糖浸種對鹽脅迫玉米種子萌發和幼苗生長的影響

張成冉， 徐廣海， 宋朝玉， 伊祖濤， 江緒文， 孫 鵬， 張海艷

(1.青島農業大學農學院， 山東 青島 266109； 2.青島市農業科學研究院， 山東 青島 266071；3.山東登海華玉種業有限公司， 山東 萊州 261411)

土壤鹽漬化問題在全世界廣泛存在，據不完全統計，全世界鹽堿地面積達9.54億hm2，中國各類鹽堿地面積總計9 913.3萬hm2[1]。土壤中鹽分積累過多導致植物體中離子狀態失衡，并產生離子毒害、逆境脅迫、營養虧缺等，嚴重制約植物生長，是鹽堿地區糧食生產的主要逆境脅迫因素。目前，如何提高植物對鹽脅迫的適應能力，是土壤鹽漬化領域關注的一個熱點。

植物生長中，種子萌發和幼苗生長期是受鹽脅迫最敏感的階段[2]。探索一種有效提高鹽脅迫下種子發芽的方法，對于鹽堿地區的植物生長具有重要的意義。糖是光合作用的主要產物，不僅作為代謝物質為植物生長發育提供能量，還是主要的細胞滲透調節劑，并作為植物體內的一種信號分子參與植物生長發育進程的調控。葡萄糖和蔗糖是可溶性糖，在生物脅迫和非生物脅迫中起信號調節作用[3]；果糖也是植物在逆境脅迫下的一種重要滲透調節物質[4]；殼聚糖是甲殼素脫乙酰化后得到的一種聚氨基葡萄糖，能夠增強植株對逆境脅迫的抗性[5]；海藻糖是非還原性雙糖，對生物大分子和生物體具有非特異性保護作用，逆境條件下可以保護細胞活性物質、促進蛋白質合成、增強質膜流動性及功能酶穩定性[6]。

關于外源糖對鹽脅迫下種子萌發和幼苗生長的影響，前人有一些報道。汪菊香[7]發現，外源葡萄糖通過抑制黃瓜根中Na+和Cl-向地上部運輸，減輕葉片中Na+和Cl-積累誘導的離子毒害，緩解鹽脅迫對光合作用的抑制，從而促進鹽脅迫下黃瓜幼苗的生長。凌騰芳等[8]發現，果糖能明顯提高鹽脅迫下水稻種子的萌發。趙瑩等[9]發現，外源蔗糖可顯著提高鹽脅迫下玉米體內可溶性糖含量，降低細胞滲透勢，減緩鹽脅迫引起的細胞失水。徐衛紅等[5]發現，外源殼聚糖處理提高了大豆幼苗SOD活性，對鹽脅迫下大豆幼苗體內活性氧淬滅、減少膜脂過氧化、降低細胞膜脂過氧化產物含量、緩解鹽害有重要作用。田禮欣等[10]發現，海藻糖處理能緩解鹽脅迫對玉米幼苗根系的抑制作用，提高根系持水能力，減輕鹽脅迫對玉米幼苗根系生物膜損害，保護生物膜結構的穩定性和正常生理代謝。

玉米作為一種典型的鹽敏感植物，當鹽濃度較高時，鹽脅迫會干擾離子穩態，產生活性氧，破壞膜脂透性，抑制玉米生長，導致減產甚至死亡[11]。然而，目前關于不同濃度不同糖對玉米種子發芽和幼苗生長影響的比較研究，報道較少。本文以前期篩選出的兩個不同耐鹽玉米品種為材料，采用不同濃度的葡萄糖、果糖、蔗糖、殼聚糖、海藻糖浸種處理，分析對鹽脅迫下玉米種子萌發、幼苗生長、葉綠素含量和抗氧化酶活性的影響，以獲得最佳浸種糖類及浸種濃度，探索一種有效提高玉米苗期耐鹽性的方法，為鹽堿地區的玉米生產提供參考。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

供試材料為耐鹽玉米品種偉科702和鹽敏感玉米品種蠡玉16。

1.2 實驗處理

采用葡萄糖、果糖、蔗糖、殼聚糖、海藻糖5種糖處理，每種糖設5 g·L-1、10 g·L-1、15 g·L-13個濃度。挑選籽粒飽滿、大小一致、無損壞的玉米種子，分別放置在盛有不同浸種液的燒杯中，種子重量(g)與溶液體積(mL)的比例為1∶5，20 ℃黑暗條件下浸種12 h。浸種完畢后，蒸餾水沖洗5～6次，回干24 h，備用。

1.3 發芽實驗

采用150 mmol·L-1NaCl溶液模擬鹽環境，對種子進行砂床發芽試驗，以未浸種種子為ck，每個處理3次重復。每天統計發芽種子數，發芽第10天時每個重復隨機取10株幼苗，測量苗高、根長，稱取苗鮮重和根鮮重，70 ℃烘箱中烘干稱取苗干重和根干重。發芽第10天時的發芽率定為最終發芽率；按照本課題組[12]的方法計算發芽勢、發芽率、平均發芽時間、發芽指數。

1.4 生理指標測定

采用劉新[13]的方法測定葉綠素含量、SOD活性、POD活性和MDA含量。

1.5 統計分析

利用Excel 2019和DPS 7.05軟件處理數據，OriginPro 9.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同糖浸種對鹽脅迫下玉米種子發芽指標的影響

從表1可看出，品種間相比，偉科702的發芽勢、發芽率、最終發芽率、發芽指數顯著高于蠡玉16，平均發芽時間顯著低于蠡玉16；不同糖處理間比較，各項發芽指標表現為果糖>葡萄糖>蔗糖>海藻糖>殼聚糖。與ck相比，兩個品種施加外源糖后發芽指標均顯著提升，且隨著糖濃度的升高呈先升高后降低的變化趨勢，在10 g·L-1時提升效果最好。說明，糖浸種可以有效緩解鹽脅迫對玉米種子萌發的抑制作用。

表1 不同糖浸種對鹽脅迫下玉米種子發芽指標的影響

2.2 不同糖浸種對鹽脅迫下玉米幼苗生長的影響

與ck相比，兩個品種葡萄糖處理后的苗鮮重、苗干重、根鮮重和根干重分別提高24.30%和25.32%、18.33%和26.67%、32.32%和33.22%、40.40%和44.04%，果糖處理后的這4個幼苗生長指標分別提高35.06%和47.92%、36.67%和52.22%、57.97%和58.02%、69.69%和63.09%，蔗糖處理后的這4個幼苗生長指標分別提高21.34%和23.24%、20.83%和26.67%、31.31%和27.83%、33.33%和34.52%，殼聚糖處理后的這4個幼苗生長指標分別提高23.81%和23.57%、21.67%和23.33%、36.82%和29.29%、43.43%和34.52%，海藻糖處理后的這4個幼苗生長指標分別提高22.33%和27.52%、19.17%和26.67%、35.35%和39.62%、43.43%和34.52%(表2)。隨著糖濃度的增加，浸種處理后幼苗生長指標呈先升高后降低的變化趨勢，以10 g·L-1濃度處理表現最高。可見，糖浸種能促進鹽脅迫下玉米幼苗的生長，且10 g·L-1果糖的促進作用最好。

表2 不同糖浸種對鹽脅迫下玉米幼苗生長的影響

2.3 不同糖浸種對鹽脅迫下玉米幼苗葉綠素含量的影響

圖1表明，品種間相比，偉科702的葉綠素含量顯著高于蠡玉16。葡萄糖、果糖、蔗糖、殼聚糖、海藻糖浸種處理后，兩個品種葉綠素含量分別是ck的1.25倍和1.23倍、1.37倍和1.43倍、1.27倍和1.26倍、1.27倍和1.19倍、1.20倍和1.22倍，可見果糖浸種效果最好。隨著糖濃度的增加，葉綠素含量呈先升高后降低的趨勢，10 g·L-1處理最高。說明10 g·L-1果糖浸種可以更有效增加鹽脅迫下玉米幼苗葉綠素含量。

2.4 不同糖浸種對鹽脅迫下玉米幼苗SOD活性的影響

圖2表明，外源糖浸種處理后，兩個玉米品種幼苗SOD活性均顯著升高，不同外源糖處理對SOD活性的影響存在差異，其中果糖處理最大。隨著糖濃度的增加，兩個玉米品種幼苗的SOD活性均呈單峰曲線變化，10 g·L-1時達到峰值。與ck相比，兩個品種葡萄糖、果糖、蔗糖、殼聚糖、海藻糖處理下的SOD活性分別提高16.18%和20.46%、34.24%和38.64%、22.05%和22.57%、24.45%和25.78%、22.14%和24.03%。說明糖浸種可以顯著提高玉米幼苗SOD活性。

2.5 不同糖浸種對鹽脅迫下玉米幼苗POD活性的影響

圖3表明，外源糖浸種處理后，兩個品種幼苗的POD活性均顯著升高，其中果糖處理最高，其他4種糖處理間差異不顯著。濃度間比較，10 g·L-1處理下的POD活性最高；與ck相比，兩個玉米品種在10 g·L-1葡萄糖、果糖、蔗糖、殼聚糖、海藻糖處理下的POD活性分別提高9.55%和11.03%、21.25%和15.47%、9.56%和9.47%、13.34%和11.10%、12.13%和13.40%。說明外源糖浸種能夠提高鹽脅迫下玉米幼苗POD活性，以10 g·L-1果糖處理效果最好。

2.6 不同糖浸種對鹽脅迫下玉米幼苗MDA含量的影響

圖4表明，與ck相比，不同外源糖濃度處理下，兩個玉米品種幼苗MDA含量顯著降低，且隨著濃度升高，呈先降低后升高的變化趨勢，在10 g·L-1時最低。5種糖之間比較，果糖處理的MDA含量顯著低于其他糖。說明10 g·L-1果糖浸種能更有效地抑制鹽脅迫導致的膜質過氧化。

3 討 論

3.1 不同糖浸種對鹽脅迫下玉米種子發芽和幼苗生長的影響

鹽脅迫能夠降低植物根部區域的細胞外水勢和水的生物利用度，阻礙植物生長和生物量生產。施用外源糖能抵消鹽脅迫對作物生長的不利影響[14]。Zeid等[14]發現，海藻糖通過改善植物組織的水分狀況，降低了鹽脅迫對蠶豆幼苗生長的抑制作用。凌騰芳等[8]發現，葡萄糖、果糖能有效地改善鹽脅迫下水稻種子的發芽指標。殼聚糖、海藻糖、葡萄糖、蔗糖分別增加了鹽脅迫下玉米[15]、番茄[16]、雪里蕻[17]和蕎麥[18]的生物量。本研究中，外源糖浸種能有效緩解鹽脅迫對玉米種子發芽和幼苗生長的抑制作用。這與前人研究是一致的。

3.2 不同糖浸種對鹽脅迫下玉米幼苗葉綠素含量的影響

光合作用是植物體內重要的代謝過程，葉綠素含量的高低直接反映植株的生長狀況及葉片的光合能力。鹽脅迫環境通過抑制光合酶活性使光合色素含量降低，從而影響植物生長[19]。王麗燕等[20]發現，鹽脅迫下施加5 g·L-1葡萄糖后，番茄的葉綠素含量達到峰值。本試驗中，外源糖浸種下葉綠素含量升高，且10 g·L-1處理最高。外源糖顯著提高了植物體內葉綠素合成前體物質5-氨基酮戊酸(ALA)的含量，保證足夠的ALA轉化合成膽色素原，從而提高了葉綠素含量[21]。因此，外源糖能有效增加葉綠素含量，最適濃度因植物不同存在差異。

3.3 不同糖浸種對鹽脅迫下玉米幼苗抗氧化酶活性和MDA含量的影響

SOD和POD作為植物系統防御外界不良環境的保護酶，能夠清除植物體內過多的自由基和過氧化物。MDA是膜脂質過氧化產物，反映了植物遭受脅迫傷害的程度。Mostofa等[22]發現，添加適量海藻糖能增加水稻的SOD和POD活性，提高對鹽脅迫的適應能力。Hu等[23]發現，不同濃度葡萄糖處理后，鹽脅迫下小麥幼苗SOD和POD活性增加，且以0.09 g·L-1濃度最高。胡慧芳[24]發現，不同濃度海藻糖處理后，鹽脅迫下黃瓜幼苗MDA含量降低，且在1.8 g·L-1濃度時最低。王麗燕等[20]發現，5 g·L-1葡萄糖處理后，鹽脅迫下番茄MDA含量達到谷值。本研究中，5、10、15 g·L-1糖浸種處理后，玉米幼苗SOD和POD活性升高，MDA含量降低，且均出現在10 g·L-1糖濃度時。說明外源糖能緩解鹽脅迫對玉米生長的抑制作用，最適濃度因鹽脅迫程度或作物不同而存在差異。

4 結 論

對鹽脅迫下兩個玉米品種進行外源糖浸種處理后，種子發芽勢、發芽率、最終發芽率、發芽指數、幼苗生物量、葉綠素含量、SOD和POD活性均提高，且均隨糖濃度的增加呈先上升后下降的趨勢；平均發芽時間和MDA含量降低，且隨著糖濃度的增加呈先下降后上升的趨勢。不同外源糖間比較，果糖浸種處理下各項指標最好。可見，鹽脅迫環境下，糖浸種處理對玉米幼苗生長具有促進作用，且促進效果因外源糖種類及濃度而異，以10 g·L-1果糖效果最佳。因此，外源糖浸種可作為改善鹽脅迫環境下玉米生長的一種手段，這可為鹽堿地區玉米的種植提供參考。