鹽堿脅迫下S-誘抗素對玉米萌發及生長的影響

張建業 杜慶志 劉 翔 鄧佳輝 焦 芹 龔 洛 姜興印

（山東農業大學植物保護學院，271018，山東泰安）

玉米（Zea maysL.）為禾本科C4作物，屬于鹽敏感植物，是我國主要的經濟糧食作物[1-2]，但玉米生長易受鹽堿土壤的傷害。鹽堿脅迫對植物產生的危害主要包括緩慢的滲透脅迫和此后的離子毒害，對玉米生長的危害主要表現在抑制種子的萌發[3-4]、減弱玉米的光合作用和呼吸作用[5-7]、損傷質膜[8-9]和抑制生長發育等[10-11]。

鹽堿脅迫下，植物主要通過合成滲透調節物質[12]、提高酶的抗氧化能力[13]、對離子選擇性吸收[14]、平衡營養、改變代謝類型和調整生物量的分配等方法來減輕不良環境對其生長發育造成的傷害。S-誘抗素（S-abscisic acid，S-ABA，天然脫落酸）是具有重要生理活性的植物生長調節劑之一，其調節活性得到了人們的認可，在不同時期應用可以提高植物對溫度[15]、水分[16]、鹽堿[17]、金屬離子和病蟲害等逆境的抗性，減小逆境對植物機體的傷害。

S-ABA可通過調節多種生理代謝過程提高植物抗逆性，大多數玉米都具有鹽敏感特性，在鹽堿地種植會受到很大的限制，嚴重降低鹽堿地的利用率，采用S-ABA拌種和噴霧處理會顯著提高玉米的發芽率以及促進幼苗的生長，提高玉米生長過程中的耐鹽堿能力，保證玉米的產量與品質，研究S-ABA在鹽堿脅迫下對玉米生長的影響，對于豐富提高玉米抗鹽性理論具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗玉米品種為登海605，采購于山東登海種業股份有限公司，生育期為101d。

試驗藥劑：90%S-ABA原藥來自江西新瑞豐生化股份有限公司，經本實驗室加工制成0.25%S-ABA懸浮種衣劑。超氧化物歧化酶（SOD）試劑盒（NBT法）和過氧化物酶（POD）試劑盒由蘇州科銘生物技術有限公司提供。

1.2 供試土壤

供試鹽堿土壤采自山東省德州市樂陵市興隆鎮樂福工業園（117°13′53.076″E，37°43′53.90″N），類型為濱海鹽化潮土，在中國土壤系統分類中為弱鹽淡色潮濕雛形（parasalie oochni-aquic cambosols）。采集的土壤自然風干過60目篩后備用，鹽堿土壤的基本理化性質為有機質7.69g/kg、全氮0.5g/kg、全磷1.83g/kg、全鉀35.9g/kg、速效氮85.6mg/kg、有效磷14mg/kg、速效鉀186mg/kg、pH 8.72、全鹽含量0.21%。

1.3 試驗設計

1.3.1 種子萌發試驗 （1）玉米種子用10%NaClO消毒10min，撈出用蒸餾水漂洗干凈表面，晾干。將消毒后的種子置于鋪有2層濾紙的15cm培養皿中，每個培養皿放置玉米種子20粒，重復3次。設NaCl濃度分別為 0（CK）、30（Y1）、60（Y2）、90（Y3）、120（Y4）和 150mmol/L（Y5），每個培養皿加入NaCl溶液20mL，在種子上覆蓋NaCl溶液濕潤的濾紙，置于26℃恒溫培養箱（光照:黑暗=14h:10h）中進行萌發試驗，按時觀察并記錄每個培養皿中種子的發芽及生長情況。（2）將消毒后的種子浸泡于盛有清水（T0）和不同濃度S-ABA藥液[0（T1）、2（T2）、4（T3）、6（T4）和 8mg/L（T5）]的燒杯中，放入培養箱室溫避光浸泡10h，撈出控干表面水分后放入墊有濾紙的培養皿中，T1～T5處理的每個培養皿加入90mmol/L NaCl溶液20mL，在種子上面分別覆蓋用NaCl溶液濕潤的濾紙，置于26℃恒溫培養箱中進行萌發試驗，按時觀察并記錄每個培養皿中種子的發芽及生長情況。

1.3.2 鹽堿土盆栽試驗 拌種試驗共設置S-ABA 0.5（S3）、1.0（S4）、1.5（S5）、2.0（S6）和 2.5mg/10kg（S7）5個拌種處理，以及未進行拌種處理的正常土壤對照（S1）和鹽堿土壤對照（S2）。其中每個拌種處理的拌種量為1kg玉米，拌勻后放置在陰暗通風處晾干備用。播種前挑選均勻飽滿且大小一致的正常玉米種子，播種于寬18cm、高24cm的塑料盆中，每盆播種3粒，放到山東農業大學科研玻璃溫室中進行自然萌發生長；S-ABA噴霧試驗設置4個不同S-ABA噴霧濃度，分別為12.5（S8）、25.0（S9）、50.0（S10）和75.0mg/L（S11），待玉米幼苗長至3葉1心時進行噴霧處理，噴霧處理7d后測定拌種和噴霧處理玉米幼苗的各項生理指標。每個處理設置3個重復，每個重復設置5盆。

1.4 測定項目及方法

發芽率：每個處理種植100粒種子，共設置3個重復，播種后7d調查發芽種子數，計算發芽率。

用分光光度計法測定葉綠素含量；用TTC法測定根系活力；用NBT法測定SOD活性；用愈創木酚法測定POD活性；用碘試法比色測定α-淀粉酶活性。

1.5 數據處理

用Excel求其平均值，利用SPSS 20.0軟件進行數據處理，采用鄧肯氏新復極差（DMRT）法進行統計分析。P＜0.05表示差異顯著，圖中豎線表示標準誤。

2 結果與分析

2.1 S-ABA對玉米種子萌發的影響

2.1.1 不同濃度NaCl處理對玉米萌發的影響 由表1可以看出，不同濃度的NaCl處理都會對玉米種子的萌發產生一定的抑制作用，主要體現在延緩種子萌發，降低發芽勢和發芽率，抑制種子幼芽和幼根的伸長和生長，并且降低玉米種子的α-淀粉酶活性，從而減弱玉米種子自身對鹽脅迫逆境的抗性。在NaCl濃度為0mmol/L的正常環境下，玉米種子的萌發及生長情況遠優于其他含NaCl的處理，隨著NaCl濃度的升高對種子萌發的抑制作用愈發明顯；總體來看，在相鄰2個濃度變化中，NaCl濃度為60mmol/L和90mmol/L之間各指標變化范圍較大，說明玉米萌發在NaCl濃度為90mmol/L時受到的逆境脅迫最敏感，所以將NaCl濃度為90mmol/L作為后續研究S-ABA對玉米萌發影響的適宜鹽濃度。

表1 不同濃度NaCl處理對玉米萌發的影響Table 1 Effects of different concentrations of NaCl treatments on maize germination

2.1.2 不同濃度S-ABA浸種處理對玉米萌發的影響 由表2可知，在NaCl濃度為90mmol/L的鹽脅迫下，與未經過S-ABA浸種處理的對照（T1）相比，T2～T5處理的發芽率分別增加9.10%、22.73%、29.55%和20.46%，根長分別提高15.40%、33.16%、70.23%和55.87%，芽長分別提高34.58%、54.35%、97.69%和79.21%，根鮮重分別提高36.13%、61.34%、112.61%和86.55%，芽鮮重分別提高39.13%、95.65%、136.23%和113.04%，α-淀粉酶活性分別提高18.40%、45.40%、83.33%和67.82%。當S-ABA浸種濃度為6mg/L時效果最佳，玉米萌發的發芽勢、發芽率、根長芽長、根芽鮮重和α-淀粉酶活性達到最大，與其他處理有顯著差異。

表2 不同濃度S-ABA處理對玉米萌發的影響Table 2 Effects of different concentrations of S-ABA on maize germination

2.2 S-ABA拌種處理對玉米萌發生長及生理生化的影響

2.2.1 對玉米種子萌發及幼苗生長的影響 由表3可知，與種子未經處理的鹽堿土壤對照（S2）相比，經過S-ABA拌種處理后玉米種子的抗鹽堿能力顯著提高，主要表現在發芽勢和發芽率的提高、促進幼苗株高和根長的生長以及地上部分和地下部分的生長等方面，且在一定范圍內隨著S-ABA拌種濃度的提升，促進效果呈先上升后減弱的趨勢。其中S-ABA拌種濃度為2.0mg/10kg時的效果最佳，發芽勢達到了70.00%，發芽率為91.67%，株高增長25.35%，根長增加31.17%，地上和地下鮮重分別增加37.98%和45.70%。

表3 S-ABA拌種處理對玉米種子萌發及幼苗生長的影響Table 3 The effect of S-ABA seed dressing treatment on maize seed germination and seedling growth

2.2.2 對玉米幼苗根活力和葉綠素含量的影響由圖1可知，不同S-ABA濃度拌種處理的根系活力分別為23.36、26.03、26.84、29.17和27.57μg/(h·g)，與對照（S2）相比，根系活力分別提高了46.54%、63.30%、68.39%、83.00%和72.95%，差異顯著，其中S-ABA拌種濃度為2.0mg/10kg時的效果最佳。正常土壤下種子未經處理的對照（S1）的葉綠素含量為5.42mg/kg，種子未經過處理的鹽堿土壤對照（S2）的葉綠素含量為2.95mg/kg。與S2處理相比，經過S-ABA拌種后的葉片葉綠素含量顯著提升，分別是S2處理的1.32、1.39、1.64、1.70和1.66倍，處理之間差異顯著，其中S-ABA拌種濃度為2.0mg/10kg時效果最佳。

圖1 S-ABA拌種處理對玉米幼苗根活力和葉綠素含量的影響Fig.1 The effects of S-ABA seed dressing treatment on maize seedling root vigor and chlorophyll content

2.2.3 對玉米幼苗抗氧化酶活性的影響 由圖2可以看出，受鹽堿脅迫的影響，玉米幼苗根部、葉片的SOD和POD活性都有所提高，S2處理玉米幼苗葉片和根部的SOD活性達到了146.52和146.73U/(min·g)，與S2處理相比，經過S-ABA拌種后的玉米幼苗葉片的SOD活性分別提高了28.16%、36.11%、51.06%、85.01%和71.79%，幼苗根部的SOD活性分別提高了16.89%、24.84%、36.06%、58.74%和49.15%，差異顯著；S2處理玉米幼苗葉片和根部的POD活性達到了7566.67、6566.67U/(min·g)，與S2處理相比，經過S-ABA拌種后的玉米幼苗葉片的POD活性分別提高了14.18%、21.15%、28.72%、36.83%和32.95%，幼苗根部的POD活性分別提高了64.67%、70.36%、76.24%、94.82%和80.61%，差異顯著。

圖2 S-ABA拌種處理對玉米幼苗抗氧化酶活性的影響Fig.2 The effects of S-ABA seed dressing treatment on root vigor and chlorophyll content of maize seedlings

2.3 S-ABA噴霧處理對玉米幼苗生長及生理生化的影響

2.3.1 對玉米幼苗根活力和葉綠素含量的影響由圖3可知，不同S-ABA濃度噴霧處理的根系活力分別為 19.34、20.97、24.28和 24.32μg/(h·g)，與S2處理相比，根系活力分別提高了21.34%、31.53%、52.31%和52.58%，差異顯著，其中S-ABA噴霧濃度為50和75mg/L時的效果最佳；不同S-ABA濃度噴霧處理的葉綠素含量分別為3.94、4.11、4.57和4.31mg/kg，與S2處理相比，經過S-ABA噴霧后的葉片葉綠素含量顯著提升，分別是S2處理的1.33、1.39、1.55和1.46倍，處理之間差異顯著，其中S-ABA噴霧濃度為50mg/L時的效果最佳。

圖3 S-ABA噴霧處理對玉米幼苗根活力和葉綠素含量的影響Fig.3 The effects of spraying treatment with S-ABA on root vigor and chlorophyll content of maize seedlings

2.3.2 對玉米幼苗抗氧化酶活性的影響 由圖4可以看出，與S2處理相比，經過S-ABA噴霧處理后的玉米幼苗葉片的SOD活性分別提高了33.31%、46.08%、70.80%和54.47%，幼苗根部的SOD活性分別提高了20.76%、30.93%、51.10%和38.21%，差異顯著。玉米幼苗葉片的POD活性分別提高了4.90%、9.44%、113.97%和10.64%，幼苗根部的POD活性分別提高了42.13%、50.15%、58.88%和51.57%，差異顯著。

圖4 S-ABA噴霧處理對玉米幼苗抗氧化酶活性的影響Fig.4 The effects of spraying treatment with S-ABA on the antioxidant enzyme activity of maize seedlings

2.4 S-ABA拌種和噴霧混合處理對玉米生理生化指標的影響

2.4.1 對玉米根活力和葉綠素含量的影響 由圖5可知，不同S-ABA濃度拌種+噴霧混合處理的根系活力分別為 30.00、30.84、28.64 和 29.73μg/(h·g)，與S2處理相比，根系活力分別提高了86.94%、92.13%、78.42%和85.21%，差異顯著，其中S-ABA 2.0mg/10kg拌種+50mg/L噴霧時的效果最佳；不同S-ABA濃度拌種+噴霧處理的葉綠素含量分別為5.24、5.46、5.03和5.30mg/kg，與S2處理相比，經過S-ABA拌種+噴霧后的葉片葉綠素含量明顯提升，分別是S2處理的1.72、1.80、1.65和1.74倍，處理之間差異顯著，其中S-ABA 2.0mg/10kg拌種+50mg/L噴霧時的效果最佳。

圖5 S-ABA拌種和噴霧混合處理對玉米根系活力和葉綠素含量的影響Fig.5 The effects of seed dressing and spray mixing with SABA on root vigor and chlorophyll content of maize

2.4.2 對玉米幼苗抗氧化酶活性的影響 由圖6可以看出，與S2處理相比，經過S-ABA拌種+噴霧處理后的玉米幼苗葉片的SOD活性分別提高了76.67%、86.71%、64.73%和72.39%，幼苗根部的SOD活性分別提高了61.29%、70.35%、53.60%和57.83%，差異顯著；玉米幼苗葉片的POD活性分別提高了39.17%、51.20%、25.62%和10.64%，幼苗根部的POD活性分別提高了44.17%、51.88%、34.52%和39.83%，差異顯著。

圖6 S-ABA拌種和噴霧處理對玉米幼苗抗氧化酶活性的影響Fig.6 Effects of S-ABA seed dressing and spray treatment on the antioxidant enzyme activities of maize seedlings

3 討論

種子時期是玉米抗鹽堿能力最弱、但也是最重要的時期之一。鹽堿脅迫會抑制種子的萌發，且隨著鹽堿程度的不斷加深，種子的發芽勢、發芽率和種子活性等方面會受到不同程度的抑制，這與彭云玲等[18]的研究結果一致；外源生長調節物質可促進種子萌發早期的多種代謝途徑[19]，同時還能調控植物形態，與本試驗結果一致。

脫落酸作為鹽堿脅迫下的重要信號因子，是植物逆境環境的調控物質之一，對作物脅迫抗性誘導起到關鍵作用[20]，經過S-ABA拌種和噴霧處理都能顯著促進玉米幼苗的生長，主要表現在根長和株高的增長，地上和地下部分重量的增加，有效緩解了鹽堿脅迫對幼苗生長帶來的影響。

光合作用是植物應對鹽堿脅迫的最敏感過程之一，是評定植物抗鹽堿脅迫的重要指標[21]，同時玉米在遭受鹽堿脅迫后體內會生成大量的活性氧，SOD和POD等活性代表著植物清除活性氧的能力[22]，本試驗中經過S-ABA拌種和噴霧處理后都可以提升玉米幼苗葉片的SOD和POD活性以及葉綠素含量，保證鹽堿脅迫下玉米幼苗正常的光合作用。

4 結論

隨著NaCl濃度的遞增，玉米種子的發芽率、發芽勢、根芽鮮重及長度和α-淀粉酶活性均受到了明顯抑制，應用不同濃度的S-ABA浸種處理都會對玉米種子的萌發產生一定的促進作用，其中S-ABA浸種濃度為6mg/L時效果最突出；在玉米幼苗階段提高抗鹽堿能力方面，S-ABA能夠通過提高抗氧化酶活性減緩鹽堿脅迫對幼苗生長的傷害，提高幼苗的光合作用和根系活力，其中SABA拌種處理的效果要優于噴霧處理，并且在S-ABA 2.0mg/10kg拌種+50mg/L噴霧混合處理時效果最佳。