40.76%， respectively， and MDA content was significantly decreased by 38.92%， indicating that spraying 150 μmol·L-1 exogenous MT could effectively alleviate the damage of salt stress on radish seedlings and promote the growth of radish seedlings.

Key words： Radish; Salt stress; Melatonin; Seedling growth

中国盐碱地的总面积达9913万hm2，主要分布在东北、华北、西北地区，盐碱地的开发利用具有重大价值[1]。盐碱胁迫会破坏植物光合中心，抑制电子传递，加速叶绿素降解，降低光合速率和养分吸收能力[2-6]，严重影响植物生长[7-9]。由于设施内的土壤长期处于封闭的环境中，缺少天然雨水的淋溶，作物栽培种类较为单一，长期不合理施肥等生产状况导致设施内的土壤盐渍化程度越来越严重[10]。土壤盐渍化对植物的形态发育表现为抑制器官和组织的生长，产量也因此降低[11-12]。

萝卜（Raphanus sativus L.）是十字花科萝卜属重要的一、二年生根菜类蔬菜作物，在世界各地广泛种植，具有一定的营养价值和药用价值[13]。设施和露地均有萝卜栽培，而盐胁迫会抑制植物光合作用，一方面是无机盐离子的毒害作用抑制了光合色素的活性；另一方面是过多的无机盐离子影响植物细胞渗透势，从而影响光合作用。植物在逆境胁迫下净光合速率呈下降趋势，有机物合成减少，导致植物无法正常生长[14]。因此盐碱地种植萝卜会造成种子发芽率低和植株生长发育不良的现象[15]。

褪黑素（melatonin，MT）是存在于众多生物中的一种吲哚类物质[16]，具有类似IAA的作用，可以促进种子萌发、植物生长以及不定根形成[17]。Liang等[18]研究表明，外源MT可以通过促进猕猴桃幼苗根系结构的发育，减缓脂质过氧化和色素降解，减轻细胞膜损伤，促进渗透物质积累，抑制或促进某些蛋白的降解或合成，抑制气孔关闭，提高光能吸收，通过促进光系统中的电子传递来提高光合速率，从而增强幼苗对干旱胁迫的适应性。有研究表明，化学药剂胁迫可以诱导大麦根系中MT的合成，MT含量的增加可能在防御化学诱导的应激和其他非生物/生物应激中发挥重要的抗氧化作用[19]。外施MT能有效降低盐胁迫下番茄幼苗的光系统功能，降低叶绿素含量和净光合速率，增强番茄幼苗的耐盐能力[20]。因此，通过施用MT等外源物质或培育耐盐碱品种等手段是开发利用盐碱地的重要途径。

MT是一种天然的抗氧化剂，已被证实在萝卜抵抗盐胁迫、镉胁迫等非生物胁迫方面发挥重要作用[21-22]。笔者以满堂红萝卜为试材，筛选对萝卜生长的最佳MT浓度，研究喷施MT对盐胁迫下萝卜幼苗形态和生理方面的影响，以期为盐渍环境下萝卜高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021年11－12月在河北科技师范学院园艺园林试验站1号日光温室进行。供试材料满堂红萝卜种子购于天津市蓟农种子有限公司，该品种近板叶型，叶片深绿色，肉质根椭圆形，根地上部皮色绿，地下部皮色白，主根细长，肉色血红，耐糠心，具有一定的抗病毒病、霜霉病、软腐病和黑心病的特性。MT购于北京索莱宝科技有限公司，其他分析纯等药品由河北科技师范学院园艺科技学院中心实验室提供。

1.2 试验方法

1.2.1    最佳MT浓度筛选    采用穴盘育苗，待幼苗2叶1心时，将其定植于口径10 cm营养钵中，株行距均为15 cm，小区面积20 m2。定植7 d后，于每天18：00分别采用0 （CK0）、50（M1）、100（M2）、150（M3）、200 μmol·L-1（M4）的MT喷施叶片，以叶面有水珠滴落为处理标准，连续处理1周，于定植后15 d测定幼苗的株高、茎粗、株幅等生长指标，筛选出最佳MT浓度。

1.2.2    MT喷施对盐胁迫下萝卜幼苗生长的影响    采用穴盘育苗，方法同1.2.1。以200 mmol·L-1 NaCl浇灌作为盐胁迫环境，以喷施0 μmol·L-1 MT（T1）及前期筛选出最佳MT溶液（T2）喷施为处理组。于定植后15 d进行盐胁迫处理，定植后20 d喷施MT，处理方法同1.2.1。采用随机区组设计，设置对照组（CK，0 μmol·L-1 MT+ 0 mmol·L-1 NaCl），每个处理12株，设置3个生物学重复。

1.3 生理指标测定

于定植后15、20、25、27、29 d分别测定幼苗的株高、茎粗、株幅等生长指标，每个处理测3株，3次重复。用SPAD-502Plus型叶绿素仪（美国KONICA MINOLTA公司）测定同一叶片叶绿素含量。将定植后29 d各处理与对照植株叶片取样，参照刘永军等编著的《植物生理生化实验》[23]测定生理指标，采用氮蓝四唑光化还原法测定叶片的超氧化物歧化酶（SOD）活性，采用紫外吸收法测定过氧化氢酶（CAT）活性，采用过氧化物酶试剂盒（蘇州科铭生物技术有限公司）测定过氧化物酶（POD）活性，采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛（MDA）含量。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2022软件进行数据处理及作图；采用DPS 9.01软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度MT对萝卜幼苗株高、茎粗、株幅的影响

由表1可知，在定植后15 d，与对照CK0相比，150 μmol·L-1（M3）MT喷施对萝卜幼苗株高、茎粗、株幅影响作用最大，分别显著提高54.21%、22.00%、48.98%。因此选择150 μmol·L-1MT为后续盐胁迫下萝卜幼苗喷施浓度。

2.2 外源MT对盐胁迫下萝卜幼苗株高、茎粗、株幅的影响

由图1可知，在定植后15 d，萝卜株高、茎粗、株幅无显著差异。定植后20 d，T1和T2处理的株高、茎粗、株幅均较CK显著降低，其中株高分别下降了16.57%、17.20%，说明盐胁迫限制了萝卜幼苗生长。定植后25 d，T2处理萝卜株高最高，与T1相比呈显著差异；定植后27 d，T2处理萝卜株高较T1显著提高20.61%；定植后29 d，T2株高最高，分别较CK和T1显著提高29.09%和26.79%，说明喷施MT可以促进萝卜生长。

在定植后25、27、29 d，T2处理的茎粗分别较T1显著提高18.51%、24.55%、28.16%。在定植后27、29 d，T2和CK相比株幅差异不显著，在定植后20、25 d，T2和CK相比株幅差异显著；其中在定植后25 d，T2处理的株幅较T1显著提高了29.97%。

2.3 外源MT对盐胁迫下萝卜幼苗叶长、叶宽、叶片数的影响

由图2可知，在定植后15 d，不同处理的萝卜幼苗的叶长、叶宽均无显著差异；但在定植后20 d，T1、T2处理的叶长、叶宽较CK显著降低，说明盐胁迫处理抑制了萝卜幼苗的生长。在定植后25、27、29 d，CK和T2处理的叶长均显著高于T1，但CK和T2处理无显著差异。在定植后25、27、29 d，CK和T2处理的叶宽均高于T1，其中定植后29 d，T2處理显著高于T1，但与CK差异不显著。在定植后25 d，T2处理的叶片数显著高于T1；定植27 d后，T1、T2处理叶片数差异不显著，但均显著低于CK。

2.4 外源MT对盐胁迫下萝卜幼苗叶绿素含量的影响

由图3可知，在定植后20 d，与CK相比，盐胁迫显著降低了萝卜幼苗叶片的叶绿素含量，T1处理叶绿素含量降低5.0%。在定植后27和29 d，T2处理的幼苗叶绿素含量均显著高于CK和T1处理，分别较T1处理提高了5.31%、7.72%。说明喷施外源MT可促进盐胁迫下萝卜苗期叶片叶绿素的合成。

2.5 外源MT对盐胁迫下萝卜幼苗酶活性和MDA含量的影响

由图4可知，与CK相比，T1和T2处理的萝卜幼苗SOD、POD、CAT活性均显著提高。T2处理的SOD和CAT活性较T1处理分别显著提高了32.12%、40.76%，但POD活性没有显著差异。与CK相比，T1处理的MDA含量显著升高了236.81%，说明盐胁迫造成萝卜幼苗叶片细胞过氧化程度加剧；T2处理的MDA含量较T1显著降低了38.92%，说明施用MT能降低盐胁迫下细胞内MDA含量以缓解细胞脂质过氧化对萝卜幼苗的伤害。

3 讨论与结论

盐胁迫下植物生理生化代谢过程受到影响，植物通过主动或被动的形态调节可以提高对胁迫环境的适应性[24]。徐玉伟等[25]研究发现，盐胁迫会显著降低黄瓜幼苗的株高、茎粗和叶面积等指标。夏铭等[26]研究表明，对江南圆白萝卜施用褪黑素50～500 μmol·L-1，江南圆白萝卜幼苗生长和抗性随喷施浓度增加而升高，其中浓度为500 μmol·L-1时株高、茎粗、鲜质量与干质量显著高于其他处理。可见，施用外源褪黑素对种子的萌发和幼苗生长具有一定的促进作用，但因作物种类、生长环境、生长时期、试验条件的不同，适宜的褪黑素浓度亦有差别。在干旱条件下，外源MT可提高大豆、小麦光合同化能力和抗氧化酶活性，减少细胞膜损伤，提高抗旱能力和产量[27-29]。盐胁迫能够通过气孔性限制和非气孔性限制来调节植物的光合作用；同时也会影响植物叶绿素的合成，过多的NaCl会导致已经合成的叶绿素降解，造成叶绿素含量下降[30]。何磊[31]研究发现，在低温胁迫下，根施500 μmol·L-1外源MT可通过维持萝卜幼苗叶表皮厚度、栅栏组织紧实度、海绵组织细胞的大小，提高净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率等光合指标，以及SOD、POD、CAT、APX等抗氧化酶活性；同时，脯氨酸含量增加，MDA含量、相对电导率、H2O2含量、超氧阴离子含量等显著降低，从而缓解低温处理对萝卜幼苗的氧化损伤。笔者研究表明，在苗期盐胁迫下，施用150 μmol·L-1的MT可以提高植株株高、茎粗、叶长、叶宽、叶绿素含量、SOD和CAT活性，降低MDA含量等，与前人研究结果相一致。但是在萝卜幼苗叶面喷施MT并没有提高叶片的POD活性，推测MT缓解萝卜幼苗盐胁迫伤害主要是通过提高叶片内SOD和CAT活性，而非POD活性。笔者的研究仅以外源物MT为例，探究盐胁迫下MT喷施对萝卜幼苗生理特性的影响，对盐胁迫下萝卜植株后期的生长发育、产量和品质的影响还有待于进一步研究。此外，笔者仅针对150 μmol·L-1外源MT处理对盐胁迫下萝卜幼苗生长的影响进行研究，而其他浓度的外源MT处理对盐胁迫的缓解效应尚不清楚，还需要在后续的研究中开展相关试验。

综上所述，与CK相比，盐胁迫显著降低萝卜幼苗株高（定植后29 d 除外）、茎粗、株幅、叶长、叶宽（定植后29 d 除外）等指标；盐胁迫下喷施150 μmol·L-1 MT可提高定植25 d后的萝卜幼苗株高、茎粗、株幅、叶长、叶宽和叶绿素含量，增强SOD和CAT活性，降低MDA含量，表明喷施150 μmol·L-1外源 MT可有效缓解盐胁迫对萝卜幼苗的伤害，有效促进萝卜幼苗生长。

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