In this study, the effects of isoosmotic solution of Mg(NO3)2 and NaCl on seedling growth, leaf lipid peroxidation, antioxidant enzyme activities, and osmotic adjustment substance accumulation were investigated using three cucumber cultivars with different ecotypes. Then salt tolerance was evaluated by membership function method. The results revealed that under the stress of 60 and 80 mmol·L-1 Mg(NO3)2 solution and its isotonic 90 and 120 mmol·L-1 NaCl solution, the seedling traits such as height, stem diameter, leaf area, fresh and dry mass of aerial part and underground parts, and antioxidant enzymes activity were obviously decreased with the increasing concentration of Mg(NO3)2 and its isotonic NaCl in the three cucumber cultivars. Moreover, the inhibitory effects became more obvious with the increasing concentration of either Mg(NO3)2 or NaCl solution. MDA content and membrane lipid peroxidation were enhanced in cucumber seedlings. Among the three cultivars, SJ31-1 changed less than the other two cultivars regarding the reduced amplitudes of biomass, and activity of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT), and the increased amplitude of MDA. In addition, Mg(NO3)2 solution inhibited seedling growth more strongly than isotonic NaCl solution did, such difference was relatively significant with increasing the concentration of solution. The contents of proline, soluble amino acids, and soluble sugars varied depending on the cucumber genotype and salt type. The increased amplitude of proline content was the largest in SJ31-1, and that of soluble sugars was the largest in Lubai 19 when growing under salt treatment. The change of these parameters in Xintaimici was in between. Soluble sugars and soluble proteins were predominant osmolytes unde NaCl stress, whereas proline and soluble proteins were main osmolytes under Mg(NO3)2 stress. Comprehensive evaluation showed that salt tolerance of the three cucumber cultivars was in order of SJ31-1 > Xintaimici > Lubai 19.
全 文 :不同黄瓜品种幼苗对等渗 Mg(NO3) 2和
NaCl胁迫的生理响应∗
曹齐卫1 李利斌1 孔素萍1 邱 岸1 陈 伟1 张允楠2 孙小镭1∗∗
( 1山东省农业科学院蔬菜花卉研究所 /国家蔬菜改良中心山东分中心 /山东省设施蔬菜生物学重点实验室, 济南 250100; 2山
东农业大学园艺科学与工程学院, 山东泰安 271018)
摘 要 以 3 个不同类型的黄瓜品种为试材,采用营养液培养方法,研究等渗 Mg(NO3) 2和
NaCl胁迫对黄瓜幼苗生长、叶片膜脂过氧化、抗氧化酶活性以及渗透调节物质的影响,采用隶
属函数法对其耐盐性进行综合评价.结果表明:与对照相比,60、80 mmol·L-1Mg(NO3) 2和等
渗 90、120 mmol·L-1NaCl胁迫下,随盐浓度的增加,3种不同生态类型的黄瓜品种幼苗株高、
茎粗、叶面积、地上部和地下部干鲜质量及抗氧化酶活性显著降低,盐浓度越高,受抑制程度
越高,丙二醛含量显著升高、增幅变大,膜脂过氧化程度加重,其中‘SJ31⁃1’的生物量及超氧
化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性下降幅度及丙二醛含量上升
幅度均小于其他品种.等渗浓度的 Mg(NO3) 2比 NaCl 对黄瓜幼苗的抑制程度大,浓度越大差
异越显著.脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量变化存在基因型和盐类型的差异.盐胁迫后,
‘SJ31⁃1’的脯氨酸含量增幅最大,‘鲁白 19号’的可溶性糖含量增幅最大,‘新泰密刺’介于两
者之间. NaCl 胁迫下,不同黄瓜品种渗透调节物质以可溶性糖和可溶性蛋白为主,而
Mg(NO3) 2胁迫下以脯氨酸和可溶性蛋白为主.不同黄瓜品种耐盐性的综合评价次序为
‘SJ31⁃1’>‘新泰密刺’>‘鲁白 19号’ .
关键词 黄瓜; Mg(NO3) 2胁迫; NaCl胁迫; 生理响应; 隶属函数
∗山东省农业科学院青年科研基金项目(2014QNM24)和国家大宗蔬菜产业技术体系项目(CARS⁃25⁃G24)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: scssxl@ 163.com
2014⁃04⁃29收稿,2015⁃01⁃27接受.
文章编号 1001-9332(2015)04-1171-08 中图分类号 S642.2 文献标识码 A
Physiological responses of different cucumber cultivars seedlings to iso⁃osmotic Mg (NO3) 2
and NaCl stress. CAO Qi⁃wei1, LI Li⁃bin1, KONG Su⁃ping1, QIU An1, CHEN Wei1, ZHANG
Yun⁃nan2, SUN Xiao⁃lei1 ( 1 Institute of Vegetable and Flower, Shandong Academy of Agricultural
Sciences / Shandong Branch of National Improvement Center for Vegetables / Shandong Province Key
Laboratory for Biology of Greenhouse Vegetables, Ji’nan 250100, China; 2College of Horticulture
Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’ an 271018, Shandong, China) .
⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(4): 1171-1178.
Abstract: In this study, the effects of iso⁃osmotic solution of Mg(NO3) 2 and NaCl on seedling
growth, leaf lipid peroxidation, antioxidant enzyme activities, and osmotic adjustment substance ac⁃
cumulation were investigated using three cucumber cultivars with different ecotypes. Then salt toler⁃
ance was evaluated by membership function method. The results revealed that under the stress of 60
and 80 mmol·L-1 Mg(NO3) 2 solution and its isotonic 90 and 120 mmol·L
-1 NaCl solution, the
seedling traits such as height, stem diameter, leaf area, fresh and dry mass of aerial part and un⁃
derground parts, and antioxidant enzymes activity were obviously decreased with the increasing con⁃
centration of Mg(NO3) 2 and its isotonic NaCl in the three cucumber cultivars. Moreover, the inhibi⁃
tory effects became more obvious with the increasing concentration of either Mg(NO3) 2 or NaCl so⁃
lution. MDA content and membrane lipid peroxidation were enhanced in cucumber seedlings. Among
the three cultivars, SJ31⁃1 changed less than the other two cultivars regarding the reduced ampli⁃
tudes of biomass, and activity of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase
应 用 生 态 学 报 2015年 4月 第 26卷 第 4期
Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2015, 26(4): 1171-1178
(CAT), and the increased amplitude of MDA. In addition, Mg(NO3) 2 solution inhibited seedling
growth more strongly than isotonic NaCl solution did, such difference was relatively significant with
increasing the concentration of solution. The contents of proline, soluble amino acids, and soluble
sugars varied depending on the cucumber genotype and salt type. The increased amplitude of proline
content was the largest in SJ31⁃1, and that of soluble sugars was the largest in Lubai 19 when grow⁃
ing under salt treatment. The change of these parameters in Xintaimici was in between. Soluble sug⁃
ars and soluble proteins were predominant osmolytes unde NaCl stress, whereas proline and soluble
proteins were main osmolytes under Mg(NO3) 2 stress. Comprehensive evaluation showed that salt
tolerance of the three cucumber cultivars was in order of SJ31⁃1 > Xintaimici > Lubai 19.
Key words: cucumber; Mg(NO3) 2 stress; NaCl stress; physiological response; membership func⁃
tion.
黄瓜(Cucumis sativus)是山东省重要的设施栽
培蔬菜之一,其产量和产值位居全国首位,它在保障
全国蔬菜周年均衡供应和提高农民收入等方面具有
重要作用.黄瓜产业在山东具有优势和独特的地位,
目前,连作障碍是制约山东省黄瓜产业发展的主要
瓶颈之一,而设施土壤次生盐渍化是引起连作障碍
的一个重要因素.有研究表明,设施土壤次生盐渍化
的盐分组成与滨海盐土(NaCl)不同,其阴离子以
NO3
-、SO4 2
-为主,阳离子以 Ca2+、Mg2+为主,因产区
和施肥习惯及土壤类型不一,主导阴阳离子不
同[1-4] .提高黄瓜的耐盐水平是克服连作障碍的重要
途径之一,生产上往往采用耐盐砧木嫁接进行长季
节栽培.随着山东短季栽培模式(生长期在 4 ~ 5 个
月)的大力发展,利用自根苗进行简化早熟栽培更
适合该茬口的短平快模式.朱进[5]研究表明,耐盐强
的黄瓜接穗能显著增强其嫁接苗的抗盐能力.因此,
选育耐盐黄瓜品种对于长、短季节设施栽培中克服
土壤次生盐渍化十分必要.
近年来,有关黄瓜耐盐的研究主要集中在不同
嫁接砧木或接穗品种对 NaCl 或硝酸盐的抗性差异
及耐盐机理等方面,表明不同盐对砧木或接穗产生
的毒害程度和机理不一致[6-9] .吕杰等[6]研究表明,
3种含硝酸盐类的阳离子的影响大小依次为:钠盐>
钾盐>钙盐,在相同水平的 Na+离子条件下,NaNO3
处理对黄瓜幼苗生长的影响大于 NaCl处理;王丽萍
等[7]研究表明,NaCl对黄瓜不同嫁接砧木的伤害较
等渗 Ca(NO3) 2严重,童辉等[8]利用‘津春 2 号’黄
瓜品种也得到了相同的结果;也有研究表明,‘津优
3号’黄瓜品种表现出对 Ca(NO3) 2的伤害程度较等
渗 NaCl严重[9] .
可见,植株的耐盐差异受不同的盐成分和不同
基因型影响.因此如何依据生产现状采用合理的盐
分处理,科学有效地评价黄瓜幼苗期耐盐性具有重
要的意义.本课题组在调查研究山东省黄瓜主产区
出现严重连作障碍的 13 年设施表层土壤溶液阴阳
离子成分组成的基础上,发现阳离子以 Mg2+、阴离
子以 NO3
-为主[4] .本文以 ‘新泰密刺’、 ‘鲁白 19
号’和‘SJ31⁃1’3种不同类型黄瓜种质为试材,采用
Mg(NO3) 2和等渗 NaCl 进行苗期处理,从其形态指
标、膜脂过氧化程度、抗氧化酶系统的变化以及渗透
调节物质等方面进行比较,并利用多指标隶属函数
法进行综合评价,旨在了解不同黄瓜品种耐盐差异
和筛选耐盐品种资源,为进一步开展耐盐黄瓜育种
提供科学依据.
1 材料与方法
1 1 试验材料
选用‘新泰密刺’(华北型、耐低温弱光能力强、
高抗枯萎病)、‘鲁白 19 号’ (华南型、风味品质突
出)、‘SJ31⁃1’(欧美温室型、全雌、强单性结实)3 个
类型的黄瓜品种为供试材料,由山东省农业科学院
蔬菜花卉研究所提供.
1 2 试验处理
试验于 2012年 10月在山东省农业科学院蔬菜
花卉研究所日光温室内进行.选取种子饱满、整齐一
致的黄瓜种子按常规方法浸种、催芽,种子露白后播
于石英砂基质的 50孔穴的育苗盘中.待子叶完全展
平第 1片真叶初现后,选取生长一致的健壮幼苗移
栽到含 6 L营养液的聚乙烯塑料盆内,每盆 9 株,采
用日本山崎黄瓜配方[10]营养液培养.
当植株长至 3 叶 1 心时进行盐胁迫处理,每个
品种用分别含有 60、80 mmol·L-1Mg(NO3) 2和 90、
120 mmol·L-1NaCl的营养液进行盐胁迫处理,以全
部营养液处理为对照 ( CK ). 为防止盐刺激,
Mg(NO3) 2处理按 20 mmol·L
-1的浓度梯度递增,
NaCl处理按 30 mmol·L-1的浓度梯度递增,各处理
2711 应 用 生 态 学 报 26卷
在第 4 天达到预定浓度.达到预定浓度后的第 10
天,胁迫症状比较明显,进行幼苗的生长指标和生理
指标的测定,其中各处理叶面积和生理指标的测定
以第 3 片功能叶为标准.重复 3 次,随机排列,处理
期间每 5天更换 1次营养液.
1 3 测定项目与方法
1 3 1生长指标 用游标卡尺测量幼苗株高、茎粗;
根据叶片长 ( L)和宽 (W)计算叶面积,叶面积 =
14 16-5.0L+0.94L2+0.47W+0.63W2-0.62LW[11];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,然后于 105 ℃下杀青 15 min,75
℃下烘干至恒量,称干样质量.
1 3 2生理指标 酶液提取参照朱祝军等[12]的方
法,过氧化物酶(POD)、超氧化物岐化酶(SOD)和
过氧化氢酶(CAT)的活性、以及丙二醛(MDA)、脯
氨酸(Pro)、可溶性蛋白和可溶性糖含量的测定方
法参照郝再彬等[13]方法进行.
1 3 3耐盐性隶属函数法评价 采用隶属函数法对
80 mmol·L-1Mg(NO3) 2和 120 mmol·L
-1NaCl胁迫
下黄瓜品种进行耐盐性评价,耐盐隶属函数值计算
公式:
X(u)=
x-xmin
xmax-xmin
式中:x为黄瓜各品种在某一指标测定相对值;xmax
为所试品种中某一指标测定相对值的最大值;xmin为
该指标中相对值的最小值.如果与耐盐性为负相关,
则用反隶属函数进行转换,计算公式为:
X(u)= 1-
x-xmin
xmax-xmin
将各品种不同指标的隶属函数值进行累加后计
算平均值,平均值越大,耐盐性越强.
1 4 数据处理
采用 Excel 2003软件对数据进行统计分析和作
图,采用 DPS 7.5统计软件中的 Duncan 法进行差异
显著性检验(α = 0. 05).图表中数据为平均数±标
准差.
2 结果与分析
2 1 不同浓度盐胁迫对黄瓜幼苗生长的影响
由表 1可知,3 种不同类型的黄瓜品种幼苗株
高、茎粗、叶面积及地上部和地下部干鲜质量均随盐
浓度增加而显著降低,表明高盐浓度抑制了黄瓜幼
苗的生长,而且浓度越高对黄瓜幼苗的抑制程度越
大.等渗浓度的 Mg(NO3) 2较 NaCl 对黄瓜幼苗的抑
制程度更强,且差异显著.
不同品种对不同盐溶液胁迫的反应程度不同.
在高浓度等渗 120 mmol·L-1NaCl 和 80 mmol·L-1
Mg(NO3) 2胁迫下,与对照相比,黄瓜品种‘SJ31⁃1’
幼苗株高降低幅度较小,比对照下降了17 .5%和
表 1 盐胁迫对不同黄瓜幼苗的生长指标的影响
Table 1 Effects of salt stress on the growth index of different cucumber seedlings
品种
Cultivar
处理
Treatment
盐浓度
Salt
concentration
(mmol·L-1)
H
(cm)
SD
(mm)
LA
(cm2)
SFM
(g·plant-1)
SDM
(g·plant-1)
RFM
(g·plant-1)
RDM
(g·plant-1)
鲁白 19号 CK 0 32.00±1.58a 5.14±0.40a 36.26±6.39a 9.82±0.45a 0.73 ±0.07a 2.64±0.33a 0.100±0.010a
Lubai19 NaCl 90 23.80±1.92b 4.25±0.38b 21.11±4.08b 7.36±0.61b 0.59 ±0.04b 2.10±0.15b 0.072±0.005b
120 19.00±1.58bc 4.13±0.34b 15.60±5.12c 5.30±0.95c 0.43 ±0.10c 0.84±0.23d 0.042±0.020cd
Mg(NO3) 2 60 17.80±1.92c 3.48±0.21c 20.11±2.80b 6.12±0.31c 0.51±0.04bc 1.20±0.15c 0.047±0.006c
80 15.00±1.58d 2.91±0.13d 12.65±2.40d 5.26±1.18c 0.35 ±0.06d 0.86±0.13d 0.039±0.004d
新泰密刺 CK 0 23.60±2.07a 3.66±0.20a 29.83±5.32a 9.50±1.70a 0.72±0.09a 1.62±0.34a 0.092±0.010a
Xintaimici NaCl 90 19.00±1.58b 3.32±0.17b 22.35±3.56b 7.38±0.63b 0.63±0.05b 1.36±0.23b 0.073±0.01b
120 14.30±0.67c 2.91±0.16c 18.30±3.15c 5.56±0.51c 0.50±0.04c 0.85±0.17c 0.051±0.009bc
Mg(NO3) 2 60 18.00±1.58b 2.98±0.20c 18.34±4.25c 6.30±1.12c 0.45±0.09c 1.06±0.16c 0.058±0.007bc
80 14.10±0.74c 2.75±0.12d 13.25±3.83d 5.30±0.45d 0.42±0.05d 0.72±0.13d 0.045±0.003c
SJ31⁃1 CK 0 24.60±0.96a 3.70±0.05a 19.83±4.97a 6.94±0.54a 0.54±0.03a 1.04±0.11a 0.051±0.004a
NaCl 90 22.90±0.74b 3.65±0.07b 16.23±2.25b 5.48±0.45b 0.48±0.02b 0.91±0.08b 0.038±0.003b
120 20.30±1.20b 2.78±0.08d 13.02±1.16c 4.78±0.19c 0.38±0.02bc 0.86±0.06b 0.032±0.003c
Mg(NO3) 2 60 19.40±1.81b 3.21±0.09bc 13.96±2.13c 4.35±0.39d 0.36 ±0.04c 0.69±0.08c 0.029±0.007d
80 16.60±2.07c 2.85±0.03d 11.32±2.07d 3.90±0.37e 0.33±0.05d 0.56±0.07d 0.024±0.004e
H: 株高 Height; SD: 茎粗 Stem diameter; LA: 叶面积 Leaf area; SFM: 地上部鲜质量 Shoot fresh mass; SDM: 地上部干质量 Shoot dry mass;
RFM: 地下部鲜质量 Root fresh mass; RDM: 地下部干质量 Root dry mass. 同列不同字母表示差异显著(P<0.05)Different letters in the same col⁃
umn meant significant difference at 0.05 level. 下同 The same below.
37114期 曹齐卫等: 不同黄瓜品种幼苗对等渗 Mg(NO3) 2和 NaCl胁迫的生理响应
32 5%;其次为‘新泰密刺’,分别下降了 39.4%和
40 3%;‘鲁白 19号’降幅最大,分别下降了 40.6%
和 53.1%.其他指标如茎粗、叶面积、地上部鲜质量、
地上部干质量、地下部鲜质量、地下部干质量的变化
规律与株高一致,下降幅度由小到大的次序为
‘SJ31⁃1’ <‘新泰密刺’<‘鲁白 19号’.
2 2 不同浓度盐胁迫对黄瓜幼苗叶片丙二醛的
影响
由图 1可知,随着 NaCl 和 Mg(NO3) 2盐浓度的
增加,与对照相比,3个黄瓜品种幼苗叶片丙二醛含
量显著上升,表明高盐胁迫破坏了黄瓜幼苗膜系统
的稳定性.受胁迫后品种间丙二醛的增幅差异较大,
如等渗 80 mmol·L-1 Mg(NO3) 2和 120 mmol·L
-1
NaCl胁迫下,‘SJ31⁃1’丙二醛含量的增加幅度相对
较小,分别比对照增加了 38.2%和 28.0%;其次是
‘新泰密刺’,分别增加了 93.6%和 28.9%;‘鲁白 19
号’增幅最大,分别比对照增加了 95.7%和 42.1%.
品种间增幅由小到大的顺序为:‘SJ31⁃1’ <‘新泰密
刺’<‘鲁白 19 号’,表明‘SJ31⁃1’品种能够有效地
抑制盐胁迫引起叶片中丙二醛含量的升高.可见,
Mg(NO3) 2对黄瓜幼苗的质膜伤害程度高于 NaCl.
2 3 不同浓度盐胁迫对黄瓜幼苗叶片抗氧化酶活
性的影响
由图 2可知,随盐浓度的增加,3 个黄瓜品种幼
苗叶片 SOD、POD、CAT 活性的降低幅度增大,各处
理酶活性显著低于对照. 等渗 60 mmol · L-1
Mg(NO3) 2和 90 mmol·L
-1NaCl 胁迫下不同黄瓜品
种幼苗SOD、POD活性差异不显著,而CAT活性的差
图 1 盐胁迫下不同黄瓜品种幼苗叶片的丙二醛含量
Fig.1 MDA content of leaves in different cucumber seedlings
affected by salt stress.
Ⅰ: 对照 Control; Ⅱ: 90 mmol·L-1 NaCl; Ⅲ: 120 mmol·L-1 NaCl;
Ⅳ: 60 mmol·L-1Mg(NO3) 2; Ⅴ: 80 mmol·L-1Mg(NO3) 2 . A: 鲁
白 19号 Lubai 19; B: 新泰密刺 Xintaimici; C: SJ31⁃1. 不同小写字母
表示处理间差异显著(P<0.05)Different small letters indicated signifi⁃
cant difference among treatments at 0.05 level. 下同 The same below.
异达显著水平.在等渗 80 mmol·L-1Mg(NO3) 2和
120 mmol·L-1NaCl胁迫下,不同黄瓜品种幼苗叶片
SOD、POD和 CAT活性差异达显著水平.
与对照相比,各品种对两种盐的胁迫表现反应
不一致.120 mmol·L-1NaCl 胁迫下,‘SJ31⁃1’、 ‘新
泰密刺’和‘鲁白 19 号’的幼苗叶片 SOD 较对照分
别降低 3. 5%、 4. 2%、 6. 1%;等渗 80 mmol · L-1
Mg(NO3) 2胁迫下,各黄瓜品种 SOD 降幅增大,分别
比对照降低 4.4%、5.1%、8.7%.盐胁迫下各品种幼苗
叶片 POD 和 CAT 降幅规律与 SOD 一致,但降幅较
SOD大.可见,高盐浓度胁迫下,3 个黄瓜品种抗氧
化酶活性降低幅度由小到大的顺序为:‘ SJ31⁃1’ <
‘新泰密刺’<‘鲁白 19 号’,等渗 Mg(NO3) 2的胁迫
危害较 NaCl严重.
2 4 不同浓度盐胁迫对黄瓜幼苗叶片渗透调节物
质含量的影响
由图 3可知,随盐胁迫浓度的增加,3 个黄瓜品
种幼苗叶片脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖的含量
呈上升趋势,各处理与对照差异均达显著水平,表明
图 2 盐胁迫下不同黄瓜品种幼苗叶片的抗氧化酶活性
Fig.2 Antioxidative enzyme activities of leaves in different cu⁃
cumber seedlings affected by salt stress.
4711 应 用 生 态 学 报 26卷
图 3 盐胁迫下不同黄瓜品种幼苗叶片渗透调节物质的含量
Fig.3 Contents of osmotic adjustment substances of leaves in
different cucumber seedlings affected by salt stress.
3种渗透调节物质在不同品种的盐胁迫过程中均起
到作用.另外,脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖 3 种
渗透调节物质的含量变化存在品种和盐的差异.
不同品种黄瓜幼苗叶片脯氨酸含量在低盐[等
渗 60 mmol·L-1Mg(NO3) 2和 90 mmol·L
-1NaCl]和
高盐浓度 [等渗 80 mmol· L-1 Mg ( NO3 ) 2和 120
mmol·L-1NaCl]胁迫下,各处理间差异均达显著水
平.随着盐浓度的升高,增幅增大.高盐等渗 80
mmol·L-1Mg( NO3 ) 2和120 mmol·L
-1 NaCl胁迫
下,与对照相比, ‘ SJ31⁃1’ 分别增加 185. 6% 和
127 0%,‘新泰密刺’分别增加 84.7%和 34.3%,‘鲁
白 19号’分别增加 76.5%和 27.1%.脯氨酸增幅的
顺序为:‘SJ31⁃1’>‘新泰密刺’ >‘鲁白 19 号’.等渗
盐胁迫下,Mg(NO3) 2较 NaCl 胁迫下脯氨酸含量显
著升高.
在低盐浓度胁迫下,‘鲁白 19 号’和‘新泰密
刺’的可溶性蛋白含量在处理间差异达显著水平,
而‘ SJ31⁃1’ 处理间差异不显著; 高盐等渗 80
mmol·L-1 Mg(NO3) 2和 120 mmol·L
-1NaCl 胁迫
下,3个品种各处理间差异不显著,与对照相比均达
到显著水平, ‘鲁白 19 号’ 分别比对照增加了
27 6%和 26 5%,‘新泰密刺’分别增加了 25.3%和
26.2%,‘SJ31⁃1’分别比对照增加了 9.6%和 8.4%.可
溶性蛋白增幅顺序为:‘鲁白 19 号’ >‘新泰密刺’ >
‘SJ31⁃1’.低盐浓度下,等渗 Mg(NO3) 2较 NaCl对可
溶性蛋白影响大;高盐浓度下,等渗 Mg(NO3) 2和
NaCl对可溶性蛋白的影响基本一致.
可溶性糖与脯氨酸表现一致,低盐和高盐浓度
下,各品种处理间差异均达显著水平,但品种间的增
幅水平不一致. 随着盐浓度的升高, 等渗 80
mmol·L-1 Mg(NO3) 2和 120 mmol·L
-1NaCl 胁迫
下,与对照相比,‘鲁白 19 号’分别增加了 65 2%和
120 1%,‘新泰密刺’分别增加了 52.3%和 112.7%,
‘SJ31⁃1’分别增加了 28.1%和 43.0%.可溶性糖增幅
由大到小的顺序为:‘鲁白 19 号’ >‘新泰密刺’ >
‘ SJ31⁃1’.等渗盐胁迫下 NaCl 较 Mg(NO3) 2可溶性
糖含量显著升高.
2 5 不同黄瓜品种耐盐性综合评价
植物的耐盐性是一个受多种因素影响的较为复
杂的综合性状,因此应该选用尽可能多的指标来综
合评价.本文通过计算与耐盐相关的 14 个指标的隶
属函数值,用隶属函数法综合评价其耐盐性,以
避免单一指标评定所造成的片面影响.由表2可知,
表 2 不同黄瓜品种耐盐性综合评价
Table 2 Comprehensive evaluation of salt stress tolerance in different cucumber seedlings
处理
Treatment
黄瓜品种
Cultivar of
cucumber
指标的隶属函数值 Function data of index
H SD LA SFM SDM RFM RDM PRO POD CAT SOD MDA SS SP 平均
Mean
耐盐性排序
Order of
salt tolerance
NaCl 鲁白 19号 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.53 0.00 0.00 0.00 1.00 1.00 0.92 0.32 3
新泰密刺 0.05 0.84 0.81 0.31 0.92 0.41 0.65 0.00 0.95 0.59 0.71 0.00 0.90 1.00 0.58 2
SJ31⁃1 1.00 0.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.01 0.00 0.00 0.72 1
Mg(NO3) 2 鲁白 19号 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 1.00 0.14 3
新泰密刺 0.62 0.91 0.43 0.85 0.79 0.56 1.00 0.07 0.98 0.79 0.84 0.06 0.62 0.73 0.66 2
SJ31⁃1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.81 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.00 0.00 0.84 1
SOD: 超氧化物歧化酶 Superoxide dismutase; POD: 过氧化物酶 Peroxidase; CAT: 过氧化氢酶 Catalase; PRO: 脯胺酸 Proline; SS: 可溶性糖
Soluble sugar; SP: 可溶性蛋白 Soluble protein.
57114期 曹齐卫等: 不同黄瓜品种幼苗对等渗 Mg(NO3) 2和 NaCl胁迫的生理响应
‘SJ31⁃1’的平均隶属函数值最高,表明其对 NaCl 和
Mg(NO3) 2胁迫具有较强的适应性,为耐盐性强的品
种,‘新泰密刺’次之,为耐盐性中的品种,‘鲁白 19
号’的平均隶属函数值最低,为耐盐性弱的品种.
3 讨 论
3 1 Mg(NO3) 2和等渗 NaCl 胁迫下对不同黄瓜品
种幼苗生长和抗氧化酶系统的影响
植物在盐胁迫下最明显的变化就是生长受抑.
盐胁迫损害植物细胞正常的代谢过程,最终造成植
物生长不良和生产力下降[14] .本研究发现,两种盐
对不同黄瓜品种幼苗的生长均产生了抑制,随着浓
度的增大抑制程度加重.盐胁迫还易导致活性氧的
积累,引起膜脂过氧化,严重的导致植物程序化死
亡[15-16] .本研究中,NaCl和Mg(NO3) 2胁迫均导致不
同品种间 MDA 积累量显著增加,随着盐浓度的增
大而增高,表明两种盐均对黄瓜植株膜系统造成了
严重的氧化胁迫.在此情况下,植物为了克服盐介导
的氧化胁迫,活性氧清除系统的应激反应是其防御
盐胁迫的重要途径[17] .SOD、POD 和 CAT 是清除活
性氧(ROS)过程中最重要的抗氧化酶[18-19] .其中,
SOD清除 O2
-·,将 O2
-·歧化为 H2O2和 O2,而 POD和
CAT是 H2O2的主要清除剂,可将 H2O2分解为 H2O
和 O2,彻底消除 ROS对植物的伤害.等渗Mg(NO3) 2
和 NaCl胁迫均导致 3 个黄瓜品种叶片 SOD、POD、
CAT活性的显著降低,浓度越大,下降的幅度越大.
就酶的种类而言,SOD 的降幅较小,POD、CAT 的活
性降幅较大,表明黄瓜品种在两种盐胁迫下对清除
H2O2的反应脆弱,如何采用合理的措施提高其酶活
性可能是提高其抗盐能力的一个有效途径,如尚庆
茂等[20]利用 SA处理盐胁迫后的黄瓜品种,显著提
高了 POD和 CAT氧化酶的活性和持久性.
本研究中,两种盐对黄瓜幼苗的胁迫存在差异,
Mg(NO3) 2较等渗 NaCl 胁迫伤害更严重.原因不仅
与硝酸根的危害胁迫大于氯离子有关[6],过量的镁
离子对黄瓜也可能产生了毒害,Mg2+在植物体内运
输以被动吸收为主,受蒸腾影响[21],而且能够在韧
皮部中移动[22],主要集中在幼苗的茎叶中,过量的
Mg2+对 Ca2+、K+等产生拮抗作用可能要大于 Na+,从
而对细胞质膜的结构和功能以及离子吸收等方面造
成较为严重的危害,表现为等渗胁迫下 Mg(NO3) 2
较 NaCl 导致黄瓜幼苗叶片 MDA 增幅变大(图 1)、
抗氧化酶活性降幅增大(图 2),植株的生长受抑制
程度加重(表 1).盐害产生的原因往往是多方面的,
具体差异需要从相关代谢途径及分子角度进行进一
步的研究.
3个品种中‘SJ31⁃1’生长指标降幅小,MDA 增
幅小,幼苗叶片的酶活性降幅显著低于其他两个品
种,表明‘SJ31⁃1’盐胁迫下清除活性氧的能力强,遭
到的氧化胁迫较小,生长受抑制的程度轻.
3 2 Mg(NO3) 2和等渗 NaCl 胁迫下对黄瓜不同品
种渗透调节物质的影响
植物的渗透调节物质与盐胁迫的浓度、盐分组
成、基因型有关[23-24] .高辉远等[25]发现,盐胁迫下可
溶性糖在耐盐性弱的黄瓜品种‘鸡脚草’和‘圆叶
蒿’中起到重要的渗透调节作用.童辉等[8]以耐盐性
较弱的 ‘津春 2 号 ’ 为试验材料, 研究了 56
mmol·L-1 Ca(NO3) 2和等渗 84 mmol·L
-1NaCl 对
其幼苗胁迫后渗透调节物质的影响,NaCl 胁迫下黄
瓜幼苗内渗透调节物质以可溶性糖为主,而
Ca(NO3) 2胁迫以可溶性蛋白为主.张平丽等[26]以
‘改良津春 2 号’为试材,在 25 mmol·L-1浓度下,
NaCl和 NaHCO3两种盐对脯氨酸和可溶性糖含量影
响不大,而 75 mmol·L-1浓度下脯氨酸和可溶性糖
的含量显著升高,NaHCO3胁迫的增幅大于 NaCl.朱
进[5]研究表明,100 mmol·L-1NaCl 胁迫后,‘早多
佳’(抗盐性强)渗透调节物质以脯氨酸为主,‘津春
2号’(耐盐性弱)则以可溶性糖和可溶性蛋白为主.
本研究表明,脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖 3
种渗透调节物质在耐盐性不同的 3个品种盐胁迫过
程中都参与了作用.渗透调节物质也存在盐类型和
基因型的差异. NaCl 胁迫下,不同黄瓜品种渗透调
节物质以可溶性糖和可溶性蛋白为主,而Mg(NO3) 2
胁迫以脯氨酸和可溶性蛋白为主.耐盐性强的品种
‘SJ31⁃1’高盐胁迫后以脯氨酸增幅最大,耐盐性弱
的品种‘鲁白 19号’以可溶性糖增幅为最大,‘新泰
密刺’介于两者之间.脯氨酸被认为是一种最有效的
渗透调节物质[27],脯氨酸不仅在渗透调节过程中起
到重要的作用,对活性氧有直接的清除作用,其对植
物的抗逆具有双重作用[28] .可溶性糖不是一个稳定
的调节剂[29],这可能也是造成‘SJ31⁃1’和‘鲁白 19
号’耐盐性差异的一个重要原因.此外,本研究还发
现,低盐浓度下等渗 Mg(NO3) 2较 NaCl 对可溶性蛋
白影响大,高盐浓度下等渗的 Mg(NO3) 2和 NaCl 对
可溶性蛋白的影响基本一样,这可能是黄瓜抵御
NaCl和 Mg(NO3) 2渗透伤害的共同途径之一.
6711 应 用 生 态 学 报 26卷
3 3 黄瓜不同品种的耐盐性综合评价
幼苗期是黄瓜盐敏感的关键时期,苗期耐盐性
鉴定对于黄瓜耐盐种质的筛选和抗性品种的选育具
有重要意义.盐分的离子构成是合理评价种质耐盐
性的前提.本研究是在调查山东省黄瓜主产区次生
盐渍化土壤盐分组成和含量的基础上,得出
Mg(NO3) 2为主要成分[4],有别于滨海盐土成分
NaCl.NaCl和硝酸盐及不同的阳离子对植物产生的
毒害程度和机理不同[6,8] .本文采用 Mg(NO3) 2评价
黄瓜种质耐盐性更符合生产实际.隶属函数法是用
来综合评价作物抗逆性的一种有效方法,可以消除
个别指标带来的片面性,从而使各种质对逆境的耐
受性差异更具有可比性.本研究利用该方法从黄瓜
不同品种幼苗盐胁迫后生物量、抗氧化酶系统、渗透
调节物质的变化等不同方面对其耐盐性进行了综合
评价,筛选出的 ‘ SJ31⁃1’ (欧美温室型) 种质对
Mg(NO3) 2和 NaCl具有较强抗盐性,其抗性优于我
国耐 NaCl盐优异种质新泰密刺[30] .育种上可以通
过杂交回交途径将其耐盐基因转入到我国重要黄瓜
种质如‘新泰密刺’和‘鲁白 19 号’中,以提高其抗
盐性,拓宽我国黄瓜优异种质的遗传基础.
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作者简介 曹齐卫,男,1979 年生,副研究员.主要从事黄瓜
遗传育种与栽培生理研究. E⁃mail: caoqiwei2004@ sina.com
责任编辑 孙 菊
8711 应 用 生 态 学 报 26卷