水楊酸浸種對(duì)鹽脅迫下燕麥種子萌發(fā)的影響

閆艷華

(呂梁學(xué)院生命科學(xué)系， 山西 離石 033000)

中國鹽堿地排名世界第三，是名副其實(shí)的鹽堿地大國。鹽堿土地對(duì)作物生長有抑制作用。因此，提高作物的耐鹽性和植物的耐鹽機(jī)理一直是研究的熱點(diǎn)[1-3]。近年來，許多學(xué)者開展了外源物質(zhì)的添加對(duì)于植物耐鹽性的研究，水楊酸(salicylic acid，SA)就是其中一種。水楊酸也稱為鄰羥基苯甲酸，是一種柳樹皮的提取物，也是一種常見于植物中的酚類化合物[4]。研究發(fā)現(xiàn)，外源噴撒0.5、1.5 mmol·L-1的水楊酸可以增加鹽脅迫下紫花苜蓿的含水量、緩解鹽脅迫對(duì)株高和莖粗的抑制作用，提高SOD、CAT、POD的活性，減少丙二醛的積累[5]。黃玉梅等研究發(fā)現(xiàn)，1.0 mmol·L-1的水楊酸可以緩解鹽脅迫下百日草種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、發(fā)芽率幼苗株高莖粗；同時(shí)使抗性氧化酶活性增加，增加其鹽脅迫的耐受性，減少鹽脅迫的損傷[6]。

燕麥?zhǔn)俏覈脑a(chǎn)農(nóng)作物，具有很高的營養(yǎng)保健價(jià)值[7]。近年來燕麥的種植規(guī)模也越來越大，從氣候方面來講，我國北方大部分地區(qū)都很適宜燕麥生長；但從土壤方面來講，我國北方的大部分地區(qū)為鹽漬化土地分布區(qū)，燕麥生長受到不同程度的影響。因此，本研究以燕麥種子為材料，分析不同濃度外源水楊酸處理后，燕麥種子萌發(fā)及幼苗生理生化等方面的變化，探討水楊酸對(duì)鹽脅迫下燕麥的作用機(jī)制，旨在為緩解燕麥鹽害提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

試驗(yàn)材料為晉燕1號(hào)種子。試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理，分別為ck(0 g·L-1NaCl+0 mmol·L-1SA)、T 0(2.3 g·L-1NaCl+0 mmol·L-1SA)、T 1(2.3 g·L-1NaCl+0.01 mmol·L-1SA)、T 2(2.3 g·L-1NaCl+0.05 mmol·L-1SA)、T 3(2.3 g·L-1NaCl+0.1 mmol·L-1SA)、T 4(2.3 g·L-1NaCl+0.2 mmol·L-1SA)。

1.2 方法與測(cè)定指標(biāo)

挑選飽滿的燕麥種子，用酒精消毒10 min，用蒸餾水沖洗5次，然后用ck、T 0、T 1、T 2、T 3、T 4浸種24 h。將燕麥種子均勻地鋪在加入了濃度為2.3 g·L-1鹽水的花盆中，并在每個(gè)花盆中播種50粒種子。每個(gè)處理播3盆。將所有燕麥種子都放入25 ℃的恒溫箱中培養(yǎng)。3 d后測(cè)定發(fā)芽勢(shì)，7 d后測(cè)定發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)鹽害率、幼芽含水量、活力指數(shù)和α-淀粉酶的活性以及根的總長度、表面積、體積，發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)為芽長達(dá)種子長度的1/2，計(jì)算公式分別為：

發(fā)芽勢(shì)(%)=(發(fā)芽初期(指定日期內(nèi))正常發(fā)芽種子數(shù)/供檢驗(yàn)種子數(shù))×100%；

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽末期(指定日期內(nèi))正常發(fā)芽種子數(shù)/供檢驗(yàn)種子數(shù))×100%；

表1 不同濃度水楊酸處理下燕麥種子的萌發(fā)情況

處理發(fā)芽勢(shì)/%發(fā)芽率/%發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)相對(duì)鹽害率/%ck79.00±3.00b83.00±4.36b16.00±2.64ab3.30±0.46c—T073.00±3.46b80.00±2.00b15.00±4.00ab4.65±0.61b3.61T181.00±5.44b85.00±4.36b18.00±3.61ab5.20±0.24b-2.40T288.00±1.73a92.00±3.00a21.00±4.36a6.12±0.53a-10.84T377.00±4.36b79.00±3.61b15.00±3.46ab2.52±0.46d4.82T462.00±2.65c71.00±4.36c11.00±6.08b1.54±0.13e14.46

注：相同指標(biāo)的不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著，所有數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。下同。

發(fā)芽指數(shù)= ∑Gt/Dt；

相對(duì)鹽害率(%)=[(對(duì)照發(fā)芽率-處理發(fā)芽率)/對(duì)照發(fā)芽率]×100%；

幼芽含水量=[(鮮重-干重)/鮮重]×100%；

活力指數(shù)=生物學(xué)產(chǎn)量×發(fā)芽指數(shù)。

根體積的測(cè)定。取出保留有根尖和細(xì)跟的完整根部，沖洗干凈后用吸水紙洗去根表面的水分。將根放入試管中，慢慢加入蒸餾水至一定的刻度，取出根系并等水從根上流入試管里后，用滴定管加水到初始刻度值處，加入水的體積即為根系的總體積。

α-淀粉酶的活性采用凝膠擴(kuò)散法進(jìn)行測(cè)定[8]；表面積用甲稀藍(lán)吸附法測(cè)定[9]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

按照施偉等[10]的方法，燕麥種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、α-淀粉酶活性、芽長、根長、幼芽含水量、根表面積、根體積以及幼芽干重、鮮重、含水量看作1個(gè)灰色系統(tǒng)，12個(gè)性狀為該系統(tǒng)中的因素[11]。其中SA噴撒濃度為參考數(shù)列，12個(gè)性狀參數(shù)為比較數(shù)列Xi。利用下列公式計(jì)算X0和各參數(shù)Xi的關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度：

采用Excel 2010軟件和SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和Duncan’s多重比較分析(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度水楊酸對(duì)種子萌發(fā)率的影響

表1表明，不同濃度水楊酸處理對(duì)燕麥種子萌發(fā)情況表現(xiàn)為：低濃度下促進(jìn)燕麥種子萌發(fā)，高濃度下抑制燕麥種子萌發(fā)。水楊酸濃度在0.05 mmol·L-1時(shí)，燕麥種子的各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)最好，即該濃度為最佳濃度。濃度在0.05 mmol·L-1時(shí)燕麥的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最高，相對(duì)鹽害率最低。0.05 mmol·L-1水楊酸處理下的燕麥種子在發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和活力指數(shù)方面與其他5組差異顯著；0.05 mmol·L-1處理與0.2 mmol·L-1處理下的燕麥種子發(fā)芽指數(shù)有顯著差異，而與其他4組處理差異不顯著。另外，0.05 mmol·L-1處理的燕麥種子鹽害率最小，且鹽害率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。

2.2 不同濃度水楊酸對(duì)燕麥種子α-淀粉酶活性的影響

由圖1可得出，0、0.01 mmol·L-1濃度處理對(duì)燕麥種子α-淀粉酶活性影響不明顯。0.05 mmol·L-1濃度處理時(shí)α-淀粉酶活性明顯提高。0.05 mmol·L-1處理與0.2 mmol·L-1處理間差異顯著，但與其他4組差異不顯著。結(jié)果表明：低濃度水楊酸可以促進(jìn)燕麥種子中α-淀粉酶的活性，而高濃度水楊酸則會(huì)抑制燕麥種子中α-淀粉酶的活性。水楊酸濃度為0.05 mmol·L-1時(shí)，燕麥種子的α-淀粉酶活性達(dá)到最高。

2.3 不同濃度水楊酸對(duì)燕麥芽長和根長的影響

水楊酸的濃度不同時(shí)，對(duì)植物種子的萌發(fā)和幼苗的生長所產(chǎn)生的作用也不一樣。圖2表明，在0.05 mmol ·L-1處理下的燕麥種子和0 mmol·L-1處理之間，幼苗長度存在顯著差異，其長度相差約1.4 cm；燕麥種子的根長，0.05 mmol·L-1處理和0.2 mmol·L-1處理下的種子有顯著的差異，長度相差約1.7 cm，且0.05 mmol·L-1處理與其他4組無顯著差異。綜上所述：較低濃度水楊酸處理，可以促進(jìn)燕麥根和芽的生長，濃度超過0.05 mmol·L-1時(shí)，則會(huì)抑制芽和根的生長，0.05 mmol·L-1濃度水楊酸處理對(duì)根和芽的促進(jìn)作用最強(qiáng)。

圖1 不同濃度水楊酸對(duì)燕麥種子α-淀粉酶活性的影響

圖2 不同濃度水楊酸對(duì)燕麥芽長和根長的影響

2.4 不同濃度水楊酸對(duì)幼芽含水量的影響

幼芽水含量是芽苗水分狀況及其耐受脫水或干旱能力的良好指標(biāo)。由表2可得，幼芽鮮重在0.05 mmol·L-1濃度處理下與對(duì)照組、0.01 mmol·L-1處理下差異不顯著，與0 mmol·L-1水楊酸處理下無顯著性差異。0.05 mmol·L-1濃度處理與0.1、0.2 mmol·L-1處理下有顯著差異，分別相差0.22 g、0.20 g；幼芽干重，0.05 mmol·L-1處理與0.1、0.2 mmol·L-1處理均有顯著差異，分別相差0.05 g、0.04 g，而與其他3組差異不顯著；幼芽含水量0.05 mmol·L-1處理下與0.01 mmol·L-1處理差異顯著，二者相差12.24%，而前者與其他4組沒有顯著差異。結(jié)果表明：適宜濃度的水楊酸可提高燕麥幼芽的含水量，即水楊酸濃度在0.05 mmol·L-1時(shí)，燕麥幼芽的含水量最高。

2.5 不同濃度水楊酸對(duì)燕麥根部指標(biāo)的影響

根系生命活動(dòng)的指標(biāo)對(duì)地上部分有直接的影響。表3表明，0.05 mmol·L-1水楊酸處理下燕麥幼苗的根表面積最大，且與其他5組均有顯著的差異。0.05 mmol·L-1水楊酸處理下燕麥根的體積也最大，且與0、0.2 mmol·L-1處理下差異顯著，與其他3組差異不顯著。說明0.05 mmol·L-1濃度處理下燕麥根部表面積和體積最大。水楊酸對(duì)燕麥根部指標(biāo)的影響表現(xiàn)為高濃度促進(jìn)和低濃度抑制的現(xiàn)象。

表2 不同濃度水楊酸對(duì)幼芽含水量的影響

水楊酸濃度/(mmol·L-1)幼芽鮮重/g幼芽干重/g幼芽含水量/%ck0.26±0.06a0.09±0.04ab65.38±3.26abT00.22±0.04ab0.08±0.03ab63.64±3.85abT10.31±0.03a0.12±0.03a61.29±1.14bT20.34±0.06a0.09±0.01ab73.53±1.70aT30.12±0.07b0.04±0.02b66.67±5.11abT40.14±0.05b0.05±0.01b64.29±7.34ab

表3 不同濃度水楊酸對(duì)燕麥根部指標(biāo)的影響

處理表面積/cm2體積/cm3ck0.60±0.08b0.58±0.06abT00.57±0.05b0.53±0.06bT10.61±0.07b0.66±0.04abT20.88±0.06a0.72±0.11aT30.66±0.13b0.61±0.04abT40.53±0.05b0.49±0.07b

2.6 各指標(biāo)間灰色關(guān)聯(lián)度分析

對(duì)SA浸種的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析，結(jié)果如表4，發(fā)芽勢(shì)>發(fā)芽指數(shù)>幼芽含水量>發(fā)芽率>幼芽干重>幼芽鮮重>α-淀粉酶活性>芽長>根體積>根長>根表面積>活力指數(shù)。說明發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、幼芽含水量以及發(fā)芽率與SA的濃度密切相關(guān)，可以作為SA對(duì)鹽脅迫下燕麥種子萌發(fā)階段緩解效應(yīng)的指標(biāo)，此外幼芽的干重、鮮重以及α-淀粉酶活性能較明顯的反映水楊酸對(duì)鹽脅迫下植株的緩解作用，活力指數(shù)的關(guān)聯(lián)度低于根體積、根長、根表面積。

表4 水楊酸浸種對(duì)鹽脅迫下燕麥種子各指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度分析

指標(biāo)關(guān)聯(lián)度順序發(fā)芽勢(shì)0.6988839601發(fā)芽指數(shù)0.6459768912幼芽含水量0.6458366343發(fā)芽率0.6387871974幼芽干重0.6378036385幼芽鮮重0.6248879786α-淀粉酶活性0.6172762787芽長0.6149903828根體積0.6085911889根長0.60258201010根表面積0.57172785511活力指數(shù)0.54851703412

3 結(jié)論與討論

鹽堿環(huán)境對(duì)植物種子的萌發(fā)和幼苗的成長都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。它可以使紫花苜蓿[5]、百日草[6]和棉花[12]等作物的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)降低。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，燕麥種子在2.3 g·L-1的鹽脅迫下，其萌發(fā)率、活力指數(shù)及α-淀粉酶活性降低。此外，鹽脅迫降低了燕麥幼苗的鮮重，干重，根表面積和根體積。劉維寶等研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜幼苗經(jīng)NaCl處理后，黃瓜干重、鮮重、根表面積、根體積和根總長度均顯著下降[13]。表明不同植物在受到鹽脅迫后種子萌發(fā)指標(biāo)會(huì)有下降趨勢(shì)，但是不同植物在不同濃度的鹽脅迫下生長指標(biāo)與發(fā)芽指標(biāo)的下降幅度不一樣，甚至不同品種間也會(huì)有不同[14-15]。

受鹽脅迫的燕麥種子施用SA處理后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：燕麥種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、α-淀粉酶活性及芽長、根長、幼芽含水量、根表面積和根體積，隨著水楊酸濃度的增加與鹽脅迫處理組相比均有所提高。證明水楊酸能夠促進(jìn)燕麥種子的萌發(fā)和燕麥幼苗的生長。但水楊酸濃度過高時(shí)，會(huì)影響燕麥種子萌發(fā)和幼苗生長的速度，0.05 mmol·L-1濃度的水楊酸具有最好的促進(jìn)作用。王立紅等研究發(fā)現(xiàn)，在棉花上外施0.2 mmol·L-1SA后，棉花種子的鹽害緩解效應(yīng)達(dá)到顯著水平，4個(gè)棉花品種的根系活力、根總長度、根表面積、根體積、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽指數(shù)均得到有效提高，而高濃度處理0.4 mmol·L-1和0.6 mmol·L-1效果反而不如0.4 mmol·L-1，即表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)高濃度抑制的效果[12]。王俊斌等研究發(fā)現(xiàn)，低濃度(0.25，0.50 mmol·L-1)SA能促進(jìn)水稻萌發(fā)，而較高濃度(1.00，2.50，5.00 mmol·L-1)SA卻延遲甚至抑制其萌發(fā)[16]。說明不同植物對(duì)SA的敏感度不同，其處理的最適濃度不同，但具體的緩解鹽脅迫的機(jī)理還需要進(jìn)一步的研究。

通過灰色關(guān)聯(lián)度分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、幼芽含水量以及發(fā)芽率能敏銳的反映出SA對(duì)鹽脅迫的緩解作用。王立紅等研究發(fā)現(xiàn)，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)以及發(fā)芽指數(shù)與SA的施用濃度密切相關(guān)，是最能評(píng)價(jià)SA對(duì)鹽脅迫緩解效果的指標(biāo)[12]。其他的跟表面積和活力指數(shù)等指標(biāo)與SA處理濃度關(guān)聯(lián)度差，原因可能是表面積和活力指數(shù)是各種形態(tài)指標(biāo)的綜合表現(xiàn)。