外源甜菜堿對鹽脅迫杜梨種子的萌發及生理特性研究

DOI：" 10.13855/j.cnki.lygs.2024.05.008

摘" 要：探討5個濃度0、0.5、1.0、5.0、10.0 mmol/L的外源甜菜堿對100 mmol/LNaCl脅迫下杜梨種子萌發、幼苗生長及其生理特性的影響，以不添加甜菜堿的處理作為對照。結果表明，甜菜堿處理對鹽脅迫下杜梨種子發芽、幼苗生長及生理代謝均有顯著促進作用。其中以1.0 mmol/L濃度處理的效果最顯著，杜梨種子的萌發率、發芽勢、幼苗株高、地上部鮮重、葉片超氧化物歧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶活性、葉綠素含量、凈光合速率均顯著高于對照和另外3個濃度處理；丙二醛含量均低于對照和另3個處理。

關鍵詞：杜梨；甜菜堿；鹽脅迫；種子萌發；生理特性

中圖分類號：" S661.2" 文獻標識碼：" A""" 文章編號：" 1002-2910（2024）05-0037-04

收稿日期：2024-03-22

*通信作者：曹濤（1968-），男，山東日照人，研究方向為森林資源管理、森林培育。E-mail：rzlyct@163.com

作者簡介：劉霞（1982-），女，山東萊蕪人，從事林業保護與發展服務工作。E-mail：rzlx3696@163.com

Effects of exogenous betaine on the seeds germination and physiological characteristics of Pyrus betulaefolia seedlings

LIU Xia1， CAO Tao2*， YAO Xingang2， ZHOU Xiangyun1， ZHANG De1， LI Yiming2

（1.Donggang District Forestry Protection and Development Service Center， Rizhao， Shandong 276800，China; 2.Rizhao Forestry Protection and Development Service Center， Rizhao， Shandong 276800，China）

Abstract：The effects of five concentrations of exogenous betaine （0， 0.5， 1.0， 5.0， 10.0 mmol/L） on the seeds germination， seedling growth， and physiological characteristics of Pyrus betulaefolia under 100 mmol/L NaCl were investigated， with the treatment without betaine as the control. The results indicated that treatments with exogenous betaine at various concentrations significantly promoted the germination of P. betulaefolia seeds and the aboveground growth of seedlings under salt stress， with the treatment of 1.0 mmol/L betaine showing the most significant impact. The germination rate and germination potential， seedling height， aboveground fresh weight， leaf superoxide dismutase， peroxidase and catalase activities， chlorophyll content， and net photosynthetic rate were significantly higher than those of the control and the other three treatments; while the MDA content was lower than that of the control and the other three treatments.

Key words：Pyrus betulaefolia; betaine; salt stress; seed germination; physiological characteristics

目前中國耕地面積中鹽漬化土壤面積約占25%［1］，且由于氣候變化和人類活動而不斷惡化，土壤鹽脅迫會影響作物、林木正常的代謝過程，影響生長發育，造成經濟損失［2］。解決土壤鹽漬化問題是保護農業生產、糧食安全以及生態環境的重要任務。據報道在作物適宜生長發育時期施用外源化學調節物質能夠有效提高植物的耐鹽性，達到提高產量和品質的目的［3］。

甜菜堿（Glycine betaine，GB）屬于氨基酸的衍生物，為滲透調節物質，對緩解逆境脅迫具有重要作用［4］。研究表明，外源甜菜堿能夠有效降低鹽脅迫造成的膜損傷，提高農作物耐鹽性［5，6］。筆者以杜梨種子為試材［7］，研究不同濃度外源甜菜堿處理的萌發能力、幼苗生長及生理特性，為生產實踐提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

2022年秋季從成熟的杜梨果實中取出飽滿一致的種子，陰干后裝袋儲藏。2023年2月上旬將飽滿的杜梨種子在水中浸泡24 h后與細沙按1：1比例混勻置于4 ℃冰箱層積40 d后取出，用10%NaClO溶液浸泡10 min消毒，蒸餾水沖洗干凈，濾紙吸干表面水分待用。甜菜堿由索萊寶公司購得，純度≥98%。100 mmol/L NaCl溶液模仿鹽脅迫環境。

1.2種子萌發試驗

1.2.1試驗設計。杜梨種子浸種液由5個濃度甜菜堿液（0、0.5、1.0、5.0、10.0 mmol/L），100 mmol/L NaCl、1/2霍格蘭氏營養液（Hoagland）配置而成，以不添加甜菜堿的作為對照（CK）。將杜梨種子分別在相應溶液中浸種24 h，然后均用蒸餾水沖洗干凈。隨后將種子放置于底部用蒸餾水浸潤2層濾紙的培養皿中，于25 ℃恒溫箱中培養。每24 h更換1次溶液。每處理60粒種子，重復3次。

1.2.2測定指標及方法。種子萌發后3 d，統計發芽勢；萌發7 d天統計發芽率，測定芽長、根長、發根數。種子發芽率和發芽勢參照《國際種子檢驗規程》［8］計算：

發芽勢/%=培養3 d發芽種子數/供試種子數×100

發芽率/%=培養7 d發芽種子數/供試種子數×100

1.3杜梨苗期生長試驗

1.3.1試驗設計。取60粒飽滿的杜梨種子，用10% NaClO 溶液浸泡10 min，蒸餾水沖洗干凈后，均勻放入發芽盒中，加入不同濃度甜菜堿處理液，置25 ℃培養箱中培養。培養28 d后，測定生長及生理指標，每處理重復測定3次。

1.3.2測定指標及方法。①株高及干重株高用尺子測定，測定后取地上和地下部，清水沖洗，吸水紙吸凈表面水分用電子天平測量鮮重，置于105 ℃烘箱0.5 h，再80 ℃烘干至恒重，電子天平稱取干重。②幼苗總根長、總根表面積采用掃根儀（EPSON Expression 12000 XL ）測定。③葉片保護酶超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量測定參照趙世杰［9］的方法。④葉片的光合參數采用Li－6800便攜式光合－熒光測量儀（Li－COR，USA）測定，葉綠素含量用葉綠素儀測定。

1.4數據處理

試驗數據采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件進行統計分析，采用單因素方差分析和Duncan新復極差法進行多重比較。

2結果與分析

2.1甜菜堿對鹽脅迫下杜梨種子萌發的影響

不同濃度GB浸種處理對杜梨種子的根長無顯著影響；對發芽率、發芽勢及芽長影響顯著。4個濃度GB處理均比對照顯著提高鹽脅迫下杜梨的發芽率、發芽勢及芽長；隨GB濃度的增加，杜梨發芽率、發芽勢及芽長呈先升后降趨勢；其中處理1.0 mmol/L處理的效果最好，發芽率（88.7%）、發芽勢（83.2%）及芽長（7.1 mm）均顯著高于其他處理（表1）。

2.2甜菜堿對鹽脅迫下杜梨幼苗生長的影響

如表2，不同濃度GB浸種杜梨在鹽脅迫下的幼苗，其地下鮮重、總根長、總根表面積3項指標均各自無顯著差異。而株高、地上鮮重、根冠比3項指標均各自差異顯著。其4個濃度GB浸種處理均能顯著降低杜梨幼苗的根冠比，其中1.0 mmol/L處理的根冠比最小，為0.35，比CK降低72%。4個濃度GB處理對杜梨的株高、地上鮮重均有顯著提高作用，隨著濃度的提升，作用效果呈先升后降趨勢，其中處理1.0 mmol/L處理的幼苗株高、地上鮮重均顯著大于對照CK和另外3個處理，表明外源甜菜堿能有效緩解鹽脅迫對杜梨幼苗生長的影響。

2.3甜菜堿對鹽脅迫下杜梨葉片保護酶活性的影響

如表3，不同濃度GB浸種杜梨在鹽脅迫下幼苗葉片的SOD、POD、CAT的活性均比CK顯著提高。隨GB濃度的升高，3種保護酶的活性呈先升后降趨勢，其中1.0 mmol/L處理的3種保護酶活性最高（0.98、198.1、145.5 U/g·min），顯著高于其他處理。

丙二醛（MDA）是衡量逆境下植物細胞膜損傷的重要指標。4個GB濃度處理的MDA含量（6.57、3.79、5.82、7.03 μmol/g）均顯著低于CK。隨GB濃度的升高，MDA含量呈先降后升趨勢，其中1.0 mmol/L處理的的MDA含量最低，即細胞膜受到損傷的程度最小。

2.4甜菜堿對鹽脅迫下杜梨幼苗葉綠素含量及葉功能的影響

如圖1，不同濃度GB浸種杜梨在鹽脅迫下的幼苗葉片的葉綠素含量和凈光合速率（Pn）較CK顯著提高，隨著GB濃度的增加，作用效果呈先升后降趨勢，其中處理G2-1.0 mmol/L的效果最顯著，葉綠素含量和凈光合速率Pn較對照分別增加255.8%、167.9%。說明在鹽脅迫下施用外源GB能顯著提高杜梨葉片葉綠素含量和凈光合速率，其中處理G2-1.0 mmol/L的最為顯著。

3小結與討論

種子萌發是植物生命的開始，是植物生長最重要的一個過程，但也同樣是最脆弱的階段，非常容易受到外界環境的影響［9］，提高種子耐鹽性對鹽堿地農業和林果業生產具有重要意義。研究表明，甜菜堿浸種能夠有效緩解鹽脅迫對種子萌發的抑制，例如煙草、大麥、千屈菜等［10-12］。范春麗［13］研究發現，即使沒有鹽脅迫情況下，經過甜菜堿浸種，種子發芽率、發芽勢及幼苗胚根和胚軸長度也顯著增加。本試驗采用不同濃度甜菜堿處理杜梨種子，其發芽率、發芽勢及芽長均較對照有顯著提高，其中1.0 mmol/L濃度效果最顯著。

鹽脅迫下植物失水，啟動滲透調節，分泌甜菜堿、脯氨酸等滲透調節物質響應鹽脅迫，提高幼苗耐鹽性。本研究用不同濃度GB浸種杜梨，在鹽脅迫下，夠有效提高杜梨幼苗的株高、地上鮮重，對地下部無顯著影響，根冠比顯著降低，這與劉麗蘋［14］在大麥上的研究結果一致。這可能是因為鹽脅迫下外源甜菜堿增強滲透調節作用，保持細胞內水分及吸收外部水分，維持地上部的生長。

逆境脅迫可誘導SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性升高，保護細胞結構免受損傷。但是過重的鹽脅迫使保護酶活性下降，自由基積累，細胞膜系統損傷，MDA含量升高［15，16］。范春麗等［13］研究發現外源甜菜堿能夠有效提高鹽脅迫下石榴幼苗SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性，降低MDA含量，有效保護細胞膜系統。本研究結果與之一致。

鹽脅迫導致植物葉片葉綠素含量降低，光合能力減弱［17］。根施外源甜菜堿能夠有效緩解鹽脅迫對玉米葉片葉綠素的抑制作用［18］。本研究也與之研究結果一致，用不同濃度甜菜堿處理均可顯著提高杜梨葉片葉綠素含量及凈光合速率，以1.0 mmol/L濃度處理效果最顯著。

綜上，外源甜菜堿與鹽脅迫下杜梨種子萌發、幼苗生長及生理特性緊密相關。外源甜菜堿處理促進鹽脅迫下杜梨種子萌發；提高幼苗滲透調節能力維持自身代謝進行，促進地上部生長，提高了鹽脅迫下杜梨幼苗葉片抗氧化酶酶活性，抑制葉綠素降解，降低了膜損傷，維持細胞結構及功能的穩定性，提高葉片光合功能。不同濃度外源甜菜堿效果不同，1.0 mmol/L甜菜堿效果最為顯著。下一步需要對不同鹽度處理下甜菜堿的效果進行深入研究。

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