蓖麻種子萌發與幼苗生長對鹽脅迫的生理響應

王 亞，楊俊芳，王 宙，曹 越，張宏斌，王宏偉

（山西省農業科學院經濟作物研究所，山西太原030031）

鹽脅迫是危害當今全球農業區域的非生物因素之一，對植物生長和農作物產量有顯著影響[1]。我國耕地鹽堿化面積超過760 萬hm2，占總耕地的1/5，主要分布在東北、華北、西北等地。土壤鹽堿化已經成為當今世界一個棘手的生態難題，威脅著人類有限且賴以生存的土地資源[2]。鹽脅迫對種子萌發、胚根生長以及幼苗生長有明顯抑制作用，在高鹽濃度脅迫下，土壤水勢降低，種子吸水能力下降，根系生長緩慢，萌發時間推遲，發芽率降低[3]。在鹽堿地上種植的作物應當具備耐鹽堿、經濟價值較高的優勢。蓖麻（Ricinus communis L.）作為世界十大油料作物之一，是具有特殊用途的油源植物之一，因其具有獨一無二的化學特性，廣泛應用于航空、航天、醫藥、化工等領域，具有很高的經濟利用價值。蓖麻具有耐干旱、耐瘠薄、耐鹽堿、管理簡單等特點，可在鹽堿地、灘涂地等地種植，與稻麥棉等一些大作物相比，蓖麻具有較強的耐鹽能力，但高濃度鹽脅迫下蓖麻種子的萌發、幼苗生長受到抑制[4]。植物幼苗期耐鹽性是篩選耐鹽堿植物的主要依據之一，植株能否從幼苗期順利度過成熟期，是植物在鹽堿條件下生長發育的前提[5-6]，因此，研究鹽分脅迫下幼苗的生長具有重要意義。

本試驗通過研究不同濃度鹽分脅迫對汾蓖10 號種子萌發、根長及幼苗生理活性的影響，旨在為鹽堿地種植蓖麻提供理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試蓖麻品種為汾蓖10 號，是山西省農業科學院經濟作物研究所以雌性系04MF-36-16 為母本、恢復系04S9-31 為父本選育的雜交種，2011 年通過山西省農作物品種委員會審定。該品種表現為抗病、抗旱、早熟、豐產性好等特點，適宜在山西、陜西、吉林、甘肅、新疆、內蒙等省（區）無霜期120 d以上區域種植。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子萌發試驗 試驗采用NaCl 單鹽脅迫，將NaCl 設0，40，80，120，160，200 mmol/L 共6 個濃度梯度，每個處理設3 次重復。選取籽粒飽滿、大小一致的蓖麻種子，將種子放在裝有蛭石的培養皿中，每皿20 粒，依次加入50 mL 水（CK）或不同濃度的NaCl 溶液放入培養箱中25 ℃光照培養，并用保鮮膜將培養皿蓋住，以防水分散失過快。待種子萌發7 d 時，隨機選取5 株測其根長，種子萌發第10 天，計算萌發率，并測其根長。

萌發率＝發芽終止期全部正常發芽的種子數/供試種子數×100% （1）

1.2.2 幼苗生長試驗 將等量育苗基質裝入花盆中，每盆10 粒種子，正常水肥管理，待植株子葉完全展開后，每盆留長勢基本一致的幼苗3 株，進行鹽脅迫處理，每個處理各3 盆，即每盆加入各處理濃度（0，40，80，120，160，200 mmol/L）的NaCl 溶液200 mL，鹽脅迫20 d 后，取植株相同部位葉片（從頂芽往下數第2 片）測其MDA 含量及SOD、POD、CAT 活性，重復3 次。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2007 和SPSS 24.0 軟件對數據進行分析，用Duncan 新復極差法進行均值差異性分析（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同NaCl 脅迫濃度對汾蓖10 號種子萌發的影響

從圖1 可以看出，隨著NaCl 濃度的增加，種子的萌發率呈下降趨勢，幼苗的生長受到一定抑制。在低鹽濃度下，種子播種2～3 d 后開始萌動，種子的萌發率與對照差異不顯著。濃度為0～80 mmol/L時，萌發率與對照間差異不顯著，低濃度鹽對種子萌發影響較小；濃度為120 mmol/L 時萌發率降為75%；當濃度大于120 mmol/L 萌發率迅速下降，與對照差異顯著。當濃度為200 mmol/L 時，萌發率降到8.3%，僅有少數的種子萌發，表明蓖麻種子有較強的耐鹽性。此外，隨著NaCl 濃度的升高，種子萌發時間推遲，萌發率逐漸降低，濃度越大抑制作用越顯著。

2.2 不同NaCl 脅迫濃度對汾蓖10 號幼苗根長的影響

從圖2 可以看出，不同濃度NaCl 下蓖麻種子根長均小于對照，且差異顯著。在鹽分處理7 d 時，對照胚根長度為10.86 cm，明顯高于其他處理，40，80 mmol/L 處理與其他4 個處理間均有顯著差異，二者之間差異不顯著。當NaCl 濃度為200 mmol/L時，明顯抑制了胚根的生長，胚根長度與其他處理的差異達顯著水平。在鹽分處理10 d 時，濃度為0～80 mmol/L 植株生長相對較快，根系生長快，與對照之間沒有顯著性差異。當NaCl 濃度大于160 mmol/L 時，根長明顯受到抑制，生長緩慢，甚至腐爛死亡。

2.3 鹽脅迫對汾蓖10 號幼苗保護酶系統的影響

2.3.1 鹽脅迫對汾蓖10 號MDA 含量的影響 丙二醛（MDA）是膜脂過氧化最重要的產物之一，其含量可體現膜系統受損傷的程度。植物在鹽脅迫下，生物膜系統受損，脂質過氧化速度加快，MDA 含量增加。因此，通過測定MDA 含量可以反映植物膜系統損傷情況[7]。由表1 可知，隨著鹽濃度的增加，葉片MDA 含量不斷增加，當濃度為40 mmol/L 時，MDA含量增加幅度不大，與對照間沒有顯著差異；當濃度≥80 mmol/L 時，MDA 含量顯著增加，與對照間差異顯著。當NaCl 濃度為120 mmol/L 時，MDA 含量比對照增加了60%，當NaCl 濃度達到200 mmol/L時，MDA 含量與對照相比增加了87%，說明鹽濃度 過高加劇了蓖麻細胞膜的損傷程度。

表1 鹽脅迫對汾蓖10 號幼苗MDA 含量及SOD、CAT、POD 活性的影響

2.3.2 鹽脅迫對汾蓖10 號SOD 活性的影響 SOD作為重要的保護酶，可以有效清除植物受到逆境脅迫產生的過量活性氧，降低逆境脅迫對植物的傷害[8-9]。從表1 可以看出，不同濃度鹽處理對汾蓖10 號幼苗SOD 活性有顯著影響。在低鹽濃度下，SOD 活性增加，當濃度為0～160 mmol/L 時，SOD 活性呈上升趨勢；濃度為160 mmol/L 時，SOD 活性最高，為2 907.0 U/g，比對照增加了58.9%，與其他處理間差異顯著；當濃度大于160 mmol/L 時，SOD 活性下降，總體呈現先升后降的趨勢。SOD 活性的增加有利于清除鹽脅迫導致的自由基積累，保護自身的細胞膜系統，但隨著濃度的增加，SOD 活性降低，自由基清除能力下降，植物的代謝平衡被打破[10]。

2.3.3 鹽脅迫對汾蓖10 號CAT 活性的影響 CAT主要分布在過氧化氫酶體中，可將高濃度的H2O2及時清除，減輕質膜過氧化，增強植物抗逆性[11]。由表1 可知，隨鹽濃度增加，CAT 活性呈先上升后下降的趨勢，當鹽濃度為40 mmol/L 時，CAT 活性緩慢增加，與對照差間異不顯著；當鹽濃度為80 mmol/L時，CAT 活性迅速增加；濃度為120 mmol/L 時，CAT活性達到峰值，為2 767.3 U/g，比對照增加了59.8%，顯著高于對照；當濃度大于120 mmol/L 時，CAT 活性呈下降趨勢，但仍顯著高于對照。

2.3.4 鹽脅迫對汾蓖10 號POD 活性的影響 POD是植物內源自由基清除劑，逆境中植物過氧化物酶活性增強或保持較高水平，可使植物減輕自由基傷害[12]。由表1 可知，當濃度為40 mmol/L，POD 活性略高于對照，但差異不顯著；當濃度為0～120 mmol/L時，POD 活性呈緩慢上升趨勢；當濃度為120 mmol/L時，POD 活性最大，與對照相比增加了28%，且與其他處理間差異顯著；當濃度大于120 mmol/L 時，POD 活性迅速下降，總體呈現先上升后下降的趨勢。說明NaCl 脅迫影響了POD 活性，當濃度超過植物耐受閾值時，自身的防御系統被破壞，導致酶活性降低。

3 結論與討論

鹽分脅迫通過降低土壤水勢，使種子吸水困難，導致生理干旱，進而影響種子萌發[12-13]。有研究表明，鹽脅迫造成種子萌發率和出苗率降低主要是由于種子受到水分虧缺和Na+和Cl-毒害[6]影響。翟富燕等[14]研究發現，高濃度鹽分（100 mmol/L NaCl）脅迫對蓖麻種子萌發有明顯的抑制作用，表現為萌發率降低，初始萌發時間推遲，延長發芽時間，抑制芽的伸長和長粗。蓖麻在鹽脅迫下萌發受到抑制，低濃度NaCl 處理下的種子初始萌發時間早，隨著NaCl 濃度的提高，對種子萌發抑制性增強，且萌發時間逐漸推遲[15]。本研究表明，鹽脅迫對汾蓖10 號種子萌發和根長具有明顯的抑制作用，隨著濃度的增加，種子的萌發率有顯著差異，低鹽濃度下種子萌發受到的影響較小，說明汾蓖10 號在低濃度鹽分（80 mmol/L NaCl）脅迫下能正常發揮自身耐鹽能力，能夠較正常萌發及生長發育；當濃度高于120 mmol/L時，植株表現為萌發時間推遲，萌發率降低，植株生長緩慢、弱小，葉片呈深綠色，鹽分越高抑制作用越顯著，說明高濃度鹽脅迫影響了作物的光合作用，使植株葉片葉綠素含量降低，這與王瑞等[15]、王艷樹等[16]的結果一致。

丙二醛是膜脂過氧化的最終產物，丙二醛含量升高主要由活性氧的增加引起的[17]，一定程度上反映了植物遭受逆境傷害的程度。在本試驗中，不同濃度NaCl 對汾蓖10 號幼苗MDA 含量有顯著影響，在低鹽條件下，對汾蓖10 號各項指標影響不明顯，隨著鹽濃度的增加，MDA 含量升高，說明在高濃度NaCl 脅迫下，蓖麻葉片的活性氧增加，加劇了細胞膜質的過氧化，這一結果與宋旭東[17]的研究結果一致。

正常情況下，植物通過體內的ROS（活性氧）清除系統來減輕和修復活性氧所帶來的傷害[18]。低濃度鹽脅迫不會對植物造成明顯傷害，當植物體內的ROS 超過一定范圍，植物體內的抗氧化酶活性受到抑制，ROS 過多積累對植物組織造成了一定的傷害[19]，嚴重的造成植株萎蔫死亡。宋旭東[17]以淄蓖5 號和淄蓖9 號為試驗材料，分析不同鹽濃度對抗氧化酶系統的影響，結果表明，隨著鹽濃度的升高，CAT和POD 活性呈現先升后降，當鹽濃度為150 mmol/L時，POD 和CAT 活性顯著降低。在本試驗中，SOD、CAT、POD 活性均呈現先升后降的趨勢，SOD 活性在160 mmol/L 時達最大，CAT 和POD 活性均在120 mmol/L 時達最大值，這說明在低鹽濃度下植株可以適當的通過提高體內保護酶活性來增強植株對鹽脅迫的耐受能力，當濃度超過一定的范圍，ROS 自由基積累過多，細胞膜穩定性被破壞，SOD、CAT、POD 活性受到抑制。

綜上所述，不同濃度NaCl 脅迫對蓖麻種子萌發、根長、MDA含量的變化以及抗氧化酶SOD、CAT、POD 活性均具有顯著的影響，低濃度鹽脅迫下植株會通過自身的調節作用以適應脅迫環境，表現出較強的耐鹽性，但在高濃度鹽（NaCl＞120 mmol/L）脅迫下，蓖麻體內ROS 平衡系統被打破，造成酶活性降低，過量的ROS 不能及時清除，抑制植株正常生長。