油菜素內酯對鹽脅迫下水稻種子萌發的影響①

侯會云

(臺前縣農業局 河南濮陽457600)

土壤鹽堿化是世界農業發展面臨的一個重要難題。據不完全統計，世界鹽堿地占總陸地面積的7.6%，大約有30多個國家遭受土壤鹽堿化困擾，土壤鹽堿化不僅破壞土壤結構、理化性質，造成土壤功能退化，還會導致植物滲透脅迫，阻礙植物對礦質養分的吸收，嚴重影響植物的生長發育［1］。因此，鹽堿地的農業發展成為目前亟待解決的問題之一。

水稻是一種鹽敏感作物，鹽脅迫是影響水稻高產穩產的主要限制因子之一［2］。一般認為，低濃度的鹽對種子的正常發芽沒有影響，但隨著鹽濃度進一步提高，種子發芽受到限制，高濃度造成的鹽脅迫導致水稻種子發芽率降低，根系活力受到抑制，從而影響營養物質的吸收和同化。李旭紅等［3］研究表明，鹽脅迫下的種子受到離子脅迫、滲透脅迫和化學抑制等不良影響，導致組織水分虧缺、營養失衡，嚴重影響水稻的正常生長；閆先喜等［4］研究認為，在種子吸脹過程中鹽脅迫會破壞細胞膜，使得細胞膜透性增大，從而導致胞液外滲，種子萌發受阻。因此，提高水稻對鹽脅迫的抵抗能力是當前應對鹽脅迫的有效方法。油菜素內酯（BR）是廣泛存在于植物體中的天然激素，是一種廣譜性植物生長調劑劑，能夠充分激發植物潛能，促進作物生長，提高作物耐冷、抗病、抗鹽堿能力［5］。吳楊等［6］研究結果表明，在鹽堿脅迫下，外源施加BR 可維護細胞結構的完整性，增強大豆幼苗耐鹽堿能力。栗露露等［7］研究表明，BR 能夠調控水稻的耐鹽性。魏湜等［8］認為，外源BR 能夠緩解鹽脅迫對玉米幼苗的生理損傷。目前油菜素內酯主要用于提高蔬菜抗逆能力，對于鹽脅迫下BR對水稻種子萌發的影響研究較少。本研究采用不同濃度BR 對水稻種子進行處理，研究種子萌發過程生理生化變化特征，探討BR 對水稻種子萌發的影響，為水稻種子萌發理論研究和實際生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種為日本晴，由寧夏農林科學院提供，油菜素內酯由上海威敵生物公司提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗于2018年5月在河套學院農學實驗室進行。所用培養皿直徑為9 cm，其溶液中含100 mmol/L NaCl 和0、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 mg/L BR（CK、B1、B2、B3、B4、B5）。選擇顆粒飽滿、尺寸一致的水稻種子，用10%次氯酸鈉浸泡10 min；接著用無菌水反復沖洗5次；再用濾紙擦干種子表面水分，將其均勻擺放在鋪有2 層濾紙的培養皿中，每處理設置5 次重復，每個培養皿內放30 粒種子；浸種12 h后放置于30 ℃恒溫生化培養箱內進行催芽；取其中一部分露白種子進行盆栽試驗，試驗用土NaCl 含量為0.43%，試驗用盆直徑為30 cm，高26.5 cm，每個處理4盆，每盆播種5粒，于一心一葉期統計成苗數并計算成苗率。

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 發芽率和發芽勢的測定

以芽長2 mm 為發芽標準，測定發芽勢、發芽率、發芽指數。發芽勢＝第三天發芽種子數/供試種子總數×100%；發芽率＝全部發芽種子數/供試種子總數×100%；種子發芽指數（GI）＝Σ（Gt/Dt）（Gt為在t日的發芽種子數，Dt為發芽天數）。

1.2.2.2 胚根細胞膜傷害率的測定

參考李秧秧等［9］的方法，用電導率法測定細胞膜傷害程度，用傷害率（%）表示。

傷害率＝（Rd-R0）/（1-R0）×100%

式中，Rd 為受脅迫C1/C2，R0 為未受脅迫C1/C2，C1 和C2 分別為樣品受脅迫前后外滲液的電導率值。

1.2.2.3 胚根抗氧化酶活性及丙二醛含量測定

種子萌發7 d 后，取胚根，參考高俊鳳［10］的方法分別測定超氧化物歧化酶Superoxide dismutase（SOD）、過氧化物酶Peroxidase（POD）、過氧化氫酶Catalase（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶Ascorbate peroxidase（APX） 活 性 和 丙 二 醛Malondialdehyde（MDA）含量。

1.2.2.4 成苗率的測定

于一心一葉期統計成苗數，成苗率＝成苗數/播種數量

1.2.3 數據處理

采用Excel 2010 和SPSS 24.0 進行數據整理、分析，Duncan’s 法進行顯著性檢驗；采用Excel 2010作圖。

2 結果與分析

2.1 不同濃度BR對鹽脅迫下水稻種子萌發的影響

由表1 能夠看出，隨著BR 濃度的升高，水稻種子發芽率逐漸升高，其中B3 處理發芽率最高，之后隨著BR 濃度增加發芽率不再增加，B1、B2、B3、 B4、 B5 分 別 比CK 增 加12.83%、 21.78%、34.62%、32.06%、29.48%。B3、B4、B5 發芽勢也隨著BR 濃度的升高逐漸升高；B1 和CK 差異不顯著，B2、B3、B4、B5 顯著高于CK，其中B5 處理發芽勢達到最大值，B3、B4、B5 間差異不顯著。發芽指數也是隨BR 濃度的升高而升高，BR 處理顯著高于CK，其中B5 處理時最高，B3、B4、B5 間差異不顯著。

表1 不同濃度BR對鹽脅迫下水稻種子萌發的影響

2.2 不同濃度BR 對鹽脅迫下水稻胚根傷害率和MDA的影響

傷害率能夠直接反映鹽脅迫對水稻種子的傷害程度，MDA 是膜脂過氧化的重要產物，能夠間接反映膜系統受損程度。由圖1可看出，水稻胚根傷害率隨著BR濃度的增加呈現先降低后上升的趨勢，BR 處理的種子胚根傷害率均低于CK，B3 處理傷害率最低。B1、B2 和B3 傷害率下降速率較快，B4 與B5 差異不顯著。B1、B2、B3、B4、B5 分別比CK 低6.20%、19.65%、40.09%、29.59%、26.49%。MDA反映了逆境下植物細胞膜脂過氧化作用和受傷害程度，也可間接反映植物組織抗氧化能力的強弱。結果顯示，BR 能夠減少MDA 含量，隨BR 濃度的增加MDA 含量呈逐漸減少的趨勢；B1 處理與CK 差異不顯著，其他處理與CK 差異顯著；B1、B2、B3、B4、B5 分別比CK 降低了8.31%、22.75%、26.57%、27.55%、30.98%，B2、B3、B4 和B5 間 差 異 不顯著。

2.3 不同濃度BR 對鹽脅迫下水稻胚根保護酶活的影響

SOD 是清除生物自由基的主要物質，POD 能夠將植物體內過氧化氫催化為水和氧氣，CAT、APX是清除植物內過氧化氫的關鍵酶。由圖2 可看出，SOD、POD 活性隨BR 濃度的升高逐漸升高，各處理均顯著高于對照處理；SOD活性在B5處理達到最大值，比CK 高出27.35%；POD 活性也是在B5 處理達到最大值，比CK 高出62.89%。CAT 活性隨BR 濃度的升高呈現先升高后降低的趨勢，各處理均高于對照處理，B3 處理CAT 活性最大；B1、B2、B3、B4、B5 分 別 比 高 出41.46%、44.30%、57.54%、52.80%、48.64%。APX活性隨BR濃度的升高呈現先升高后降低的趨勢，B1 處理與CK 差異不顯著，其他處理均顯著高于CK，B1、B2、B3、B4、B5 分別比 對 照 高17.28%、 39.95%、 55.26%、 51.66%、43.97%。結果表明，高濃度的BR 對SOD、POD 活性具有促進作用；適宜BR 濃度下CAT 和APX 活性較高，但BR 濃度過高時CAT 和APX 活性受到抑制。

2.4 不同濃度BR 對鹽脅迫下水稻種子成苗率的影響

由圖3 可看出，幼苗成活率隨BR 濃度的升高呈先升高后降低的趨勢，除了B1，其他各處理均顯著高于對照處理。成活率在B3處理達到最大值，比CK高28.78%。

3 討論

3.1 BR 對鹽脅迫下水稻種子發芽率、發芽勢和發芽指數的影響

植物生長過程中，Na+和Cl-是必需的營養物質，但植物對Na+和Cl-需要的量極少，過高濃度的Na+和Cl-會對植物體產生離子毒害［11］，影響植物的代謝功能，抑制植物細胞內酶的活性，進而影響植物的正常生長發育，植物在遭受鹽脅迫后，體內對S 和Mg 的吸收有所增加，抑制了對K+、Ca2+的吸收，引起離子吸收失衡，代謝失調［12］。BR 對逆境有重要的調節作用。種子發芽率、發芽勢和發芽指數反映種子的發芽速率和整齊程度。

本試驗結果表明，BR 能夠顯著促進種子萌發，發芽率隨著BR 濃度的增加呈現先增加后降低的趨勢，發芽勢和發芽指數均隨著BR 濃度的增加呈現逐漸增加的趨勢，發芽率增加了11.36%～25.71%，發芽勢增加了7.02%～28.39%，發芽指數增加了8.91%～25.16%，但B3、B4、B5 間差異不顯著，說明BR 濃度在達到一定值時對種子萌發的促進作用減緩。吳雪霞等［13］研究表明，外源BR顯著緩解鹽脅迫對茄子種子的傷害，使種子發芽率提高了8.23%，發芽勢提高15.91%，發芽指數提高了17.23%，與本試驗研究結果一致，說明BR 可以緩解鹽脅迫對水稻種子的傷害，增強水稻種子的耐鹽能力。本研究中，低濃度BR 能夠提高鹽脅迫下水稻種子的發芽率、發芽勢和發芽指數，高濃度BR 處理對水稻種子萌發的促進作用不明顯。因此，BR 對鹽脅迫下水稻種子萌發的促進作用具有濃度效應。

3.2 BR 對鹽脅迫下水稻胚根傷害率、MDA 和保護的影響

鹽脅迫首先導致細胞膜結構和功能受損，傷害率能夠反映脅迫對細胞膜傷害程度［14］。MDA是膜脂過氧化的重要產物，能夠間接反映膜系統受損程度以及植物抗逆性［15］。本試驗結果表明，水稻種子傷害率隨BR 濃度增加呈現先降低后上升的趨勢，MDA含量隨BR濃度增加逐漸減少，說明一定濃度BR 能夠減小鹽脅迫對水稻種子的傷害，抑制膜脂過氧化， 防止離子滲漏，使細胞膜維持正常的結構，確保植物體各種代謝循環的正常進行。陸曉民等［16］研究發現，BR 降低了鹽脅迫下黃瓜丙二醛含量和細胞膜透性，促進幼苗生長，有效緩解了鹽脅迫造成的傷害。

超氧自由基陰離子和過氧化氫同屬植物中的活性氧系統［17］，植物在遭受逆境脅迫時會產生大量的氧自由基，自由基參與細胞膜脂過氧化。細胞受到逆境脅迫時，酶的活性降低，自由基則會逐漸增加，加速膜脂過氧化反應，破壞膜系統，導致細胞代謝出現異常，對機體造成傷害，從而破壞質膜，最終可能導致細胞死亡［18］。為抵抗逆境對植物造成的傷害，植物體內保護酶系統SOD、POD、CAT和APX會啟動，其活性提高，但是隨著受脅迫程度增加，保護酶系統清除自由基能力受到限制。外源BR 則能夠進一步增強SOD、POD、CAT和APX活性，減少活性氧的產生，進而增強植物耐鹽性。本研究結果表明，SOD 和POD 活性隨BR 濃度增加而提高，CAT 和APX 活性隨BR 濃度增加先提高后降低，可能是在鹽脅迫下，SOD 和POD 對BR 的適應性較好，過高濃度的BR 限制了CAT 和APX 活性。朱學瑋［19］研究結果表明，在干旱條件下，BR 通過提高小麥和玉米保護酶活性來提高其對干旱的抵抗力，從而提高其產量。王舒甜等［20］研究表明，適宜濃度的BR 可提高鹽脅迫下香樟葉片抗氧化能力，清除葉片中的活性氧，保護膜結構，緩解鹽脅迫對香樟的傷害，從而提高香樟的抗鹽性，與本研究結果一致。本研究中，幼苗的成苗率在B3處理時達到最高，BR 和水稻種子發芽率、胚根傷害率、胚根保護酶活性有顯著相關關系，說明油菜素內酯不僅能夠影響種子的發生，還有利于幼苗的生長發育。

綜上所述，水稻種子發芽率的提高主要是因為BR可以有效提高種子萌發過程中保護酶的活性，減少有害物質的積累，從而減小了鹽脅迫對水稻種子萌發的傷害，增加了其發芽率和發芽指數。本試驗結果表明，BR 濃度為1.0 mg/L 時，水稻種子發芽率最高、胚根傷害率最低和保護酶活性較高，幼苗成苗率最高。下一步將研究BR 對鹽脅迫下水稻種子萌發及植株生長的影響，為今后相關研究提供理論依據。