不同鹽堿脅迫對桔梗種子萌發(fā)和幼苗生理特征的影響

劉志洋， 劉 巖

(長春科技學院，吉林長春 130600)

桔梗(Platycodongrandiflorus)為桔梗科桔梗屬多年生草本植物，含有皂苷、桔梗酸、桔梗糖、菊糖等多種成分，具有抗炎、抗腫瘤、降血糖、降血脂、鎮(zhèn)靜、解熱等功效[1-2]，已被廣泛應用于中藥產(chǎn)品、畜禽飼料添加劑及保健品的開發(fā)中[3-4]。種子萌發(fā)和幼苗生長是植物生長的關(guān)鍵階段，目前關(guān)于桔梗種子萌發(fā)和幼苗生長的研究多集中在干旱、低溫、水分脅迫和浸種處理等方面[5-8]，而關(guān)于鹽堿脅迫的研究鮮有報道。近年來，桔梗在吉林省得到了廣泛種植和推廣，特別是在西部地區(qū)，桔梗的種植面積在不斷擴大，但是土地鹽堿化已成為制約桔梗種植的重要因素。本試驗通過模擬吉林省西部土壤的鹽堿條件，研究不同鹽濃度脅迫對桔梗種子萌發(fā)和幼苗生理特征的影響，以期為吉林省西部地區(qū)種植桔梗提供參考。

1 材料與方法

本試驗于2016年7—10月在長春科技學院醫(yī)藥學院實驗室中進行。

1.1 試驗材料

桔梗種子購自茗州種業(yè)種植有限公司，經(jīng)長春科技學院醫(yī)藥學院專家鑒定為桔梗(Platycodongrandiflorus)種子。

1.2 主要試劑

次氯酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉等常規(guī)分析純試劑，購自天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.3 主要儀器

光照培養(yǎng)箱(型號為GZH-158A)，購自杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司；高壓滅菌鍋(型號為MLS 3780)，購自日本三洋株式會社；分析天平(型號為XS105DU)，購自梅特勒-托利多公司。

1.4 試驗設(shè)計

分別用NaHCO3、Na2CO3配制成濃度為50、100、150、200、250 mmol/L的脅迫溶液。采用濾紙紙上發(fā)芽法，將優(yōu)質(zhì)桔梗種子用1% NaClO溶液消毒4 min后，用蒸餾水清洗干凈，然后均勻排列在墊有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿100粒，分別用5 mL不同鹽堿濃度的溶液進行處理，每個處理3個重復，以蒸餾水處理為對照(CK)，在溫度為25 ℃、光照度為4 000 lx、光—暗周期為12 h—12 h的條件下進行培養(yǎng)，每天于同一時間統(tǒng)計種子的發(fā)芽情況，發(fā)芽后第3天計算發(fā)芽勢，第10天計算發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。選擇長勢良好的桔梗幼苗，用蒸餾水沖洗干凈后，用Hoagland液進行培養(yǎng)至定苗，每個蛭石缽選擇生長一致的幼苗20株，待生長至4葉期時，分別加入上述不同濃度的脅迫溶液，以蒸餾水為對照，每個處理設(shè)3個重復，連續(xù)脅迫處理7 d，測定各處理組桔梗葉片的生理指標。

1.5 種子萌發(fā)指標測定

相關(guān)公式如下：

發(fā)芽勢=(3 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽率=(10 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt，其中Dt為發(fā)芽時間，Gt為對應時間的發(fā)芽種子數(shù)；

相對鹽害率=(對照發(fā)芽率-脅迫發(fā)芽率)/對照發(fā)芽 率×100%。

種子萌發(fā)后第12天，分別從每個重復中取10株幼苗，測量胚根長、胚芽長，并計算根芽比，同時稱量幼苗鮮質(zhì)量。根芽比=(胚根長/胚芽長)×100%。

1.6 幼苗生理指標的測定

參考相關(guān)文獻測定桔梗葉片超氧化物歧化酶(superoxide dismultase，簡稱SOD)、過氧化物酶(peroxidase，簡稱POD)活性及丙二醛(malondialdehyde，簡稱MDA)含量[9]。

1.7 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

用SPSS 19.0對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對種子萌發(fā)的影響

鹽堿脅迫對種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和相對鹽害率的影響如表1所示。可以看出，隨著脅迫溶液濃度的增加，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)逐漸降低，相對鹽害率則逐漸增加；當鹽濃度為50 mmol/L時，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與對照組相比有不同程度的增加，相對鹽害率降低，但差異均不顯著；當鹽濃度≥100 mmol/L時，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)顯著低于對照組(P<0.05)，相對鹽害率則顯著高于對照組(P<0.05)；當NaHCO3、Na2CO3的濃度= 250 mmol/L 時，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)為0，相對鹽害率達到100%。

NaHCO3、Na2CO32種脅迫溶液對種子萌發(fā)的影響存在一定的差異，當濃度為150 mmol/L時，Na2CO3處理組種子的發(fā)芽勢顯著低于NaHCO3組；當濃度為200 mmol/L時，Na2CO3處理組種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢顯著低于NaHCO3組，Na2CO3處理則表現(xiàn)出更強的脅迫和抑制作用。

表1 鹽堿脅迫對種子萌發(fā)的影響

2.2 鹽堿脅迫對幼苗生長的影響

鹽堿脅迫對幼苗芽長、根長、鮮質(zhì)量和根芽比的影響如表2所示。可以看出，隨著鹽堿濃度的增加，幼苗芽長、根長、鮮質(zhì)量和根芽比逐漸降低，當鹽濃度達到250 mmol/L時，幼苗不能生長。當鹽濃度為0、50、100 mmol/L時，桔梗幼苗的芽長、鮮質(zhì)量和根芽比差異不顯著，但均顯著高于其他處理組(P<0.05)；當鹽濃度為150、200 mmol/L時，桔梗幼苗的芽長差異不顯著，但均高于鹽濃度為250 mmol/L的處理組(P<0.05)；當鹽濃度為150 mmol/L時，根長、鮮質(zhì)量和根芽比均顯著高于鹽濃度為200 mmol/L的處理組(P<0.05)。

在相同鹽濃度條件下，NaHCO3、Na2CO3脅迫對幼苗的芽長、根長、鮮質(zhì)量和根芽比無顯著影響。

表2 鹽堿脅迫對幼苗生長的影響

2.3 鹽堿脅迫對幼苗生理指標的影響

不同濃度鹽堿脅迫對桔梗幼苗葉片中MDA含量、POD和SOD活性的影響如表3所示。可以看出，隨著脅迫濃度的增加，幼苗葉片中的MDA含量逐漸增加，當鹽脅迫溶液濃度大于100 mmol/L時，MDA含量顯著高于對照組；當鹽濃度為150 mmol/L時，Na2CO3脅迫組的MDA含量顯著高于NaHCO3脅迫組(P<0.05)，說明在Na2CO3脅迫下桔梗的膜脂過氧化程度高于NaHCO3脅迫，對桔梗幼苗的損傷較大；在其他濃度下，Na2CO3脅迫組的MDA含量略高于NaHCO3脅迫組，但差異不顯著。

由表3還可以看出，POD活性隨著脅迫濃度的增加而逐漸升高，當鹽濃度為100 mmol/L時達到最大值，之后逐漸降低；當鹽濃度為50 mmol/L時，POD活性顯著高于對照組(P<0.05)；當鹽濃度為100 mmol/L時，POD活性顯著高于除鹽濃度為50 mmol/L外的其他處理組(P<0.05)；當鹽濃度為150 mmol/L時，POD活性下降，與對照組差異不顯著；當鹽濃度為200、250 mmol/L時，POD活性顯著下降(P<0.05)，低于對照組。此外可以看出，不同類型的鹽堿處理對POD活性無顯著影響。

由表3還可見，SOD活性先升高后逐漸降低，當鹽濃度為100 mmol/L時，SOD活性達到最大值，并顯著高于其他處理組(P<0.05)；當鹽濃度為150 mmol/L時，SOD活性顯著高于對照組(P<0.05)；當鹽濃度為200、250 mmol/L時，SOD活性顯著下降，顯著低于對照組(P<0.05)。此外，不同類型鹽堿處理對SOD活性無顯著影響。

表3 鹽堿脅迫對幼苗生理特征的影響

3 討論與結(jié)論

種子萌發(fā)過程中對鹽分最為敏感，種子在吸收水分的同時也吸收萌發(fā)液中的鹽離子，從而降低種子內(nèi)水勢，利于種子的萌發(fā)，但是濃度過高可導致離子毒害和滲透脅迫[10-11]。研究表明，桔梗具有一定的耐鹽堿能力[12]，桔梗受到鹽堿脅迫后，脯氨酸、可溶性糖等有機溶質(zhì)的大量積累可提高植物的抗脅迫能力，降低脅迫傷害[13]。在本研究中，當鹽堿脅迫濃度≤50 mmol/L時，對桔梗種子的萌發(fā)和幼苗的生長無顯著影響，并在一定程度上促進了種子的萌發(fā)；當鹽濃 度≥100 mmol/L 時，桔梗種子的萌發(fā)和幼苗生長均受到了不同程度的抑制；當鹽濃度達到250 mmol/L時，桔梗種子不能萌發(fā)生長。張曉燕等研究指出，當NaCl濃度≤100 mmol/L時，桔梗細胞膜的相對透性可通過自身調(diào)節(jié)適應鹽濃度的變化，但當鹽濃度大于100 mmol/L時，細胞膜透性則逐漸增加[14]，與本試驗結(jié)果一致。

由于毒害機制的差異，不同類型鹽堿對種子萌發(fā)和生長的脅迫作用存在差別，堿性鹽的脅迫作用強于中性鹽，而且堿性鹽的pH值可抑制水分的吸收并破壞細胞結(jié)構(gòu)與功能[11，15]。本研究中NaHCO3、Na2CO3屬于堿性鹽，當鹽濃度為200 mmol/L時，Na2CO3處理組種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢顯著低于NaHCO3組，這可能是由于在相同濃度下Na2CO3脅迫溶液的堿性稍強，產(chǎn)生pH值脅迫造成的。本研究發(fā)現(xiàn)，在相同鹽濃度條件下，NaHCO3、Na2CO3脅迫對幼苗的芽長、根長、鮮質(zhì)量和根芽比無顯著影響。

MDA是膜脂過氧化的產(chǎn)物，其大小反映了膜的受損程度[16]。SOD、POD分別是植物抗氧化系統(tǒng)的重要組成和活性較高的適應性酶，能直接反映植物修復能力和受損程度[17]。徐芬芬研究發(fā)現(xiàn)，隨著Na+濃度的增長，菠菜幼苗MDA含量逐漸增加，SOD、POD活性則呈先升高后降低的變化趨勢，與本研究結(jié)果一致[16]。在本研究中，當鹽堿濃度 ≤100 mmol/L 時，桔梗SOD、POD活性增加，表明低濃度鹽堿脅迫激發(fā)了桔梗種子的保護酶活性。本研究發(fā)現(xiàn)，NaHCO3、Na2CO32種脅迫溶液對桔梗SOD、POD活性的抑制無顯著差異，但可顯著影響MDA含量，表明Na2CO3脅迫對桔梗幼苗的抑制作用強于NaHCO3脅迫溶液，這與脅迫溶液的pH值脅迫有關(guān)，在相同濃度條件下，高pH值不但會消耗植物更多的能量，還可造成結(jié)構(gòu)和功能的損傷[18]。

綜上，不同濃度的NaHCO3、Na2CO3對桔梗種子萌發(fā)和幼苗生理的影響不同，隨著鹽堿脅迫溶液濃度的增加，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、幼苗芽長、根長、鮮質(zhì)量、根芽比逐漸降低，MDA含量逐漸升高，SOD、POD活性則先升高后降低；當鹽濃度≤50 mmol/L時，脅迫溶液對桔梗種子萌發(fā)和幼苗生長無顯著影響；當鹽濃度為100 mmol/L時，桔梗幼苗丙二醛含量與對照差異不顯著，且超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性達到最大值；當鹽濃度達到250 mmol/L時，桔梗種子不能萌發(fā)和生長。初步判斷，桔梗種子可在濃度不高于 100 mmol/L 的NaHCO3、Na2CO3脅迫處理下萌發(fā)和生長，Na2CO3脅迫對桔梗幼苗的抑制作用強于NaHCO3脅迫。