外源植物激素對(duì)東方山羊豆響應(yīng)鹽脅迫的調(diào)控效應(yīng)初探

田 聰，張清斌，顧 祥，韓 青，朱忠艷，王承軍，穆尼熱

(1.新疆畜牧科學(xué)院草業(yè)研究所，新疆 烏魯木齊 830000； 2.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗(yàn)中心，新疆 烏魯木齊 830049)

東方山羊豆(Galegaorientalis)又稱飼用山羊豆，是一種多年生冬性豆科牧草，我國(guó)無(wú)此野生種質(zhì)資源分布[1-2]。我國(guó)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始對(duì)東方山羊豆進(jìn)行引種研究。1999年新疆畜牧科學(xué)院草業(yè)研究所從高加索地區(qū)引進(jìn)東方山羊豆種子,并在新疆天山以北牧區(qū)進(jìn)行多點(diǎn)引種試驗(yàn)。通過(guò)多年馴化栽培，于2004年通過(guò)全國(guó)牧草評(píng)審委員會(huì)審定，登記為全國(guó)引進(jìn)牧草新品種——“新引1號(hào)東方山羊豆”(G.orientaliscv.Xinyin No.1)，登記號(hào)為275[3]。隨著退牧還草、牧民定居、草原生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制等項(xiàng)目的實(shí)施，東方山羊豆作為栽培草地建植用種得到進(jìn)一步推廣栽培，并以其綜合農(nóng)藝性狀好[4]、營(yíng)養(yǎng)豐富[5]、越冬能力強(qiáng)、產(chǎn)草量高和不感染菟絲子(Cuscutachinensis)[2]的特性得到了廣大農(nóng)牧民、基層農(nóng)技、草原推廣部門的認(rèn)可。

土壤鹽漬化是一個(gè)世界性難題[6]，也是困擾牧區(qū)栽培草地建設(shè)的核心問(wèn)題之一，高品質(zhì)農(nóng)業(yè)土地資源有限，飼草料地建設(shè)不可能擠占經(jīng)濟(jì)、糧食等作物的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地。采用工程學(xué)方法改良鹽堿地成本高[7]，無(wú)疑會(huì)增加人工飼草料地建設(shè)成本。種植抗逆性高的優(yōu)良牧草不失為較佳的解決方式。但東方山羊豆在鹽堿地種植時(shí)，時(shí)常表現(xiàn)出出苗困難，苗期生長(zhǎng)緩慢的現(xiàn)象。植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑與植物耐鹽性的關(guān)系一直是植物耐鹽機(jī)理研究的重要內(nèi)容[8]。本試驗(yàn)研究植物生長(zhǎng)激素對(duì)東方山羊豆種子發(fā)芽和苗期耐鹽性的影響，旨在為東方山羊豆在鹽堿地上的種植管理，以及培育篩選耐鹽堿優(yōu)良品系、品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料 東方山羊豆種子于2010年10月采自新疆畜牧科學(xué)院草業(yè)研究所東方山羊豆育種試驗(yàn)田，通風(fēng)晾干，去種莢后4 ℃低溫保存。

1.2試劑與設(shè)備 6-卞基腺嘌呤(6-BA)、α-萘乙酸(NAA)、赤霉素(GA3)為進(jìn)口分裝，購(gòu)自上海生工生物股份有限公司；其余試劑為國(guó)產(chǎn)分析純。分析天平及721分光光度計(jì)、人工氣候箱均為國(guó)產(chǎn)儀器。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1種子發(fā)芽特性的測(cè)定 將經(jīng)預(yù)處理(機(jī)械打磨)的東方山羊豆種子用0.1% HgCl2消毒3 min，然后用蒸餾水沖洗干凈，置于底部墊有濾紙的發(fā)芽盒中。每盒放入種子100粒，設(shè)3個(gè)重復(fù)。采用稱重法，向發(fā)芽盒中分別加入濃度梯度為0、25、50、100、150、200 mmol·L-1的NaCl溶液。通過(guò)預(yù)試驗(yàn)，GA3處理質(zhì)量濃度為1 mg·L-1，6-BA為2 mg·L-1，NAA為5 mg·L-1，以不添加激素處理為對(duì)照將發(fā)芽盒置于人工氣候箱暗培養(yǎng)，設(shè)置溫度為26 ℃(16 h)/16 ℃(8 h)。第3天開(kāi)始記錄發(fā)芽數(shù)，以胚根突破種皮2 mm作為種子發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，霉?fàn)€的記為無(wú)生活力的種子，計(jì)算15 d內(nèi)的發(fā)芽率[9]。

1.3.2幼苗生理特性的測(cè)定 將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的東方山羊豆種子(方法同上)播于墊有濾紙的發(fā)芽盒中，在1/4濃度Hoagland營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)。種子發(fā)芽后用改良的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液水培，每5 d更換營(yíng)養(yǎng)液，其余時(shí)間用去離子水補(bǔ)充散失水分。培養(yǎng)30 d后分別加入濃度為0、25、50、100、150、200 mmol·L-1的NaCl溶液和GA3質(zhì)量濃度為1 mg·L-1、6-BA為2 mg·L-1、NAA為5 mg·L-1的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液對(duì)東方山羊豆幼苗進(jìn)行培養(yǎng)(每處理3個(gè)重復(fù))，以不添加激素處理為對(duì)照。處理5 d后，收集葉片測(cè)定游離脯氨酸[10]、丙二醛[10]、葉綠素[11]含量等各項(xiàng)生理指標(biāo)。

1.4數(shù)據(jù)處理 所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用微軟Excel及DPS 9.1.48軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，完成作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1植物生長(zhǎng)激素對(duì)NaCl脅迫下東方山羊豆種子發(fā)芽的影響 隨NaCl濃度的增大，4組處理的發(fā)芽率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，因處理方式不同，降低的程度也不相同(圖1)。在無(wú)激素處理組中，50 mmol·L-1的NaCl濃度下，鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響較小，發(fā)芽率呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)；在100 mmol·L-1的NaCl濃度下，發(fā)芽率大幅下降；當(dāng)NaCl濃度達(dá)到200 mmol·L-1以上時(shí)，萌發(fā)率幾乎為0(<1%)。在GA3處理組中，發(fā)芽率下降趨勢(shì)較緩，在鹽濃度為150 mmol·L-1時(shí)，發(fā)芽率才有較大的下降，但在鹽濃度為200 mmol·L-1時(shí)，仍能有接近50%的發(fā)芽率，催芽能力明顯。6-BA處理組中，隨著鹽濃度提高，發(fā)芽率在100 mmol·L-1之后，才大幅下降。NAA組中，發(fā)芽率與無(wú)激素處理組中趨勢(shì)比較接近，基本上沒(méi)有催芽的效果。

2.2植物生長(zhǎng)激素對(duì)NaCl脅迫下東方山羊豆幼苗脯氨酸含量的影響 在無(wú)鹽脅迫狀態(tài)下，各激素處理差異不顯著(P>0.05);隨著鹽濃度的提高，4組處理中東方山羊豆幼苗脯氨酸含量呈增加趨勢(shì)(圖2)。當(dāng)NaCl濃度高于50 mmol·L-1時(shí)，脯氨酸含量較無(wú)鹽脅迫狀態(tài)下均顯著增大。在同一脅迫處理下，NAA和6-BA處理脯氨酸含量總是高于其他處理。NAA組在200 mmol·L-1鹽濃度下，脯氨酸含量最高，為本組初始期的10倍以上。雖然無(wú)激素處理組中脯氨酸含量較低，但最高鹽脅迫濃度下脯氨酸含量較無(wú)脅迫狀態(tài)下提高了18倍。NaCl濃度為50 mmol·L-1時(shí)，GA3組脯氨酸含量較無(wú)激素處理組差異不顯著。6-BA組中，50～100 mmol·L-1鹽濃度區(qū)間中，脯氨酸濃度高于NAA。

圖1 植物生長(zhǎng)激素對(duì)NaCl脅迫下東方山羊豆種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effects of plant growth hormones on germination of Galega orientalis under different NaCl stress seedlings under different NaCl stress

2.3植物生長(zhǎng)激素對(duì)NaCl脅迫下東方山羊豆丙二醛含量的影響 在無(wú)鹽脅迫狀態(tài)下，NAA處理丙二醛含量與無(wú)激素處理差異顯著(P<0.05)，其他處理組MDA含量與無(wú)激素處理組差異不顯著(P>0.05)；隨著NaCl濃度的增加，無(wú)激素處理組和GA3組丙二醛含量呈下降趨勢(shì)(圖3)。在25～100 mmol·L-1鹽濃度區(qū)間，無(wú)激素處理組出現(xiàn)先下降后迅速回升的趨勢(shì)，這與東方山羊豆幼苗的應(yīng)激性有密切聯(lián)系。在最低點(diǎn)，即50 mmol·L-1鹽濃度是一個(gè)閾值。6-BA和NAA組丙二醛含量隨著NaCl濃度的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，拐點(diǎn)在50 mmol·L-1處。

圖2 植物生長(zhǎng)激素對(duì)NaCl脅迫下東方山羊豆幼苗脯氨酸含量的影響Fig.2 Effects of plant growth hormones on proline content of Galega orientalis seedlings under different NaCl stress

圖3 植物生長(zhǎng)激素對(duì)NaCl脅迫下東方山羊豆丙二醛含量的影響Fig.3 Effects of plant growth hormones on MDA content of Galega orientalis seedlings under different NaCl stress

2.4植物生長(zhǎng)激素對(duì)NaCl脅迫下東方山羊豆葉綠素含量的影響 在無(wú)鹽脅迫條件下，東方山羊豆幼苗無(wú)激素處理中葉綠素含量顯著(P<0.05)高于GA3和6-BA處理。隨著鹽濃度的不斷提高，4組處理葉綠素含量均總體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)(圖4)。低濃度的鹽脅迫下，無(wú)激素處理組和NAA組葉綠素含量上升，說(shuō)明NAA能夠刺激東方山羊豆細(xì)胞中葉綠體的生成。隨著鹽濃度進(jìn)一步提高，葉綠素含量逐漸下降，NAA組下降趨勢(shì)強(qiáng)于無(wú)激素處理，NAA表現(xiàn)出限制葉綠素的形成?？傮w來(lái)說(shuō)，在中、低濃度的鹽脅迫條件下，NAA處理的東方山羊豆葉綠素含量高于無(wú)激素處理，對(duì)幼苗的生長(zhǎng)是有利的。而GA3和6-BA處理降低了非鹽脅迫和鹽脅迫條件下葉綠素的含量。

圖4 植物生長(zhǎng)激素對(duì)NaCl脅迫下東方山羊豆葉綠素含量的影響Fig.4 Effects of plant growth hormones on chlorophyll content of Galega orientalis seedlings under different NaCl stress

3 討論

3.1鹽脅迫及激素處理對(duì)東方山羊豆種子發(fā)芽的影響 對(duì)于大多數(shù)非鹽生植物，鹽脅迫明顯影響其種子萌發(fā)，隨著鹽濃度的增大，種子萌發(fā)出現(xiàn)遲滯的現(xiàn)象[12]，高濃度鹽分對(duì)種子有毒害作用。鹽脅迫環(huán)境阻礙植物種子吸水，同時(shí)過(guò)量的離子進(jìn)入植物細(xì)胞，還會(huì)打破種子體內(nèi)激素平衡。植物對(duì)鹽脅迫環(huán)境也會(huì)表現(xiàn)出應(yīng)激性，但會(huì)增加植物的代謝成本。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽脅迫濃度的增加，東方山羊豆種子發(fā)芽率總體呈下降趨勢(shì)，質(zhì)量濃度低于50 mmol·L-1NaCl脅迫對(duì)東方山羊豆發(fā)芽影響小，這與苜蓿(Medicagosativa)等[13-14]非鹽生植物的研究結(jié)論類似，即低鹽濃度對(duì)種子萌發(fā)抑制作用不明顯。植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可用于調(diào)控種子萌發(fā)[15]。外源植物激素的刺激能夠調(diào)控種子中一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。從而使種子萌發(fā)相關(guān)酶的活力增強(qiáng)，促使種子萌發(fā)，最終表現(xiàn)為提高了種子的生活力[16]。GA3是一種重要的植物激素，常用于打破某些植物種子的休眠，促進(jìn)其萌發(fā)[17]；6-BA是一種非植物內(nèi)源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物，能促進(jìn)細(xì)胞分裂[18]；NAA可促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)與分裂，誘導(dǎo)形成不定根，促進(jìn)扦插枝條生根[18]。本研究結(jié)果顯示，GA3、6-BA、NAA 3種植物外源激素中，僅GA3的浸種處理達(dá)到了在較高鹽濃度脅迫條件下，對(duì)東方山羊豆種子有催芽的效果，而6-BA、NAA的處理，雖然一定程度上可以提高種子的發(fā)芽率，但從總體上看，不能達(dá)到生產(chǎn)上的要求，這是否與其浸種時(shí)間和浸種濃度有關(guān)還需做進(jìn)一步的研究。

3.2東方山羊豆對(duì)鹽脅迫及激素處理的生理響應(yīng) 當(dāng)植物體受到逆境脅迫時(shí)，體內(nèi)會(huì)發(fā)生一系列的生理生化變化，從而提高植株適應(yīng)逆境的能力。脯氨酸作為一種有機(jī)滲透調(diào)節(jié)劑，雖然它在植物體內(nèi)積累的原因和生理意義仍然存在分歧，但其可作為植物對(duì)鹽堿脅迫反應(yīng)敏感的協(xié)變指標(biāo)[19]。通常植物中脯氨酸含量很低，但遇到鹽堿、干旱、低溫等逆境時(shí)，脯氨酸便會(huì)大量積累，其積累指數(shù)與植物的抗逆性有關(guān)。在本研究中的鹽脅迫條件下，隨著NaCl濃度的提高，東方山羊豆葉片中游離脯氨酸含量顯著增加，表明東方山羊豆具有一定的滲透調(diào)節(jié)能力。特別是在NaCl濃度超過(guò)50 mmol·L-1，脯氨酸含量增長(zhǎng)較快。在鹽脅迫條件下，NAA、6-BA能夠調(diào)控東方山羊豆脯氨酸快速累積。隨著鹽濃度的提升，低濃度的NAA就可以使東方山羊豆幼苗脯氨酸含量成倍提高。在本研究的中等鹽濃度100 mmol·L-1NaCl脅迫下，2 mg·L-16-BA可使東方山羊豆幼苗脯氨酸含量顯著提升，但隨著鹽濃度的提高，調(diào)控能力下降。GA3對(duì)東方山羊豆脯氨酸積累促進(jìn)作用要明顯低于NAA和6-BA。

植物器官衰老或在逆境下遭受傷害，通常會(huì)發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用，MDA是膜脂過(guò)氧化的最終分解產(chǎn)物，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度[20]，同時(shí)也能夠間接反映植物組織抗氧化性和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整程度。本研究中，隨著鹽脅迫濃度的升高，東方山羊豆丙二醛的含量表現(xiàn)出波動(dòng)性，低鹽濃度脅迫條件下，MDA含量下降，中等鹽濃度下MDA含量升高，當(dāng)NaCl脅迫濃度超過(guò)100 mmol·L-1，MDA含量下降，初步判斷MDA不適合作為評(píng)價(jià)東方山羊豆耐鹽性的重要生理指標(biāo)。推測(cè)東方山羊豆可能在膜系統(tǒng)上有其他的耐鹽結(jié)構(gòu)和機(jī)制，這與李鑫等[21]的研究結(jié)果有很強(qiáng)的相關(guān)性。

葉綠素是參與植物光合作用的核心物質(zhì)，葉綠素含量與葉片光合作用密切相關(guān)。因而，葉綠素含量可以作為評(píng)價(jià)植物生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)[22]。本研究顯示隨著鹽濃度的提高，東方山羊豆幼苗葉綠素的含量隨之下降，但在高濃度的NaCl脅迫下，葉綠素含量有上升，這是否與東方山羊豆自身抗逆機(jī)制有關(guān)，還是由膜系統(tǒng)損傷導(dǎo)致仍需研究。NAA可以提高東方山羊豆幼苗葉綠素含量，特別是在中、低鹽濃度條件下。

在分析植物生長(zhǎng)激素對(duì)植物生長(zhǎng)的影響時(shí)，不能只強(qiáng)調(diào)某一項(xiàng)生理指標(biāo)，而應(yīng)綜合考慮對(duì)植物種子萌發(fā)和苗期生長(zhǎng)的影響。盡管NAA加大了東方山羊豆苗期細(xì)胞膜的滲透壓力，但NAA能促進(jìn)東方山羊豆?jié)B透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累和細(xì)胞光合作用，在中、低鹽濃度脅迫條件下，對(duì)苗期東方山羊豆耐鹽生長(zhǎng)綜合調(diào)控效果好于GA3和6-BA。由于本試驗(yàn)僅探討了NaCl對(duì)東方山羊豆種子、幼苗的影響，但通常鹽堿地上生長(zhǎng)的植株會(huì)受到復(fù)鹽脅迫，且不同無(wú)機(jī)離子之間存在著相互作用[23]，同時(shí)幼苗與成熟植株的耐鹽性是否一致等問(wèn)題均值得研究。此外，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑種類繁多，用法、用量各不相同。因此，關(guān)于植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)東方山羊豆在實(shí)際鹽堿土壤條件下的耐鹽性的影響值得進(jìn)一步探討研究。

4 結(jié)論

本研究表明，東方山羊豆種子和幼苗對(duì)鹽脅迫敏感。東方山羊豆能夠適應(yīng)0～50 mmol·L-1NaCl濃度脅迫。在NaCl濃度為150 mmol·L-1以內(nèi)，GA3適合用于提高鹽脅迫條件下東方山羊豆種子發(fā)芽率。NAA適合調(diào)控東方山羊豆幼苗在中、低鹽濃度下的生長(zhǎng)。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)東方山羊豆育種材料選擇、種子包衣技術(shù)的開(kāi)發(fā)及在鹽堿地上的栽培管理具有參考價(jià)值。

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