外源独角金内酯对铅胁迫下番茄幼苗生理特性的缓解效应

摘    要：为了研究外源独角金内酯（GR24）对重金属铅胁迫下番茄幼苗生长生理的影响，以番茄品种上海红宝石908为材料，在河池学院植物生理材料培养室进行试验，培养室平均温度28 ℃，平均相对湿度为70.85%。选择生长状态较为一致且为3叶1心的番茄幼苗移栽至1/2 Hoagland营养液中，试验共设4个处理，CK（完全营养液）、GR24 （完全营养液+50 nmol·L-1 GR24）、Pb （完全营养液+200 mg·L-1 Pb）、Pb+GR24 （完全营养液+200 mg·L-1 Pb +50 nmol·L-1 GR24）。研究了GR24对正常生长和铅胁迫下番茄幼苗的长势、抗氧化系统和渗透调节物质等的影响。结果表明，与CK相比，200 mg·L-1的Pb胁迫处理番茄幼苗的株高、根长、单叶面积分别降低了21.03%、35.15%、27.27%。与单独Pb胁迫处理相比，施加外源GR24可以明显提高番茄幼苗叶片中叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖、可溶性蛋白含量（SP）和生物积累量；显著提高POD、CAT等抗氧化酶活性和根系活力；降低植株叶片H2O2、[O2[-·]]、脯氨酸和MDA含量。综上，外源施加50 nmol·L-1的GR24能加快铅胁迫下番茄幼苗叶绿素合成速度，提高叶片抗氧化能力，促进番茄苗期生长，缓解铅胁迫对番茄幼苗生长的毒害作用。

关键词：番茄幼苗；铅胁迫；GR24；生理指标；缓解效应

中图分类号：S641.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）05-115-09

Effects of exogenous on the physiological characteristics of tomato seedlings under Pb stress

SHI Chenyu， WEI Fangling， HUANG Caiyao， DENG Xichao

（Guangxi Key Laboratory of Sericulture Ecology and Applied Intelligent Technology/Guangxi Collaborative Innovation Center of Modern Sericulture and Silk/Guangxi Colleges Universities Key Laboratory of Exploitation and Utilization of Microbial and Botanical Resources/Institute of Chemical and Biological Engineering， Hechi University， Hechi 546300， Guangxi， China）

Abstract：In order to study the effect of exogenous GR24 on the growth physiology of tomato seedlings under heavy metal Pb stress， the tomato variety Shanghai Ruby 908 was used as the experimental material. The experiment was conducted in a plant physiological material culture room， with an average temperature of 28 ℃ and an average relative humidity of 70.85%. Tomato seedlings with consistent growth status and three leaves and one heart were transplanted into 1/2 Hoagland nutrient solution. The experiment included four treatments： CK （complete nutrient solution）， GR24 （complete nutrient solution+50 nmol‧L-1 GR24）， Pb （complete nutrient solution+200 mg‧L-1Pb）， and Pb+GR24 （complete nutrient solution+200 mg‧L-1+50 nmol‧L-1 GR24）. The results showed that the Pb stress of 200 mg‧L-1 reduced the plant height， root length， and single leaf area of tomato seedlings by 21.03%， 35.15%， and 27.27%， respectively. Compared with individual Pb stress treatment， applying exogenous GR24 can significantly increase the content of chlorophyll， carotenoids， soluble sugars， soluble proteins， and bioaccumulation in tomato seedling leaves; significantly increase the activity of antioxidant enzymes such as SOD， POD， CAT， and root activity; reduce the content of H2O2，   O2-， proline and MDA in leaf. Therefore， exogenous application of 50 nmol‧L-1 GR24 can alleviate the toxic effect of Pb stress on the growth of tomato seedlings.

Key words： Tomato seedlings; Pb stress; GR24; Physiological indicators; Alleviative effect

近年来，我国农业环境受重金属污染的现象屡见不鲜，据报道，中国总耕地面积将近有1/5遭受重金属污染，0.12亿t粮食被重金属毒害[1]。在众多重金属种类中铅是污染面积最大的重金属之一，极易累积在动植物体内，对人体组织器官和植物的生长发育造成损伤[2]。国内外研究发现，在铅胁迫环境下，植物形态会发生变化，同时能引起植物地上部分缓慢生长，根系生物量减少、根系活力降低、细胞膜透性急剧增加、保护酶系统修复能力减弱等[3]。在高浓度铅胁迫下，油菜种子活力降低，幼苗质膜受损，当铅浓度超过一定限度时，POD和SOD活性呈下降的趋势[4]。在铅胁迫下，绿豆种子活力、发芽率、发芽势以及根长、芽长和幼苗鲜质量、幼苗根冠比等指标明显表现为随铅浓度升高而降低[5]。铅胁迫下常春藤生长会受到刺激，生长缓慢；高浓度铅胁迫下，会出现植株徒长、节间距拉长、生长异常等情况[6]。由此可见，研究铅对植物的毒害机制及如何缓解植物的铅毒害效应，保证作物质量安全具有重要意义。

独脚金内酯（SLs）是独脚金醇类化合物及其衍生物的总称，是近年来发现的一类能调控植物发育过程的信号分子，具有促进种子萌发、刺激丛枝菌根有丝分裂和生长、调控植物分枝等多种功能[7]。天然独脚金内酯主要包括独脚金醇（strigol）、列当醇（orobanchol）及其衍生物、高粱内酯（sorgolactone）等。人工合成的独脚金内酯主要是独脚金醇类似物（germination re-leaser，GR），如GR24、GR7、GR6、GR3等，其中GR24活性最高，常被用作独脚金内酯信号通路相关研究中的常规性参照物[8]。GR24能够调控植物的形态结构、生殖发育并且在植物抵御如水涝、干旱、弱光以及重金属镉、高盐等胁迫的过程中也发挥了举足轻重的作用[9-11]。有研究表明，独脚金内酯能在基因水平与ABA相互作用调控乌桕干旱和盐渍胁迫[12]。外源添加独脚金内酯处理后能显著减轻镉对大麦光合作用的抑制[13]。

番茄在蔬菜栽培中占重要地位，是我国种植面积最大、最具象征性的无土栽培作物之一[14]。有研究表明，高浓度的重金属会抑制番茄幼苗的生长，表现为种子萌发率、株高明显降低，幼苗根系明显生长不良等[15]。独角金内酯作为新型植物激素，在调控植物生长生理及抗性生理方面的研究已有相关报道[10-13]，但独角金内酯能否缓解铅对番茄的生理毒害还不十分清楚。笔者以重要蔬菜栽培种类和研究模式作物番茄为试验材料，探究了铅胁迫对番茄幼苗生理特性的影响，并初步探索了独角金内酯（GR24）在缓解番茄铅遭受铅胁迫方面的生理效应，以期为实际生产中通过施用外源GR24提高番茄对重金属胁迫的耐受性提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为上海红宝石908番茄，属早熟品种，生长势强、适应范围、耐黄瓜花叶病毒，是较抗病的番茄品种。独角金内酯购自广西卓一生物技术有限公司。

1.2 试验设计

1.2.1 单独铅胁迫处理 试验于2021年2月至2022年7月在河池学院植物生理材料培养室进行，培养室平均温度28 ℃，平均相对湿度为70.85%。试验材料做如下处理：先用40 ℃温水浸种3 h，捞出擦干后再用1% KMnO4消毒10 min，消毒后用蒸馏水冲洗3～4次，将种子放入底部铺有两层滤纸的干净玻璃培养皿进行催芽，每皿20粒，加入20 mL蒸馏水，种子萌发期间每日补充少量蒸馏水溶液以保持滤纸湿润，待种子萌发后转移到土壤中进行培养。对预培养7 d的番茄幼苗进行胁迫处理，分别用不同质量浓度（0、50、100、200、300、400 mg·L-1）的硝酸铅溶液进行处理，试验采用完全随机设计，共设6个处理，每个处理3次重复，每次18个样本。处理6 d后选取健壮的番茄幼苗洗净，擦干，测量根长、株高、真叶数、单叶面积等形态指标，从6个处理中筛选出合适的铅胁迫浓度进行下一步试验。

1.2.2 外源施加GR24处理 将番茄种子按照上述方法预培养7 d后，选择生长状态较为一致的3叶1心期番茄幼苗移栽至1/2 Hoagland营养液中，进行Pb胁迫和施加外源GR24（浓度依据前期预试验结果）处理，浓度参照相关研究[13]。铅（Pb）以硝酸铅溶液形式加入，试验共设4个处理：CK（完全营养液）、GR24（完全营养液+50 nmol·L-1 GR24）、Pb（完全营养液+200 mg·L-1 Pb）、Pb+GR24 （完全营养液+200 mg·L-1 +50 nmol·L-1 GR24）。每瓶放1株，每个处理设20瓶（玻璃瓶容量350 mL），3次重复。处理20 d后进行番茄幼苗外观形态以及相关生理指标的测定。

1.3 测定指标及方法

采用丙酮-乙醇提取法测定叶绿素和类胡萝卜素含量[16]；采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[16]；采用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量[17]；采用磺基水杨酸法测定游离脯氨酸含量[16]；采用愈创木酚法测定POD活性[18]；采用硫代巴比妥酸比色法测定MDA含量[19]；采用氮蓝四唑光化学还原法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性[16]；采用紫外吸收法测定CAT含量[16]。采用叶片化学染色法，根据染色结果判断超氧阴离子自由基[O2[-·]]积累量[19]，采用直接测量法测定主根长度与侧根数量[20]，采用TTC法测定根系活力[21]，测定株高、单叶面积、单株真叶数、地上地下部干鲜质量[22]。以上生理指标测定每个处理测定15枚叶片，3次重复。

1.4 数据分析

采用Excel（2016）软件作图，同时运用SPSS 18. 0软件进行单因素方差分析，采用Ducan’s测验在0.05水平上进行显著性分析，对GR24、Pb胁迫以及二者的互作效应进行双因素方差分析。