外源水楊酸和褪黑素提高桃樹連作障礙抗性的研究*

沈亞鑫，周鵬羽，倪照君，侍 婷，高志紅

（南京農業大學園藝學院，江蘇 210095）

桃［Prunuspersica（L.）Batsch］為薔薇科（Rosaceae）李屬（PrunusL.）植物，是起源于我國且在全世界被廣泛種植的落葉喬木[1]，具有很高的營養價值和經濟效益，深受人們喜愛[2]。在我國南方夏季高溫多雨地區，桃樹經濟壽命為5～10 年，在更新過程中易受到連作障礙的影響，生長勢弱，病蟲害嚴重，果實品質也受到嚴重影響，在一定程度上影響并制約我國桃產業的健康發展。逆境分為生物逆境和非生物逆境，連作障礙是一種環境脅迫，屬于非生物逆境[3]。環境脅迫抑制植物生長發育，破壞酶系統和滲透調節系統的穩定，影響植物光合和呼吸作用，導致植株葉片發黃失綠、失水萎蔫，幼樹成活率下降，最終降低植物抗性[4]。

水楊酸（Salicylic acid，SA）是一種酚類化合物，也是一種植物生長調節劑[5]，參與植物生理生化過程的調節[6]，也調控植物代謝水平。當植物遭受逆境時，SA 會作為一種內源小分子信號誘導植物生理生化特性發生改變，從而減輕各種逆境對植物體造成的傷害[7]。前人大量研究表明，適宜濃度的SA 不僅能促進植物的生長發育，維持細胞膜系統的穩定性，還能提高植物對各種生物、非生物脅迫的適應性和抵抗性[8-12]?？傊?，SA 在植物生長發育和逆境響應中起著重要作用[13-15]。韓紅霞[16]對7 年生曙光油桃進行噴施外源SA 處理，能解除自然休眠，提高抗氧化酶活性，消除植物體內大量的活性氧自由基，間接抑制酚類物質合成。SA 預處理山桃幼樹后，進行低溫處理15 h 后葉片抗氧化酶（POD、SOD、CAT）活性顯著提高，丙二醛（MDA）含量顯著降低，植株過氧化程度減輕[17]。噴施外源SA 能提高桃果實在低溫下的酶活性，提高抗氧化能力[18]，避免采收后低溫貯藏對桃果實的冷害，防止果實迅速褐化[19-20]。另外，外源SA 處理可誘導提高早美和瑞蟠二號保護酶活性，減輕膜脂過氧化程度，保持脂膜透性穩定，使植物體對高溫脅迫產生一定抗性[21]。

褪黑素（Melatonin，MT）是一種廣泛存在于動植物界的低分子量吲哚胺類化合物[22]，對動植物的生長發育及代謝至關重要[23]。在過去幾年的研究中，MT 的功能數量有所增加，MT 已被證實與種子萌發、生長和繁殖的調節、促進果實成熟和提高果實品質有關[24-27]。然而，作為保護分子對抗生物、非生物脅迫是MT 最重要的作用之一，它作為植物生長調節物質對植物免疫功能和抗氧化功能的提高具有一定幫助，這些功能也逐漸引起學術界的重視[28]。外源MT 處理不僅能增強桃幼苗在生長發育期間抵御低溫脅迫的能力，而且能使冷敏型果實在采后低溫貯藏過程中避免冷害的發生[29]。古咸彬等[30]又進一步對MT 預處理誘導桃幼苗耐旱性的生理分子機制進行探究，結果表明，外源MT 處理能提高桃幼苗干旱脅迫后DREB1A、DREB2A、LEA和PIP1逆境響應相關基因的表達水平，從而提高桃抗旱性。

雖然近年來SA和MT在桃樹對抵御非生物脅迫方面已取得顯著進展，但它們在桃樹響應連作逆境上的研究甚少。因此作者以中桃砧1 號為研究對象，通過對處在連作土逆境中的桃樹進行不同濃度的SA 和MT 噴施處理，進一步測定并分析相關生理生化指標，篩選出有利于桃樹在環境脅迫中生長的最適濃度，為提高植物抗性以及合理施用外源SA 和MT 提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021 年在南京農業大學白馬教學科研基地進行，供試材料為桃砧木品種中桃砧1 號。該品種遺傳性狀穩定，樹體生長整齊健壯且幼樹萌芽率、成枝率高。用于盆栽的連作土取于江蘇省徐州市豐縣老桃園，在桃樹滴水線（樹冠投影線）內外各30 cm 的圓周范圍，從桃樹東、南、西、北4 個角取土，取土深度為40 cm。SA 購于索萊寶生物公司，分子量138.12，純度≥99.5%；MT 購于索萊寶生物公司，分子量232.28，純度≥99.0%。

1.2 試驗方法

于2021 年1 月將中桃砧1 號扦插幼苗栽植于連作土中，待植株萌芽成枝后，選擇生長一致的植株，分為2 組，每組各15 株，置于同一環境下培養。分別噴施不同濃度的SA、MT，濃度梯度均為0、50、100、200、300 mg/L（0 mg/L 為清水對照，CK），將溶液均勻噴施在葉片表面，至葉片完全濕潤[31]。每個處理設3 次重復，每間隔1 d 噴施1 次，共施用3 次。預處理完成2 d 后開始采樣，時間為2021年5 月17 日、5 月28 日和6 月8 日，每株采集5片葉片，選擇大小一致的成熟葉片摘取后混合，置于-80 ℃冰箱中保存備用。

使用直尺測量中桃砧1 號幼樹株高，使用游標卡尺測量幼樹莖粗，采用乙醇提取法測定葉片葉綠素含量[32]，用硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）含量[33]，用愈創木酚法測定過氧化物酶（POD）活性[34]，用氮藍四唑法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性[35]，用過氧化氫還原法測定過氧化氫酶（CAT）活性[36]。

1.3 數據統計分析

采用Excel 2016 軟件進行數據整理統計，使用SPSS 20.0 軟件進行方差分析和顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 外源水楊酸、褪黑素處理對連作土逆境桃樹生長量的影響

外源SA、MT 處理桃樹生長量如表1、表2 所示。與CK 相比，外源SA、MT 處理桃樹株高增量和莖粗增量均顯著升高，且均呈現出隨SA、MT 濃度的增加而先升高后降低的趨勢。當SA 濃度為200 mg/L、MT 濃度為100 mg/L 時，桃樹株高、莖粗的增量均最大，均極顯著高于CK；但SA 濃度達到300 mg/L、MT 濃度達到200 mg/L 時，桃樹株高、莖粗的增量下降。

表1 外源水楊酸處理對連作土逆境桃樹株高、莖粗增量的影響

表2 外源褪黑素處理對連作土逆境桃樹株高、莖粗增量的影響

2.2 外源水楊酸、褪黑素處理對連作土逆境桃樹葉片葉綠素含量的影響

如表3、表4 所示，隨著逆境脅迫時間延長，桃樹葉片葉綠素含量整體呈降低趨勢。外源SA、MT 處理桃樹葉片葉綠素含量隨SA、MT 濃度的增加均呈先升高后降低的趨勢。當SA 濃度為200 mg/L、MT 濃度為100 mg/L 時，葉片葉綠素含量最高，均極顯著高于CK；但當SA 濃度達到300 mg/L、MT 濃度達到200 mg/L 時，葉片葉綠素含量下降。

表3 外源水楊酸處理對連作土逆境桃樹葉片葉綠素含量的影響

表4 外源褪黑素處理對連作土逆境桃樹葉片葉綠素含量的影響

2.3 外源水楊酸、褪黑素處理對連作土逆境桃樹葉片MDA 含量的影響

如表5、表6 所示，與CK 相比，外源SA、MT處理桃樹葉片MDA 含量顯著降低，且均呈現隨SA、MT 濃度的增加而先降低后升高的趨勢。當SA 濃度為200 mg/L、MT 濃度為100 mg/L 時，葉片MDA 含量均最低，與CK 相比均差異極顯著；但當SA 濃度達到300 mg/L、MT 濃度達到200 mg/L 時，葉片MDA含量增加。

表5 外源水楊酸處理對連作土逆境桃樹葉片MDA 含量的影響

表6 外源褪黑素處理對連作土逆境桃樹葉片MDA 含量的影響

2.4 外源水楊酸、褪黑素處理對連作土逆境桃樹葉片抗氧化酶活性的影響

2.4.1 外源水楊酸、褪黑素處理對連作土逆境桃樹葉片POD 活性的影響

如表7、表8 所示，葉片POD 活性隨SA、MT 濃度增加均呈先升高后降低的趨勢，當SA 濃度為200 mg/L、MT 濃度為100 mg/L 時，葉片POD 活性最高，均極顯著高于CK；但當SA 濃度達到300 mg/L、MT濃度達到200 mg/L 時，葉片POD 活性降低。

表7 外源水楊酸處理對連作土逆境桃樹葉片POD 活性的影響

表8 外源褪黑素處理對連作土逆境桃樹葉片POD 活性的影響

2.4.2 外源水楊酸、褪黑素處理對連作土逆境桃樹葉片SOD 活性的影響

如表9、表10 所示，桃樹葉片SOD 活性隨SA、MT 濃度的增加均呈先升高后降低的趨勢，當SA 濃度為200 mg/L、MT 濃度為100 mg/L 時，葉片SOD活性最高，均高于其他處理，差異極顯著；但當SA濃度達到300 mg/L、MT 濃度達到200 mg/L 時，葉片SOD 活性降低。

表9 外源水楊酸處理對連作土逆境桃樹葉片SOD 活性的影響

表10 外源褪黑素處理對連作土逆境桃樹葉片SOD活性的影響

2.4.3 外源水楊酸、褪黑素處理對連作土逆境桃樹葉片CAT 活性的影響

如表11、表12 所示，外源SA、MT 處理葉片CAT 活性隨SA、MT 濃度的增加均呈先升高后降低的趨勢，且所有外源SA、MT 處理的葉片CAT 活性基本高于CK。當SA 濃度為200 mg/L、MT 濃度為100 mg/L 時，葉片CAT 活性最高；但當SA 濃度達到300 mg/L、MT 濃度達到200 mg/L 時，葉片CAT活性下降。

3 討論和結論

桃樹連作障礙比較嚴重，但也可以通過多種生理生化過程緩解連作對自身的影響[37]，外源SA 和MT 是解決這一問題的途徑之一。

植物的生長指標如株高、莖粗、根長、葉面積等可直觀反映植株在連作逆境下的生長狀態。大量研究表明，外源施加SA和MT能有效提高植物株高、莖粗等生長指標，促進植物生長發育，且不同植物對不同濃度SA 和MT 的表現不同。趙明香等[38]研究發現，SA 可顯著促進重金屬鉻、鋅脅迫下煙草的生長；宋子琪等[31]在使用SA 處理山椒子幼苗時發現，150 mg/L 的SA 溶液對山椒子幼苗的生長促進作用效果最佳；羅靜靜等[39]研究表明，低濃度的SA 對番茄幼苗期地上部物質積累及生長具有促進作用，反之起抑制作用；趙小紅等[40]對低溫脅迫下黃瓜幼苗進行MT 噴施處理發現，MT 能有效提高黃瓜幼苗的生長指標；李欠敏等[41]研究發現，低濃度MT 也能促進低溫脅迫下大白菜幼苗的生長。本試驗結果表明，株高、莖粗的增量隨連作土逆境時間延長逐漸下降，外源SA、MT 處理桃幼樹株高、莖粗增量隨SA、MT 濃度的增加而呈現先增加后減少的趨勢，且在SA 濃度為200 mg/L、MT 濃度為100 mg/L 時，株高、莖粗的增量均最大，均極顯著高于CK，且SA 和MT 濃度過高時，株高、莖粗的增量降低，與前人研究結果一致。

葉片葉綠素含量會直接影響綠色植物的光合作用效率，從而間接影響植物生長發育以及代謝功能[42-43]。前人研究發現，50 mg/L SA 處理鉛脅迫下的綠豆幼苗能有效緩解幼苗葉綠素含量的降低[44]。Gu等[45]研究發現，SA 處理鎘脅迫下的睡蓮，能顯著提高睡蓮葉綠素含量，增強光合作用。韓淑梅等[46]對鎘脅迫下孔雀草的生理特性也有研究，并發現SA能誘導孔雀草葉綠素含量的增加。此外，在逆境脅迫下，外源MT 處理同樣能顯著提高葉綠素含量，緩解逆境傷害。史中飛等[47]研究表明，100 μmol/L外源MT 預處理可顯著增加油菜幼苗的葉綠素含量。包宇等[48]發現，MT 同樣可提高低溫脅迫下番茄幼苗體內葉綠素含量。在本試驗中，葉綠素含量隨連作土逆境時間延長呈下降趨勢，外源SA、MT 處理葉片葉綠素含量隨SA、MT 濃度的增加而呈現先升高后降低的趨勢，且在SA 濃度為200 mg/L、MT濃度為100 mg/L 時，葉片葉綠素含量最高且極顯著高于CK；但SA、MT 濃度分別達到300、200 mg/L時，葉片葉綠素含量降低。

植物在逆境中體內會大量積累活性氧（ROS），而SA 和MT 會誘導植物通過提高抗氧化酶（POD、SOD、CAT）活性、清除ROS 來維持抗氧化酶系統穩定的方式緩解逆境傷害。前人研究表明，當植物遭受環境脅迫時，外施SA 能誘導植物減少葉片MDA 含量，提高POD、SOD、CAT 活性，從而提高植株抗性，緩解逆境傷害[49]。干旱脅迫下，SA 使油松幼樹葉片內的SOD、CAT 等酶活性顯著提高，進而提高植株抗旱性[50]；在高鹽脅迫下，噴施適宜質量濃度的SA，苜蓿幼樹SOD 等抗氧化酶活性顯著上升，因此SA 能夠調控保護酶活性系統，緩解鹽脅迫對苜蓿的傷害[51]。MT 被認證為活性氧自由基清除劑[52]或抗氧化劑[53]，可有效清除植物體內大量積累的有害物質H2O2[54]。有研究表明，對在高鹽脅迫中的湖北海棠施加外源MT 能提高抗氧化酶活性，減輕過氧化傷害[55]。外源MT 可提高大豆耐鹽性，增強大豆苗的抗氧化能力[56-57]。另外，MT 能促進黃瓜種子在高鹽下的萌發，提高種子保護酶活性，加速赤霉素的合成和脫落酸的分解，以提高種子抗逆性[58-59]。本試驗中，噴施外源SA 和MT 于桃幼樹葉片，能顯著提高POD、SOD、CAT 活性，且抗氧化酶活性隨SA、MT 濃度的增加表現為先升高后降低。當SA 濃度為200 mg/L、MT 濃度為100 mg/L 時，抗氧化酶活性最強，處理效果最佳；但SA、MT 濃度分別達到300 mg/L、200 mg/L 時，抗氧化酶活性降低。桃樹葉片MDA 含量隨著脅迫時間延長而增加，外源SA、MT 處理后，葉片MDA 含量下降，且當SA 濃度為200 mg/L、MT 濃度為100 mg/L 時，含量最低；但SA、MT 濃度過高，MDA 含量增加。

從整體趨勢看，隨著SA、MT 濃度增加，桃樹株高增量、莖粗增量、葉片葉綠素含量和抗氧化酶活性增加，葉片MDA 含量減少，且當SA 濃度為200 mg/L、MT 濃度為100 mg/L 時，前4 個指標均極顯著高于CK，葉片MDA 含量極顯著低于CK；但當SA、MT 濃度分別達到300、200 mg/L 時，前4個指標下降，葉片MDA 含量上升?？偠灾?，SA和MT 能提高植物免疫力，促進植物生長發育，緩解過氧化程度，提高植物抗逆性。SA、MT 濃度對桃幼樹抗逆性表現出低濃度促進、高濃度抑制的行為，且外源SA、MT 處理緩解桃樹連作逆境傷害的最佳濃度分別為200、100 mg/L。