硫酸錳溶液浸種對玉米種子萌發期抗鹽堿生理特性的影響

摘要： 土壤鹽堿化是影響作物生長發育和產量形成的主要非生物脅迫之一。提高鹽堿脅迫下作物的出苗率和成苗率是增強作物耐鹽堿能力研究的關鍵。本研究以鄭單958為試驗材料，設置鹽堿脅迫和無鹽堿脅迫2個生長環境，探討了不同硫酸錳濃度[0 mmol/L（CK）、5 mmol/L、10 mmol/L、20 mmol/L]浸種對玉米種子萌發能力及生理特性的影響。結果表明：5 mmol/L硫酸錳溶液浸種處理，能夠有效提高鹽堿脅迫下玉米種子萌發期的芽長、根長以及發芽率，顯著提高胚根的抗壞血酸和還原型谷胱甘肽等抗氧化物質的含量；胚根和胚芽的超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽還原酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性和抗超氧陰離子自由基活力在0～20 mmol/L的硫酸錳溶液浸種處理中呈現先上升后下降的趨勢，其中以5 mmol/L硫酸錳溶液浸種表現較好；在鹽堿脅迫下，隨著硫酸錳溶液浸種濃度的增加，玉米胚芽和胚根內的滲透調節物質如可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、游離脯氨酸含量呈現先下降后上升的趨勢；無鹽堿脅迫時，隨著硫酸錳溶液浸種濃度的增加，玉米幼苗胚芽和胚根的可溶性糖含量及游離脯氨酸含量呈現一個持續上升的趨勢，丙二醛含量呈現低濃度促進高濃度抑制的特征。綜上所述，利用5 mmol/L硫酸錳溶液浸種可以提高鹽堿脅迫下玉米植株AsA-GSH循環中關鍵物質含量和酶活性，增強清除活性氧物質相關酶活性，有效促進玉米萌發期抗氧化系統運轉，減弱膜脂過氧化作用，維持植株細胞膜透性，有效提高玉米種子的萌發能力以及耐鹽堿能力。

關鍵詞： 鹽堿脅迫；玉米；硫酸錳；種子萌發；抗氧化酶；AsA-GSH循環

中圖分類號： S513.041 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-4440（2023）03-0645-12

Effects of soaking seeds with manganese sulfate solution on saline-alkali resistance of maize seeds during germination

LIU Chang-zhuang， TAO Yu-zhao， YANG Fu-qiang， LIU Jia-qi， LI Ming

（College of Agriculture， Northeast Agricultural University， Harbin 150030， China）

Abstract： Soil salinization is one of the major abiotic stresses affecting crop growth and yield formation. Improving the emergence rate and seedling rate of crops under saline-alkali stress is the key to enhance the saline-alkali tolerance of crops. In this study， Zhengdan 958 was used as the experimental material， and two growth environments of saline-alkali stress and no saline-alkali stress were set up. The effects of different manganese sulfate concentrations （0 mmol/L， 5 mmol/L， 10 mmol/L， 20 mmol/L ） on the germination ability and physiological characteristics of maize seeds were discussed， and the 0 mmol/L manganese sulfate solution treatment was used as control （CK）. The results showed that soaking seeds with 5 mmol/L manganese sulfate solution could effectively improve the bud length， root length and germination rate of maize seeds during germination under saline-alkali stress， and significantly increase the contents of ascorbic acid and reduced glutathione in radicle. The activities of superoxide dismutase， catalase， glutathione reductase and glutathione peroxidase and the activity of anti-superoxide anion free radical in radicle and plumule increased first and then decreased in the treatment of 0-20 mmol/L manganese sulfate solution. Among them， 5 mmol/L manganese sulfate solution treatment was better. Under saline-alkali stress， with the increase of manganese sulfate soaking concentration， the osmotic adjustment substances such as soluble protein content， soluble sugar content and free proline content in maize germ and radicle decreased first and then increased. Under no saline-alkali stress， with the increase of manganese sulfate soaking concentration， the soluble sugar content and free proline content of maize seedling germ and radicle showed a continuous upward trend， and the malondialdehyde content showed the characteristics of low concentration promotion and high concentration inhibition. In summary， soaking seeds with 5 mmol/L manganese sulfate solution could improve the content of key substances and enzyme activity in AsA-GSH cycle of maize plants under saline-alkali stress， enhance the activity of enzymes related to scavenging active oxygen substances， effectively promote the operation of antioxidant system in maize germination period， weaken the membrane lipid peroxidation， maintain the permeability of plant cell membrane， and effectively improve the germination ability and saline-alkali tolerance of maize seeds.

Key words： saline-alkali stress;maize;manganese sulfate;seed germination; antioxidant enzymes;AsA-GSH cycle

外源物（硝普鈉、亞精胺、油菜素內酯、硝酸鈣、水楊酸和赤霉素等）浸種可以在一定程度上增強植物幼苗耐鹽堿和重金屬的能力，提高種子的發芽率和幼苗的生理活性[1-8] 。錳是植物生長所必需的微量元素之一。作為輔助因子，錳能夠激活35種以上的酶，并作為清除超氧陰離子自由基重要活性酶的重要組分[9]，在植物抗氧化系統中扮演著重要角色。利用錳進行浸種處理，促進作物種子萌發、幼苗發育已有一些研究。馬威等[10]、劉鵬等[11]研究結果表明適宜濃度的錳浸種能有效提高大豆葉片中包括超氧化物歧化酶在內的多種酶的活性。鄒原東等[12]研究結果表明適量錳的補充能顯著提高玉米種子抗氧化酶的活性，促進種子活力的增強。劉建鳳等[13]研究結果表明用0.50～1.00 g/L硫酸錳溶液浸種12 h能增強玉米種子新陳代謝，促進萌發，有效提高種子的發芽指數和發芽率，是一項玉米增產的有效措施。

土壤鹽堿化在全世界已產生深遠影響。據不完全數據統計，全世界鹽堿地面積達9.54×108 hm2，中國各類鹽堿地面積總計9.91×107 hm2[14]。東北松嫩平原擁有全國最大的鹽堿地，面積達到3.78×106 hm2[15]，其中最具代表性土壤類型為蘇打鹽堿土，其不僅具有鹽脅迫的特點而且還伴隨著高pH脅迫。鹽堿土對植物的影響主要表現為顯著抑制植物根系伸長[16]，影響植物體的細胞膜結構及功能，使植物難以吸收離子并擾亂植物的離子平衡[17]，對植物造成復雜的混合鹽堿脅迫，嚴重制約著當地農作物生產和生態環境建設。另外，前人的研究結果還表明，在中國及其他國家的堿性土壤中還存在錳供給不足的問題[18-20]。因此，研究通過外源補充適量錳的方式來促進鹽堿化土壤上作物的生長發育，對提升鹽堿土地區作物種植效益有重要的現實意義。

目前利用錳浸種提高玉米及其他作物對非生物脅迫的抗性已有一些研究[11，21-23]，但在錳浸種對玉米混合鹽堿脅迫下的生理影響方面的研究較少。在植物生長中，種子萌發和幼苗生長期是受逆境脅迫最敏感的階段[24]。本研究通過分析不同濃度硫酸錳溶液浸種對鹽堿脅迫和無鹽堿脅迫下玉米種子萌發期生理指標的影響，旨在揭示混合鹽堿脅迫對玉米生長的損害機制，明確增強玉米種子萌發期抗鹽堿能力的適宜硫酸錳溶液浸種濃度，為提高鹽堿脅迫地區作物生產能力提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試玉米品種為鄭單958，供試藥品為MnSO4·H2O。

1.2 試驗設計

選擇飽滿、大小均勻的玉米種子，用2%次氯酸鈉消毒10 min，并用去離子水沖洗5～10次。晾干后將種子完全浸入5 mmol/L、10 mmol/L、20 mmol/L硫酸錳溶液中，以去離子水為對照進行玉米浸種8 h，共4個浸種濃度處理。研究中的混合鹽堿溶液，定義為一種將NaCl、Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3按照1∶9∶1∶9的比例[25]混合成pH等于9.04的堿性鹽溶液，其中鈉離子濃度為100 mmol/L。試驗設置混合鹽堿溶液和去離子水（無鹽堿脅迫）2個種子萌發環境。將浸種處理后的種子清洗干凈后，吸干表面水分，分別置于墊有2層混合鹽堿溶液和去離子水浸濕濾紙的培養皿（直徑9 cm）中，每皿50粒，每處理重復4次。于25 ℃培養箱中暗室培養，每天早上10：00更換處理液，保持處理液濃度一致。每24 h統計一次發芽數，種子處理后第7 d取玉米胚芽及胚根進行形態及生理指標測定。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生長指標的測定 在玉米種子萌發過程中，以根長大于種子長度，芽長為種子長度一半作為萌發標準[26]，統計各處理每天的累計發芽種子數。大部分處理4 d后，種子發芽數趨于穩定，7 d后各處理發芽數基本不再增加，因此統計各處理第1 d至第4 d的發芽數和第1 d至第7 d的發芽數，進行比較分析；第7 d發芽數統計后，每個處理取15粒已發芽的種子，將胚芽與胚根分離，吸干表面水分后稱鮮質量，然后測量具有代表性的5粒已發芽種子的芽長、根長。胚芽與胚根分別放置于105 ℃烘箱中殺青15 min，80 ℃烘干至恒質量，稱干質量，計算活力指數。算法如下：

發芽率（GP）=萌發種子數／試驗用種子總數×100％

發芽勢（GE）=第1 d至第4 d發芽數／試驗用種子總數×100％

式中，i為發芽日數，Gi為第i日的累計發芽總數。

活力指數（VI）=GI×S（2）

式中，GI為發芽指數，S為已發芽種子的胚芽和胚根干質量（g）。

1.3.2 生理指標測定 超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）等抗氧化酶活性參考Li等[27]的方法測定，谷胱甘肽還原酶（GR）與抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性以及可溶性蛋白含量、谷胱甘肽（GSH）含量參照高芳[28]的方法測定，抗超氧陰離子自由基活力參照張智猛等[29]的方法測定。

丙二醛、可溶性糖含量測定采用硫代巴比妥酸比色法[30]，脯氨酸含量測定采用茚三酮染色法[30]，還原型抗壞血酸（AsA）含量測定參考鄒琦[31]的方法。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2019和DPS 9.01對數據進行處理和統計分析，利用Origin Pro 2022進行作圖。

2 結果與分析

2.1 硫酸錳溶液浸種對玉米種子活力及胚芽、胚根生長的影響

玉米萌發期在遭受鹽堿脅迫后，種子的發芽率、發芽勢、發芽指數及活力指數等指標均明顯下降（表1）。在無鹽堿脅迫和鹽堿脅迫下，隨著硫酸錳溶液浸種濃度的增加，上述指標均表現出低濃度促進高濃度抑制的態勢。其中，無鹽堿脅迫下，5 mmol/L硫酸錳溶液浸種與0 mmol/L硫酸猛溶液浸種對照（CK1）相比，上述指標提升效果不明顯；但在鹽堿脅迫時，5 mmol/L硫酸錳溶液浸種處理后的發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數分別比0 mmol/L硫酸猛溶液浸種對照（CK2）提高了8.91%、8.14%、8.36%、43.00%，但高濃度的硫酸錳溶液浸種處理（20 mmol/L）會顯著抑制玉米種子的萌發。

混合鹽堿脅迫下會對玉米胚芽和胚根的生長造成不利影響，但經過適量的硫酸錳溶液浸種處理，能夠明顯緩解鹽堿脅迫所造成的危害（表2）。無鹽堿脅迫時，5 mmol/L和10 mmol/L的硫酸錳溶液浸種處理對玉米胚芽、胚根的生長及干物質積累有顯著促進作用；鹽堿脅迫下，5 mmol/L硫酸錳溶液浸種處理對玉米胚芽胚根的生長有明顯促進作用，胚芽長、胚根長、胚芽干質量、胚根干質量分別比對照（CK2）增加了66.49%、11.03%、39.15%、22.94%；而20 mmol/L硫酸錳溶液浸種處理則會抑制玉米種子的萌發。

2.2 硫酸錳溶液浸種對玉米抗超氧陰離子自由基活力、抗氧化物質活性的影響

混合鹽堿脅迫下，玉米萌發期胚芽及胚根的抗超氧陰離子活力整體呈現下降趨勢（圖1）。在無鹽堿脅迫和鹽堿脅迫下，隨著MnSO4溶液浸種濃度的增加，抗超氧陰離子自由基活力均呈現先上升后下降的趨勢。鹽堿脅迫下，硫酸錳溶液浸種濃度10 mmol/L時，胚芽及胚根的抗超氧陰離子自由基活力提升效果最好，分別比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照（CK2）提升了62.57%和58.34%；無鹽堿脅迫時，玉米胚芽抗超氧陰離子自由基活力在硫酸錳溶液浸種濃度10 mmol/L時提高最為顯著，比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照（CK1）提高了24.52%；而胚根抗超氧陰離子自由基活力則以5 mmol/L硫酸錳溶液浸種增加最為顯著，提高了8.20%。

受到混合鹽堿脅迫后，玉米胚芽及胚根抗氧化物質（AsA）含量均較無鹽堿脅迫有所增加，說明鹽堿脅迫一定程度上促進了植物體內AsA的合成（圖2）。在無鹽堿脅迫和鹽堿脅迫下，隨著硫酸錳溶液浸種濃度的增加，玉米幼苗胚芽AsA含量均呈現先下降后上升的趨勢；而胚根AsA含量卻呈現先上升后下降的趨勢。無鹽堿脅迫時，20 mmol/L硫酸錳溶液浸種濃度的胚芽AsA含量提升最為顯著，比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照（CK1）提高了11.00%；胚根AsA含量則以5 mmol/L硫酸錳溶液浸種提升最為明顯，增幅達15.38%，而10 mmol/L、20 mmol/L硫酸錳溶液浸種胚根AsA含量分別降低了11.40%、12.33%。鹽堿脅迫下，10 mmol/L硫酸錳溶液浸種處理的胚芽AsA含量比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照（CK2）下降了14.26%； 胚根AsA含量在5 mmol/L硫酸錳溶液浸種處理下增加5.25%，而在10 mmol/L、20 mmol/L硫酸錳溶液浸種處理下分別下降了6.08%和7.64%，差異顯著。

2.3 硫酸錳溶液浸種對玉米抗氧化酶活性的影響

玉米幼苗在萌發期受到混合鹽堿脅迫時，啟動抗氧化酶系統抵抗脅迫帶來的不利影響。0～20 mmol/L硫酸錳溶液處理下，鹽堿脅迫時玉米胚芽超氧化物歧化酶（SOD）活性下降，而胚根的SOD活性上升（圖3）。隨著硫酸錳溶液浸種濃度的增加，胚芽和胚根的SOD活性都表現為先上升后下降的趨勢。硫酸錳溶液浸種濃度5 mmol/L時，胚芽SOD活性在無鹽堿脅迫和鹽堿脅迫下分別比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照增加了10.96%、5.61%，而胚根SOD活性則分別增加了9.02%、5.09%，差異都達到了顯著水平。

鹽堿脅迫下，玉米胚芽和胚根的過氧化物酶（POD）活性均明顯上升（圖3）。隨著硫酸錳溶液浸種濃度的提升，在鹽堿脅迫下，胚芽和胚根的POD活性都表現為先上升后下降?？傮w來說，5～20 mmol/L硫酸錳溶液處理，胚芽和胚根的POD活性都比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照要高。硫酸錳溶液浸種濃度10 mmol/L時，胚芽POD活性增加最為顯著，比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照提高了10.15%；胚根的POD活性則是在5 mmol/L硫酸錳溶液浸種濃度時，增加最為明顯，比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照提高了8.92%。無鹽堿脅迫時，20 mmol/L硫酸錳溶液浸種濃度處理后，胚芽的POD活性比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照提高最為明顯，達8.49%；而胚根的POD活性在5 mmol/L和10 mmol/L硫酸錳溶液浸種處理后比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照分別提高了8.63%和7.58%，差異顯著。

玉米幼苗在受到混合鹽堿脅迫后，胚芽與胚根的過氧化氫酶（CAT）活性表現出與SOD相反的趨勢，即胚芽的CAT活性明顯上升，而胚根CAT活性明顯下降（圖3）。隨著硫酸錳溶液浸種濃度的提高，在無鹽堿脅迫和鹽堿脅迫下，玉米胚芽和胚根的CAT活性都呈現為先增后降的趨勢，而且都是在5 mmol/L硫酸錳溶液浸種處理時CAT活性表現最高。鹽堿脅迫時，胚芽和胚根的CAT活性比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照分別提高3.20%和26.64%；無鹽堿脅迫時，胚芽和胚根的CAT活性比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照分別提高了18.89%和18.34%，均達到顯著差異水平。

2.4 硫酸錳溶液浸種對玉米谷胱甘肽還原酶活性、丙二醛含量的影響

在受到混合鹽堿脅迫時玉米胚芽及胚根的谷胱甘肽還原酶（GR）活性整體呈現下降趨勢（圖4）。在硫酸錳溶液浸種濃度0～20 mmol/L，鹽堿脅迫和無鹽堿脅迫下，玉米胚芽和胚根的GR活性均表現為先增加后減少的趨勢。鹽堿脅迫時，5 mmol/L和10 mmol/L硫酸錳溶液浸種處理下，胚芽的GR活性分別比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照提高了57.20%和41.39%，胚根的GR活性分別提高了88.19%和111.92%。無鹽堿脅迫時，胚芽的GR活性在5 mmol/L和10 mmol/L硫酸錳溶液浸種處理下，分別比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照提高了75.46%和140.57%，胚根的GR活性在5 mmol/L硫酸錳浸種處理下，比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照提高了15.49%。

植物在受到衰老或其他非生物脅迫時體內會產生大量的活性氧物質，增強細胞膜脂的氧化作用，對細胞膜造成損傷，使丙二醛（MDA）含量升高，因此可以通過植物體內MDA含量的變化表示受脅迫后的損傷程度[32]。在鹽堿脅迫下，隨著硫酸錳溶液浸種濃度的增加，玉米胚芽和胚根的MDA含量都呈現先減少后增加的趨勢（圖5），硫酸錳溶液浸種濃度5 mmol/L時，胚芽的MDA含量比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照降低了89.16%；而胚根的MDA含量則是在10 mmol/L硫酸錳溶液浸種時，下降了67.85%，最為明顯。無鹽堿脅迫時，隨著硫酸錳溶液浸種濃度的增加，胚芽和胚根的MDA含量都呈現先增加后減少的趨勢，浸種濃度5 mmol/L時，胚芽的MDA含量提高了58.15%，與0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照差異顯著；胚根的MDA含量在浸種濃度10 mmol/L時，顯著提高了128.19%。

2.5 硫酸錳溶液浸種對玉米抗壞血酸過氧化物酶、谷胱甘肽過氧化物酶活性及谷胱甘肽含量的影響

受到混合鹽堿脅迫后，玉米幼苗胚芽及胚根的抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性明顯增加（圖6）。隨著硫酸錳溶液浸種濃度的增加，在無鹽堿脅迫和鹽堿脅迫下，胚根的APX活性都呈現出先減少后增加的趨勢。硫酸錳溶液浸種濃度10 mmol/L時，胚根APX活性最低，無鹽堿脅迫和鹽堿脅迫下，胚根的APX活性分別比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照顯著降低62.29%、51.23%。隨著硫酸錳溶液浸種濃度的增加，在無鹽堿脅迫和鹽堿脅迫下，胚芽的APX活性呈現兩個不同的變化趨勢。無鹽堿脅迫時，胚芽APX活性逐漸增強；而在鹽堿脅迫下，胚芽的APX活性呈現先增加后降低的趨勢。硫酸錳溶液浸種濃度10 mmol/L時，胚芽APX活性比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照提高了41.84%。

硫酸錳溶液浸種濃度0～20 mmol/L時，受到混合鹽堿脅迫后的玉米胚芽及胚根的谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）活性總體下降（圖7）。在無鹽堿脅迫和鹽堿脅迫時，隨著硫酸錳溶液浸種濃度的增加，胚芽和胚根的GPX活性均表現為先上升后下降。無鹽堿脅迫時，硫酸錳溶液浸種濃度10 mmol/L的處理，胚芽的GPX活性提升顯著，提高了43.32%；鹽堿脅迫下，5～10 mmol/L硫酸錳溶液浸種后胚芽和胚根的GPX活性高于0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照；其中，硫酸錳溶液浸種濃度10 mmol/L時，胚芽和胚根的GPX活性提高了160.25%、91.40%。

玉米幼苗在萌發期遭受混合鹽堿脅迫后，胚芽谷胱甘肽（GSH）含量明顯上升，而胚根的GSH含量總體呈下降特征（圖8）。在無鹽堿脅迫及鹽堿脅迫下，隨著硫酸錳溶液濃度的增加，胚芽和胚根GSH含量均表現為先增加后減少的趨勢。其中，硫酸錳溶液浸種濃度10 mmol/L時，無鹽堿脅迫和鹽堿脅迫下，胚芽的GSH含量提升最為顯著，分別比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照提升34.80%、8.09%；而無鹽堿脅迫和鹽堿脅迫下，胚根的GSH含量在硫酸錳溶液浸種濃度5 mmol/L時分別比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照提升了61.71%、27.65%，最為顯著。

2.6 硫酸錳溶液浸種對玉米可溶性蛋白質、可溶性糖、脯氨酸含量的影響

硫酸錳溶液浸種濃度0～20 mmol/L時，受到混合鹽堿脅迫后，玉米萌發期胚芽和胚根可溶性蛋白質含量總體表現為上升（圖9）。在無鹽堿脅迫和鹽堿脅迫處理下，胚芽和胚根的可溶性蛋白質含量均表現為先下降后上升的趨勢。其中，在鹽堿脅迫下，硫酸錳溶液浸種濃度10 mmol/L時，胚芽和胚根可溶性蛋白質含量比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照分別降低了31.35%、25.85%，差異顯著；無鹽堿脅迫時，5 mmol/L硫酸錳溶液浸種的胚根可溶性蛋白質含量與0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照無顯著差異；但在鹽堿脅迫下，胚根的可溶性蛋白質含量比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照顯著降低了24.09%。

玉米胚芽和胚根在遭受到混合鹽堿脅迫后體內可溶性糖含量總體增加（圖10）。在鹽堿脅迫下，玉米胚芽和胚根可溶性糖含量隨著硫酸錳溶液浸種濃度的增加呈現先下降后上升的趨勢。無鹽堿脅迫時，玉米胚芽和胚根可溶性糖含量隨浸種硫酸錳溶液濃度的增加呈現連續上升的趨勢，其中20 mmol/L浸種濃度下，胚芽和胚根可溶性糖含量均顯著高于0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照，分別增加了42.37%和23.24%。

玉米胚芽和胚根在遭受到混合鹽堿脅迫后體內脯氨酸（Pro）含量總體增加（圖11）。在鹽堿脅迫下，隨MnSO4溶液濃度的增加，玉米胚芽和胚根的Pro含量呈現先顯著減少后顯著增加的趨勢，20 mmol/L硫酸錳溶液浸種時脯氨酸含量增加明顯。這說明5 mmol/L、10 mmol/L的硫酸錳溶液浸種玉米抵抗鹽堿脅迫的能力顯著提高，反映出植株所遭受到的脅迫程度下降。沒有鹽堿脅迫時，隨MnSO4濃度的增加，玉米胚芽和胚根的Pro含量呈現持續增加的趨勢，其中20 mmol/L硫酸錳溶液浸種濃度下，胚芽和胚根Pro含量分別比0 mmol/L硫酸錳溶液浸種對照增加了405.08%和123.76%，差異達顯著水平。

3 討論

錳是植物生長代謝所必需的一種微量元素，盡管需求量很小，但對植物體有著難以取代的功能。土壤錳含量過低或過高都會對植物的正常生長發育造成抑制[33]。鹽堿環境下土壤錳的有效性下降，影響植物對錳的吸收，因此，如何合理施加錳源提升作物耐鹽堿脅迫的能力是一個廣受關注的問題。

3.1 硫酸錳溶液浸種對玉米種子萌發的影響

發芽是植物生命周期中最關鍵的時期之一，鹽堿脅迫引起植株體內低水勢是抑制種子發芽的一個決定性因素[34]。本研究結果表明在100 mmol/L的Na+和pH 9.04的混合鹽堿脅迫下玉米種子的發芽率和活力指數等指標均顯著降低，與前人研究結果[35-37]類似。種子萌發后胚芽和胚根的生長程度是種子由萌發期向苗期轉變的一個重要參考，直接關系到出苗后的生長發育及其對環境的耐受性[38-41]，同時植物根系也是受鹽堿脅迫的主要部位[42-43]。本試驗研究發現硫酸錳溶液浸種必須控制在一定濃度下，其中5 mmol/L的硫酸錳溶液浸種可以顯著提高玉米種子發芽率，促進胚芽及胚根的生長；當濃度增加到10 mmol/L時，發芽率下降但是胚芽及胚根生長仍有改善；但當浸種濃度達到20 mmol/L后，玉米種子萌發及胚芽、胚根的生長均受到抑制。

3.2 硫酸錳溶液浸種對玉米種子抗氧化系統的影響

植物的抗氧化系統包括以超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）等為代表的酶系統和以抗壞血酸-谷胱甘肽循環（AsA-GSH cycle）為主的非酶系統[44]。鹽堿脅迫導致植物體內活性氧（ROS）的大量產生和自由基積累，引起膜脂過氧化，酶的失活等一系列問題，從而致使細胞損傷甚至死亡，直接影響到植株生長發育[45]。為適應鹽堿逆境植物體抗氧化酶活性上升以清除過多ROS，這與本試驗結果相符。本研究結果顯示5 mmol/L硫酸錳溶液浸種處理，有效提高了玉米胚芽、胚根的SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性，3種酶相互協同作用，增強玉米胚芽、胚根自由基清除能力，整體提升抗超氧陰離子活性；但高濃度（20 mmol/L）的硫酸錳溶液浸種會顯著抑制抗氧化酶的活性，對玉米胚芽、胚根造成二次脅迫，進而引起更大危害，這與前人研究結果一致[21]。

AsA-GSH循環主要包括抗壞血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）等抗氧化物質以及抗壞血酸過氧化物酶（APX）和谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）、谷胱甘肽還原酶（GR）等抗氧化酶[46-47]。植物體可以通過AsA-GSH循環的快速反應減少植物體內活性氧自由基含量，保持ROS平衡，緩解植物體的受損狀況[48]。本研究發現在受到鹽堿脅迫后，玉米胚芽AsA和GSH等抗氧化物質含量及APX活性上升，GPX與GR活性下降，說明植株對鹽堿的氧化應激反應首先在玉米胚芽中發揮作用，通過產生抗氧化物質和提高抗氧化酶活性保護胚芽能夠正常進行生長發育。硫酸錳溶液浸種處理后，玉米胚根GSH和AsA的含量相比對照呈現一個低濃度促進，高濃度抑制的現象，這表明適量的硫酸錳溶液浸種可以通過提升關鍵抗氧化物質含量，促進受脅迫植物根部的AsA-GSH循環運轉，清除體內多余的活性氧副產物，增強整個抗氧化系統的效率，保證胚芽、胚根生長。5 mmol/L硫酸錳溶液浸種處理還顯著抑制了鹽堿混合脅迫下玉米胚芽和胚根MDA的積累，使得細胞膜受損程度降低，這說明適宜濃度的硫酸錳溶液浸種可以調節植株活性氧代謝水平，減輕脂質過氧化作用，是促進鹽堿脅迫下玉米生產的有效措施之一。

3.3 硫酸錳溶液浸種對玉米滲透調節能力的影響

滲透調節能力在植物適應鹽、堿脅迫中起到十分重要的作用，植物體內可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸等被認為是植物體應對脅迫時主要的滲透調節物質[49-52]，主要起到調節細胞內的滲透勢，維持植物體內水分運轉，保證正常生長代謝的作用[53-56]。低Na+濃度（50～150 mmol/L）條件下，鹽脅迫比堿脅迫積累更多的可溶性蛋白質維持滲透平衡，而堿脅迫時植株比鹽脅迫積累更多的可溶性糖進行滲透調節[49]。本研究結果表明，玉米在萌發期受到混合鹽堿脅迫后，可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量均升高，而在5 mmol/L硫酸錳溶液浸種時，胚芽、胚根體內的滲透調節物質含量均有所下降，說明適量濃度的硫酸錳溶液浸種處理后，玉米萌發種子抗性增強，胚芽、胚根所受脅迫降低。

4 結論

混合鹽堿脅迫會使玉米萌發期的各項生長指標受到明顯抑制，降低玉米的發芽率和種子活力，而植株自身在應對混合鹽堿脅迫時主要通過體內的抗氧化酶以及AsA-GSH循環進行調節因鹽堿脅迫產生的大量活性氧物質，還會通過增加體內相容性物質的合成，增強滲透調節能力，維持玉米幼苗在應對鹽堿脅迫時的正常生長代謝。通過本試驗結果表明5 mmol/L的硫酸錳溶液浸種處理能顯著提高鹽堿脅迫下玉米胚芽、胚根的抗氧化系統運轉效率，進一步增加抗氧化酶的活性以及抗氧化物質如AsA和GSH的含量，促進植物整體AsA-GSH循環的運轉，減少脅迫造成的脂質過氧化作用，從而提高玉米的抗鹽堿能力，有效促進植株的正常生長發育。

參考文獻：

[1] 周萬海，師尚禮，寇江濤. 一氧化氮對NaCl脅迫下苜蓿種子萌發的影響[J].核農學報，2012， 26（4）：710-716.

[2] 李堆淑，朱廣啟. 外源水楊酸對桔梗幼苗鉛脅迫的緩解效應[J].山西農業科學， 2016， 44（8）：1165-1168.

[3] 肖小君，黃作喜，陳文年，等. 外源NO對鉛脅迫下水果黃瓜種子萌發和幼苗生理特性的影響[J]. 華北農學報，2015， 30（3）： 123-128.

[4] 徐臣善. 鈣對鹽脅迫下小金海棠幼苗生物量及抗氧化系統的影響[J].植物生理學報， 2014， 50（6）：817-822.

[5] JIANG X Y，SONG J，FAN H，et al. Regulations of exogenous calcium and spermidine on ion balance and polyamine levels in maize seedlings under NaCl stress[J]. Acta Phytophysiologica Sinica， 2000， 26（6）： 539-544.

[6] ZHANG H， SHEN W B，XU L L. Effects of nitric oxide on the germination of wheat seeds and its reactive oxygen species metabolisms under osmotic stress[J]. Acta Botanica Sinica， 2003， 45（8）： 901-905.

[7] KHAN M N， SIDDIQUI M H， MOHAMMAD F， et al. Calcium chloride and gibberellic acid protect linseed （Linum usitatissimum L.） from NaCl stress by inducing antioxidative defence system and osmoprotectant accumulation[J]. Acta Physiologiae Plantarum， 2010， 32（1）： 121-132.

[8] AGAMI， RAMADAN A. Alleviating the adverse effects of NaCl stress in maize seedlings by pretreating seeds with salicylic acid and 24-epibrassinolide[J]. South African Journal of Botany， 2013， 88： 171-177.

[9] MILLALEO R， REYES-DIAZ M， IVANOV A G， et al. Manganese as essential and toxic element for plants： transport， accumulation and resistance mechanisms[J]. Journal of Soil Science amp; Plant Nutrition， 2010， 10（4）： 476-494.

[10]馬 威，郝茂鋼，劉麗梅. 錳浸種對大豆氮素代謝關鍵酶活性的影響[J]. 現代化農業， 2014（2）： 16-18.

[11]劉 鵬，徐根娣，倪建英，等. 錳浸種對大豆種子萌發和幼苗生理特性的影響[J]. 中國油料作物學報， 2002（4）： 26-30.

[12]鄒原東，韓振芹，張海嬌，等. 不同濃度硫酸錳溶液處理對玉米種子抗氧化酶活性的影響[J]. 現代農業科技， 2021（7）： 11-12.

[13]劉建鳳，崔彥宏，王榮煥. 錳對玉米種子萌發及幼苗生理活性的影響[J]. 植物營養與肥料學報， 2005（2）： 279-281.

[14]趙可夫，范 海，王寶增，等. 改良和利用鹽漬化土壤的研究進展[J]. 園林科技信息，2004 （1）：32-35.

[15]胡 娟，周道瑋，王曉禹，等. 不同覆沙厚度下松嫩平原鹽堿裸地上的種植效果[J]. 草業科學， 2021， 38（3）： 410-418.

[16]馬秀杰，王鴻斌，楊 楊. 本然土壤調理劑對鹽堿土的改良效果試驗[J].吉林農業， 2019（8）：46-47.

[17]CHUAMNAKTHONG S， MAMPEI M ， UEDA A. Characterization of Na+ exclusion mechanism in rice under saline-alkaline stress conditions[J]. Plant Science， 2019， 287：110171.

[18]SCHMIDT S B， JENSEN P E， HUSTED S. Manganese deficiency in plants： The impact on photosystem II[J]. Trends in Plant Science， 2016， 21（7）： 622-632.

[19]BRENNAN R F， BOLLAND M D A. Application of fertilizer manganese doubled yields of lentil grown on alkaline soils[J]. Journal of Plant Nutrition， 2003， 26（6）： 1263-1276.

[20]劉 錚，朱其清，唐麗華，等. 我國缺乏微量元素的土壤及其區域分布[J].山西農業科學， 1983（1）：44.

[21]張永升，楊國航，崔彥宏. 硫酸錳浸種處理對玉米種子萌發的生理效應[J].河北農業大學學報， 2011， 34（4）：5-9.

[22]石艷華，張永清，羅海婧. 化學調節物質浸種對不同水分條件下苦蕎生長及其生理特性的影響[J].西北植物學報，2013，33（1）：123-131.

[23]劉京萍，葛 興，李京霞，等. 聚天冬氨酸錳（Ⅱ）對干旱脅迫下菠菜抗氧化酶活性和MDA含量的影響[J].北京聯合大學學報（自然科學版），2012，26（2）：39-43，50.

[24]藺吉祥，李曉宇，唐佳紅，等. 鹽堿脅迫對小麥種子萌發、早期幼苗生長及Na+、K+代謝的影響[J].麥類作物學報， 2011，31（6）：1148-1152.

[25]趙 穎，魏小紅，赫亞龍，等. 混合鹽堿脅迫對藜麥種子萌發和幼苗抗氧化特性的影響[J].草業學報，2019，28（2）：156-167.

[26]龍 艷. 淺談玉米種子發芽試驗的操作技術要領[J].種子科技，2020，38（5）：24-27.

[27]LI H X， XIAO Y， CAO L L， et al. Cerebroside C increases tolerance to chilling injury and alters lipid composition in wheat roots[J]. PLoS One， 2013， 8（9）： e73380.

[28]高 芳. 谷胱甘肽對紅松胚性愈傷組織增殖的氧化還原調控機理[D].哈爾濱：東北林業大學，2021.

[29]張智猛，宮清軒，李尚霞，等. 花生品種不同籽仁部位抗氧化能力研究[J].花生學報，2007（2）：6-10.

[30]李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京：高等教育出版社， 2000.

[31]鄒 琦. 植物生理學實驗指導[M]. 北京：中國農業出版社， 2003.

[32]王愛國，邵從本，羅廣華. 丙二醛作為植物脂質過氧化指標的探討[J]. 植物生理學通訊，1986（2）： 55-57.

[33]呂思琪，張 迪，張婉婷，等. 錳脅迫對不同基因型玉米幼苗氮素轉化的影響[J].玉米科學，2020，28（2）：84-89，95.

[34]DEBEZ A， HAMED K B， GRIGNON C， et al. Salinity effects on germination， growth， and seed production of the halophyte Cakile maritima[J]. Plant and Soil， 2004， 262（1）： 179-189.

[35]戴凌燕，張立軍，張成才. 蘇打鹽堿脅迫對甜高粱種子萌發的影響及品種耐性綜合評價[J]. 種子， 2011， 30（10）： 28-32.

[36]陳忠林，張學勇，張 綿，等. 堿脅迫對結縷草、高羊茅種子萌發及其胚生長的影響[J].種子，2010，29（12）：27-30.

[37]時麗冉. 混合鹽堿脅迫對玉米種子萌發的影響[J].衡水學院學報，2007（1）：13-15.

[38]鄒成林，翟瑞寧，欽 潔，等. 不同濃度PEG模擬干旱脅迫對玉米種子萌發特性的影響[J].玉米科學，2021，29（6）：68-75.

[39]王妮妮. 混合鹽堿脅迫對皂莢種子萌發的影響[J].東北林業大學學報，2017，45（4）：14-18，27.

[40]陳金元，陳學林，滿吉琳，等. 混合鹽堿脅迫對紅砂種子萌發的影響[J].西北農林科技大學學報（自然科學版）， 2016，44（5）：113-119.

[41]徐 曼，王 茜，王奕驍，等. 不同鹽脅迫對長穗偃麥草種子萌發及幼苗生長的影響[J].中國草地學報，2020，42（1）：15-20.

[42]趙 楠，蘆 艷，左進城，等. 堿脅迫對堿蓬種子萌發的影響[J].北方園藝，2012（1）：45-47.

[43]GE Y， LI Y， ZHU Y M， et al. Global transcriptome profiling of wild soybean （Glycine soja） roots under NaHCO3 treatment[J]. BMC Plant Biology， 2010， 10： 153.

[44]GILL S S， TUTEJA N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants[J]. Plant Physiol Biochem， 2010， 48（12）： 909-930.

[45]張小冰，邢 勇，郭 樂，等. 腐植酸鉀浸種對干旱脅迫下玉米幼苗保護酶活性及MDA含量的影響[J].中國農學通報，2011，27（7）：69-72.

[46]GILL S S， ANJUM N A， HASANUZZAMAN M， et al. Glutathione and glutathione reductase： A boon in disguise for plant abiotic stress defense operations[J]. Plant Physiology amp; Biochemistry， 2013， 70（1）： 204-212.

[47]劉趙月，李蕊彤，李 晶，等. 鹽堿脅迫下京尼平苷對玉米種子萌發及根系AsA-GSH循環的影響[J].江蘇農業學報，2020，36（4）：842-850.

[48]孫軍利，趙寶龍，郁松林. SA對高溫脅迫下葡萄幼苗AsA-GSH循環的影響[J].核農學報，2015，29（4）：799-804.

[49]劉建新，王金成，賈海燕. 燕麥幼苗對鹽脅迫和堿脅迫的生理響應差異[J]. 水土保持學報，2015， 29（5）： 331-336.

[50]鄧 平，趙 英，王 霞，等. 水楊酸對NaHCO3脅迫下桂西北喀斯特地區青岡櫟種子萌發的影響[J].南京林業大學學報（自然科學版），2021，45（4）：114-122.

[51]陳亞輝，張文韜，宋志忠，等. NaCl脅迫下施加外源鉀對多枝檉柳生理的影響[J].江蘇農業科學，2021，49（15）：142-146.

[52]付 麗，劉加珍，陶寶先，等. 鹽生植物對鹽漬土壤環境的適應機制研究綜述[J].江蘇農業科學，2021，49（15）：32-39.

[53]單立山，李 毅，石萬里，等. 土壤水分脅迫對紅砂幼苗生長和滲透調節物質的影響[J].水土保持通報，2015，35（6）：106-109.

[54]馬崇堅，陳小娟，黎華壽. 堿脅迫條件下皇竹草和玉米的適應性研究[J].廣東農業科學， 2018， 45（1）：57-63.

[55]王海珍，徐雅麗，張翠麗，等. 干旱脅迫對胡楊和灰胡楊幼苗滲透調節物質及抗氧化酶活性的影響[J].干旱區資源與環境，2015，29（12）：125-130.

[56]陳璐祺，溫生娟，張軍杰，等. EBR對鹽脅迫下玉米幼苗生理指標及抗氧化酶和水孔蛋白基因表達量的影響[J].玉米科學，2022，30（1）：100-107.

（責任編輯：石春林）

收稿日期：2022-06-24

基金項目：黑龍江省玉米超高產關鍵技術研究項目（2￣0￣1￣7￣Y￣F￣D￣0￣3￣0￣0￣5￣006-2）

作者簡介：劉昌壯（1996-），男，山東菏澤人，碩士研究生，主要從事玉米耐鹽堿生理研究。（E-mail）liu891578576@163.com

通訊作者：李 明，（E-mail）liming@neau.edu.cn