姜黃素提高八月瓜耐鹽堿脅迫的研究

陳姣，徐仕琴，王凱，劉朝，張永福

（昆明學院 農學與生命科學學院，云南昆明 650214）

我國鹽堿化土壤約9 913 萬hm2，約占我國陸地面積的1/3，且由于不合理的灌溉、耕作方式等原因，鹽堿地面積還在逐年增長，耕地保護壓力巨大[1]。土壤鹽堿化不僅對植物種子萌發有一定影響，還影響植物生長發育和產量，提高植物的耐鹽堿能力以及完善配套農業管理措施有助于合理開發利用鹽堿地，對改善生態環境及農業可持續發展具有重要意義。

八月瓜（Holboellia latifoliaWall.）系木通科（Lardizabalaceae）八月瓜屬（Holboellia）多年生常綠纏繞藤本果樹，主要分布于我國湖南、廣東、江西、貴州和云南等地[2]。其果肉的營養成分含量均高于蘋果、橘、梨等常見水果[3]，是一種營養價值極高、藥食兩用的第三代新型水果。隨著八月瓜作為“第三代新型果樹”在不同地區得到推廣種植，發生鹽堿脅迫在所難免。因此，提高八月瓜的耐鹽堿能力更有利于其推廣及種植。

姜黃素（curcumin，CUR）是一種DNA 甲基化抑制劑，可使植物基因組甲基化水平降低，從而提高植物對非生物脅迫的適應能力，且姜黃素來源廣泛，可從多種姜科植物中提煉加工，價格低廉，毒副作用小[4]。目前，對于DNA 甲基化抑制劑緩解作物鹽堿脅迫的研究集中在5-氮雜胞苷對小麥[5]和洋麻[6]等作物的影響上，姜黃素提高八月瓜耐鹽堿能力的研究還尚未報道。

本研究探究不同濃度姜黃素處理對鹽堿脅迫下八月瓜植株生長和生理狀況的影響，為研究姜黃素提高八月瓜耐鹽堿脅迫能力及相關生理機制提供試驗基礎和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料來源于云南省丘北縣的八月瓜（Holboellia latifoliaWall.）壓條苗，選擇苗高40 cm左右、長勢一致、無病蟲害的健壯植株。

1.2 試驗藥劑

姜黃素，合肥千盛生物科技有限公司；硫酸鈉（Na2SO4）、碳酸鈉（Na2CO3）、碳酸氫鈉（NaHCO3），分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.3 儀器與設備

101A-1EA 電熱鼓風干燥箱，上海實驗儀器廠有限公司；721 紫外可見分光光度計，上海菁華科技園儀器有限公司；HH-4 數顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司；SX2-2.5-10A 智能一體化馬弗爐，鶴壁精中科技有限公司；MDF-86V338 超低溫冰箱，中科都菱科技有限公司。

1.4 試驗設計

自栽植之日起，每隔7 d 澆1 次1/2 霍格蘭營養液（pH=6.5），每次每株澆500 mL，待植株恢復生長后對其進行鹽堿脅迫和姜黃素處理。

鹽堿脅迫處理：先分別配制1 mol/L 的Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3溶液，然后按照體積比1 ∶1 ∶2混合，并加蒸餾水稀釋至Na+濃度為150 mmol/L、pH值為8.5 的鹽堿脅迫處理液。鹽堿脅迫處理時，在每個營養缽中澆入2 L 150 mmol/L 鹽堿處理液，每個條盆共需澆鹽堿脅迫液8 L，栽培基質無法吸收的鹽堿脅迫液自然滲漏到白色條盆底部，使白色條盆底部保持5 cm 左右深的鹽堿脅迫處理液，以后每隔6 d 更換1 次鹽堿脅迫處理液。

姜黃素處理：每次進行鹽堿脅迫處理的同時，分別對八月瓜植株噴灑姜黃素，噴灑時以全部葉片濕潤并開始滴落藥液為準。預實驗結果顯示，低濃度姜黃素處理（25 μmol/L、50 μmol/L、75 μmol/L 和100 μmol/L）中，100 μmol/L 效果最為明顯，其余濃度無明顯變化。因此試驗共設置5 個處理，分別為T0（150 mmol/L 鹽堿脅迫）、T1（150 mmol/L 鹽堿脅迫+100 μmol/L 姜黃素）、T2（150 mmol/L 鹽堿脅迫+200 μmol/L 姜黃素）、T3（150 mmol/L 鹽堿脅迫+400 μmol/L 姜黃素）、T4（150 mmol/L 鹽堿脅迫+800 μmol/L 姜黃素），CK 為清水對照（無鹽堿脅迫），每個處理重復4 次。于處理的第0 d、7 d、14 d、21 d、28 d 采樣，樣品為成熟、健壯且無病蟲害的葉片，去離子水洗凈后，烘箱烘干并研磨成粉末，過80 目標準篩后用于測定各項指標。

1.5 指標測定方法

超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用氮藍四唑光氧化法[7]；過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創木酚-H2O2顯色法[7]；可溶性糖含量的測定采用硫酸-苯酚法[8]；脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮顯色法[9]；鈉含量的測定采用溴甲酚綠分光光度法[10]。每個指標重復測4 次，取平均值。

1.6 數據處理

所有數據均使用SPSS 17.0 進行鄧肯氏新復極差檢測（P＜0.05），用Excel 2020 作圖。

2 結果與分析

2.1 姜黃素對鹽堿脅迫下八月瓜植株生長狀況的影響

從圖1 可看出，與CK 相比，T0 的八月瓜植株及葉片已明顯黃化干枯；與T0 相比，不同濃度姜黃素處理均能有效緩解鹽堿脅迫對八月瓜植株的傷害，其中T1、T2 的植株僅葉片發黃，下部葉片邊緣稍有干枯，T3 葉片明顯發黃且下部葉片黃化嚴重，T4 的植株黃化干枯最為顯著且生長狀況最差。由此可見，100 μmol/L、200 μmol/L 姜黃素處理對緩解鹽堿脅迫下八月瓜植株的損傷效果較好。

圖1 姜黃素對鹽堿脅迫下八月瓜植株生長的作用

2.2 姜黃素對鹽堿脅迫下八月瓜葉片SOD 和POD活性的影響

2.2.1 SOD 活性

由圖2 可看出，鹽堿脅迫下，與T0 相比，各處理均有效增強了其SOD 活性，其中T1 在7 ～28 d 時均顯著高于同期T0；第7 ～21 d 時，T1 均顯著高于同期的對照。由此說明，長時間的鹽堿脅迫會導致八月瓜葉片SOD 活性下降，姜黃素處理有利于提高鹽堿脅迫下八月瓜葉片內SOD 活性，從而增強八月瓜植株的耐鹽堿脅迫能力，其中100 μmol/L 的姜黃素處理效果最佳。

圖2 姜黃素處理對鹽堿脅迫下八月瓜葉片SOD 活性的影響

2.2.2 POD 活性

由圖3 可知，與T0 相比，除鹽堿脅迫的第7 d 外，其他姜黃素處理基本能提高八月瓜葉片的POD 活性，第28 d 時T1、T2、T3 和T4 處理的POD 活性分別提高了63.88%、58.34%、38.90%和33.33%；此外，在鹽堿脅迫處理的第14 d 時，各處理的POD 活性均達到峰值。由此說明，鹽堿脅迫下，適宜濃度的姜黃素處理均能有效提高八月瓜POD 活性，但鹽堿脅迫時間過長會降低其效果，其中100 μmol/L 姜黃素效果最顯著。

圖3 姜黃素對鹽堿脅迫下八月瓜葉片POD 活性的影響

2.3 姜黃素對八月瓜葉片滲透調節物質含量的影響

2.3.1 可溶性糖含量

由圖4 可知，與T0 相比，T1、T2、T3 和T4 八月瓜葉片的可溶性糖含量均有一定程度的提高，且T1、T2 均與同期T0 達到顯著差異（P＜0.05）；T1、T2在第14 ～28 d 時的可溶性糖含量均顯著高于同期對照，且在第28 d 時達到最大值，顯著增加了51.84%、33.09%（P＜0.05）。由此可見，100 μmol/L 的姜黃素處理能夠有效緩解鹽堿脅迫對八月瓜葉片的損傷。

圖4 姜黃素對鹽堿脅迫下八月瓜葉片可溶性糖含量的影響

2.3.2 脯氨酸含量

從圖5 可知，T1、T2 和T3 均能有效降低鹽堿脅迫對八月瓜葉片脯氨酸含量的影響程度。鹽堿脅迫下，T1、T2 和T3 的脯氨酸含量均高于T0，且T1、T2 與T0 之間達到顯著差異（P＜0.05）；T1 的脯氨酸含量均高于同期的對照，且在處理的第28 d 時，比同期的對照顯著提高了28.85%（P＜0.05）。說明100 μmol/L、200 μmol/L 的姜黃素處理有利于鹽堿脅迫下八月瓜葉片脯氨酸含量的大幅度提高，以此來增強八月瓜植株的耐鹽堿脅迫能力。

圖5 姜黃素對鹽堿脅迫下八月瓜葉片脯氨酸含量的影響

2.4 姜黃素對鹽堿脅迫下八月瓜葉片鈉含量的影響

由圖6 可知，在處理的第14 ～28 d，不同濃度姜黃素處理的八月瓜葉片鈉含量均顯著低于同期的T0，其中T1 在第28 d 時的效果最好，比T0 降低了52.86%，達到了顯著差異（P＜0.05）。說明鹽堿脅迫下，姜黃素處理可有效降低八月瓜葉片的鈉含量，并使其耐鹽堿脅迫能力提高，其中以100 μmol/L、200 μmol/L 的姜黃素處理效果最好。

圖6 姜黃素鹽堿脅迫下八月瓜葉片鈉含量的影響

3 結論與討論

鹽堿脅迫會抑制植物的生長發育，導致生理代謝紊亂：植物在受到高濃度的鹽堿脅迫時，會產生相應的滲透和氧化等鹽堿脅迫反應，從而抑制植物生長。在逆境條件下，DNA 甲基化抑制劑能夠調節植物相關抗逆基因的表達，通過調控植物體內的DNA 甲基化水平來增強植物對非生物脅迫的抗性[11]。研究表明，適宜濃度的姜黃素能夠促進植物生長和影響植物的生理生化過程，提高植株內抗氧化酶活性等[12]。相關生理機制可能是姜黃素處理一方面通過提高鹽堿脅迫下八月瓜脯氨酸、可溶性糖含量來提高其滲透調節能力，另一方面通過提高SOD 和POD 活性增強八月瓜的抗氧化能力，降低鹽堿脅迫對八月瓜的氧化損傷，從而使八月瓜的抗鹽堿能力得到提升。

本研究發現，鹽堿脅迫下，一定濃度姜黃素處理可有效促進八月瓜植株的生長發育，增加八月瓜體內的可溶性糖、脯氨酸含量，增強SOD 和POD 活性，其中以100 μmol/L 的姜黃素處理效果最好。