外源褪黑素對鹽脅迫下黃心菜種子萌發及幼苗生長的影響

摘要：為探明不同濃度褪黑素對鹽脅迫下黃心菜種子萌發及幼苗生長發育的影響，本試驗以黃心菜品種‘黃心烏’為試材，研究0.1 mol.L-1NaCl脅迫下不同濃度（0、10、20、40、80、160 μmol·L-1）褪黑素浸種對黃心菜種子萌發的影響和o．15 mol·L-1NaCl脅迫下葉面噴施不同濃度（o、25、50、100、200、400 μmol·L-1）褪黑素對黃心菜幼苗生長的影響。結果表明，10 μmol·L-1褪黑素浸種對鹽脅迫下黃心菜種子發芽率、下胚軸長、胚根長及幼芽鮮重具有顯著促進作用；鹽脅迫下葉面噴施100 μmol·L-1褪黑素處理幼苗葉長、葉寬、株幅和超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量顯著高于其他處理。綜合看出，0．1 mol·L-1NaCl脅迫處理時，10 μmol·L-1褪黑素浸種可顯著緩解鹽脅迫對種子萌發時抑制作用，0.15mol·L-1 NaCl脅迫處理時，葉面噴施100 μmol·L-1褪黑素可顯著緩解鹽脅迫對幼苗生長的抑制作用。

關鍵詞：黃心菜；褪黑素；鹽脅迫：種子萌發；幼苗生長

中圖分類號：S634 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024） 10-0072-08

黃心菜[Brassica pekinensis（Lour.）Rupr.]屬十字花科蕓薹屬蕓薹種不結球白菜的亞種，又名冬白菜、卷心菜，為二年生蔬菜。黃心菜成熟后，葉片顏色由內向外逐漸變黃，心葉呈鮮黃色，有“遍地金花”的美譽。黃心菜含有豐富的營養物質，每100 g新鮮黃心菜中維生素C含量高達100.5 mg。黃心菜性喜冷涼氣候，高度耐寒，在實際生產中多采用露地栽培。黃心菜在秋冬季節成熟后，可供應市場時間長達5個月。

隨著全球人口迅猛增加，將有越來越多的荒地被開墾為耕地以滿足人口增長的需要。鹽堿地作為重要的耕地資源分布廣泛且面積巨大，據聯合國糧農組織統計，全球約有1.0×109 hm2鹽堿地，占所有耕地面積的7%。我國約有1.0×108hm2鹽堿地，造成我國主要農作物年均減產15% -20%。土壤鹽漬化表現為在特定地理條件下土壤中可溶性鹽分聚集在表層。我國作為農業大國，土壤鹽漬化嚴重威脅到國家的農業生產和經濟。

鹽脅迫對植物造成的傷害按損傷程度可分為三個階段：滲透脅迫、離子脅迫和氧化脅迫。陳莉研究發現，鹽脅迫條件下棉花種子發芽勢、發芽率顯著降低，幼芽的胚根長、鮮重等表型指標也顯著降低。魏茜雅等研究發現，0.1mol·L-lNaCl脅迫顯著抑制朝天椒幼苗生長，具體表現為植株的根長、地上部高度、莖鮮重、葉片鮮重等表型指標顯著下降，丙二醛、過氧化氫、超氧陰離子含量顯著升高。鹽脅迫條件下植物體會被體內積累的大量活性氧造成氧化損傷。這是由于低含量活性氧對植物生長發育起著關鍵作用，比如在信號轉導等方面，但活性氧含量過多則會造成氧化脅迫。

1995年首次在植物體內發現褪黑素。褪黑素（Melatonin）又名松果體素，化學名稱為N-乙?；?5-甲氧基色胺，是一種吲哚類色胺，廣泛存在于動植物體內。褪黑素分布在植物各個部位，具有調節晝夜節律、提高抗逆性等功能。鹽脅迫條件下，葉面噴施褪黑素后，植物可通過葉片上表皮氣孔吸收褪黑素，使植物抗逆性增強：清除多余活性氧，上調抗氧化酶合成基因表達，提高SOD、POD活性。因此施加外源褪黑素對提高黃心菜幼苗抗鹽堿能力具有重要意義。

黃心菜屬淺根系作物，易受土壤鹽漬化影響，然而有關褪黑素對緩解鹽脅迫下黃心菜種子萌發及幼苗生長相關方面的研究鮮有報道。本試驗以黃心菜品種‘黃心烏’為試材，研究外源不同濃度褪黑素對鹽脅迫下黃心菜種子萌發、幼苗表型及生理的影響，以期為生產中減輕黃心菜種植中的鹽脅迫問題提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器設備

供試黃心菜品種‘黃心烏’購于北京百禾科技有限公司。褪黑素購于上海源葉生物科技有限公司，分子量為232.282，分析純≥99%。主要試驗儀器設備見表1。

1.2 試驗設計與處理

種子萌發與幼苗生長試驗于2023年2月24日開始在信陽農林學院園藝學院校內實習基地2號溫室和實驗樓2A 515實驗室進行，2023年5月1日結束。

1.2.1 種子萌發試驗設計與處理

此試驗在實驗室內進行，具體步驟如下：

（1）溫湯浸種。將黃心菜種子用55℃溫水進行溫湯浸種，水量是種子量的5倍，不斷加入熱水保持55℃水溫10 min，并不斷攪拌，殺滅種子攜帶的病菌。

（2） NaCl脅迫下種子褪黑素處理。用0.1mol·L-1 NaCl作為鹽脅迫條件，褪黑素濃度設為0、10、20、40、80 μmol·L-1和160 μmol·L-1，蒸餾水處理做空白對照，共7組處理（表2）。在25℃環境下，將溫湯浸種后的種子用不同濃度的褪黑素進行浸種處理，每個處理重復3次，每重復50粒種子，浸種5h。將浸種后的種子均勻地放在鋪有兩張120 mm×120 mm濾紙的120 mm玻璃培養皿中，每皿加0.1 mol·L-1 NaCl溶液6 mL模擬鹽脅迫處理，CKI空白對照組加蒸餾水，之后置于光照培養箱中培養。其溫度設定為23℃，種子萌發前光照度設為0 lx，露白后設定光照培養箱運行程序為：11 h+4 800 lx→13 h+0 lx。以胚根露白2mm作為種子發芽標準，第2天統計發芽勢，第5天統計發芽率，并測定記錄幼芽下胚軸長、胚根長、鮮重等數據。

1.2.2 幼苗生長試驗設計與處理

此試驗在基地2號溫室內進行，具體步驟如下：

（1）播種育苗。育苗基質按草炭：蛭石：珍珠巖=2：2：1體積比配制。將黃心菜種子播種到50孔育苗穴盤中，每穴播種5粒種子，播后澆透水以利出苗，幼苗長至子葉展平后根據長勢澆灌1/2改良式Hoagland營養液，每隔3天追澆一次。

（2）NaCl脅迫下幼苗褪黑素處理。幼苗長至四葉一心時，在穴盤底部的托盤中澆入0. 15 mol·L-1NaCl溶液1 000 mL進行鹽脅迫處理，五葉一心時各處理葉面分別噴施濃度為0、25、50、100、200、400 μmol·L-1的褪黑素，共7個處理（表3），每個處理1盤，重復3次。每隔2天進行一次葉面噴施，連續處理2次。待幼苗長至六葉一心且第六片功能葉完全展開后進行指標測定。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 黃心菜種子萌發指標測定

發芽勢（%）=（第2天發芽數／供試種子總數）× 100;發芽率（%）=（第5天發芽數／供試種子總數）×100；相對發芽率（%）=（處理組發芽率／對照組發芽率）×100。

1.3.2 黃心菜幼苗表型指標測定

葉長、葉寬：指幼苗最大真葉的長和寬。株幅：指植株自然生長狀態下的最大寬度。根長：指下胚軸基部至主根尖端的長度。

1.3.3 黃心菜幼苗生理指標測定

具體方法見表4。

1.4 數據處理與分析

使用Microsoft Excel 2019進行數據整理與繪圖，使用SPSS 20.0軟件中的LSD和Duncan's法進行數據多重比較分析，采用Pearson法進行相關分析。

2 結果與分析

2.1 外源褪黑素對鹽脅迫下黃心菜種子萌發的影響

2.1.1 對黃心菜種子發芽勢、發芽率的影響

由表5可知，在0.1 mol·L-1 NaCl脅迫下，黃心菜種子發芽勢和發芽率均受到顯著影響，CK2（鹽脅迫處理）相較于CKI（空白對照）分別下降21 .97%、16.89%。不同濃度褪黑素浸種處理下種子發芽勢和發芽率較CK2均有改善，M10、M20處理發芽勢顯著高于其他處理，而M10與M20無顯著差異，說明低濃度褪黑素處理可提高發芽勢。M10處理種子發芽率顯著高于M20、M40、M80、M160處理，說明M10處理對種子發芽率的促進效果顯著，相較于CK2增加17.89%。

2.1.2 對黃心菜發芽種子胚根和下胚軸生長的影響

由表6可知，在0.1 mol·L-1鹽脅迫下，發芽種子胚根生長受到顯著抑制，相較于CK1（空白對照），CK2（鹽脅迫處理）縮短60. 14%。不同濃度褪黑素浸種處理下胚根長相較于CK2均有增加，其中M10顯著高于其他處理，說明10 μmol·L-1褪黑素濃度處理可顯著增加胚根長，與CK2相比增加101.92%。鹽脅迫處理下幼芽下胚軸伸長也受到顯著抑制，CK2較CKI下降59. 69%。褪黑素浸種處理顯著促進下胚軸伸長，M10處理顯著高于其他處理，相較于CK2增加119. 62%，說明10μmol·L-1褪黑素濃度處理可顯著促進下胚軸伸長。隨褪黑素濃度升高，胚根長和下胚軸長顯著縮短，說明低濃度褪黑素促進幼芽生長，高濃度則抑制生長。

2.1.3 對黃心菜幼芽鮮重的影響

由表6可知，鹽脅迫處理（CK2）顯著降低黃心菜幼芽鮮重，相對于CK1降低38.24%。不同濃度褪黑素浸種處理下幼芽鮮重均增加，M10處理顯著高于其他處理，與CK2相比增加64.29%。這說明10 μmol·L-1褪黑素濃度處理對幼芽鮮重促進效果顯著。

2.2 外源褪黑素對鹽脅迫下黃心菜幼苗表型性狀的影響

2.2.1 對黃心菜幼苗葉長、葉寬及株幅的影響

由表7可知，鹽脅迫下幼苗葉長、葉寬、株幅均顯著下降，CK2（鹽脅迫處理）相較于CK1（空白對照）分別下降24.69%、26. 27%、47. 74%。與CK2相比，葉面噴施不同濃度褪黑素處理幼苗葉長、葉寬、株幅均有增加。M100處理葉長顯著高于其他處理，且之后隨褪黑素濃度升高葉長逐漸縮短，說明100 μmol·L-1褪黑素濃度對葉長促進效果顯著，相較于CK2增加28.43%。M100處理葉寬與其他處理差異顯著，相較于CK2增加32. 95%，說明100 μmol·L-1褪黑素濃度對葉寬促進效果顯著。M100處理株幅顯著高于其他處理，說明100μmol·L-1褪黑素濃度對幼苗株幅具有顯著促進效果，相較于CK2增加78.93%。

2.2.2 對黃心菜幼苗根長的影響

由表7可知，鹽脅迫下幼苗根長顯著縮短，CK2相較于CK1下降18.63%。葉面噴施不同濃度褪黑素后，各處理根長均呈現不同程度的上升趨勢，M50和M100處理顯著高于其他處理，但M50與M100之間差異不顯著，與CK2相比分別增加17. 88%、12.65%。這說明褪黑素濃度為50、100 μmol·L-1時其對根長促進效果顯著。

2.3 外源褪黑素對鹽脅迫下黃心菜幼苗生理指標的影響

2.3.1 對黃心菜幼苗抗氧化酶活性的影響

如圖1所示，受到鹽脅迫后幼苗SOD活性降低，CK2（鹽脅迫處理）相較于CK1（空白對照）降低25.61%。隨外源施加褪黑素濃度增加，SOD活性先升高后降低，不同濃度褪黑素處理均顯著高于CK2。M100處理幼苗SOD活性顯著高于M25、M50、M200、M400處理，較CK2增加37. 36%，M25、M50、M400處理間無顯著差異。說明100μmol·L-1褪黑素濃度對幼苗SOD活性具有較好的提升效果。

由圖1可知，幼苗POD活性隨褪黑素濃度增加呈先升高后下降趨勢。受到鹽脅迫后幼苗POD活性下降，CK2相較于CK1下降21. 66%。M100處理幼苗POD活性顯著高于其他處理，說明褪黑素濃度為100 μmol·L-1時其可顯著提高幼苗POD活性。

2.3.2 對黃心菜幼苗滲透調節物質含量的影響

由圖2可知，鹽脅迫下幼苗脯氨酸含量顯著增加，CK2較CK1增加92. 19%。施加不同濃度外源褪黑素后幼苗脯氨酸含量均增加，其中M100處理增幅最大，與其他處理差異顯著，較CK2增加99 .40%。

如圖2所示，相較于CK1，CK2幼苗可溶性蛋白含量顯著降低，減少41.67%。與CK2相比，施加不同濃度褪黑素顯著提高幼苗可溶性蛋白含量，并隨濃度升高可溶性蛋白含量呈拋物線上升趨勢，M100處理含量最高，顯著高于其他處理。由此可見，葉面噴施100 μmol·L-1褪黑素效果最顯著，可溶性蛋白含量較CK2增加72. 16%，之后隨褪黑素濃度增大含量有所下降，表明高濃度褪黑素對鹽脅迫的緩解效果有所下降。

2.3.3 對黃心菜幼苗MDA含量的影響

由圖3可知，鹽脅迫（CK2）下幼苗MDA含量顯著增加，相較于CK1增加57.43%。外源褪黑素處理下幼苗MDA含量變化趨勢為，隨褪黑素濃度增大先降后升。其中，M50和M100處理減少MDA含量效果顯著，與其他處理差異顯著，相較于CK2分別下降23.04%、31. 12%，之后隨褪黑素濃度增加MDA含量有所上升，但始終低于CK2。這說明高濃度褪黑素處理效果不如低濃度顯著。

2.3.4 對黃心菜幼苗根系活力的影響

由圖4可見，黃心菜幼苗經鹽脅迫后根系活力顯著下降，CK2相較于CKI下降40. 28%。相較于CK2，葉面噴施不同濃度褪黑素后幼苗根系活力顯著上升，M50和M100處理顯著高于其他處理，較CK2分別增加60.85%和63.61%，但兩者間無顯著差異。說明褪黑素濃度為50、100 μmol·L-1時其對根系活力促進效果較好。

2.4 鹽脅迫下褪黑素處理黃心菜幼苗表型性狀和生理指標的相關性分析

由表8可知，黃心菜幼苗葉長與可溶性蛋白含量呈極顯著正相關，與SOD活性、根系活力呈顯著正相關。葉寬與SOD活性、可溶性蛋白含量、根系活力呈極顯著正相關與POD活性呈顯著正相關。株幅與SOD活性、可溶性蛋白含量、根系活力呈極顯著正相關，與POD活性呈顯著正相關。根長與可溶性蛋白含量、根系活力呈顯著相關。幼苗表型性狀均與丙二醛含量呈極顯著負相關。說明幼苗SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量、根系活力對幼苗生長具有正向促進效果，丙二醛含量則對幼苗生長具有負向抑制效果。

3 討論

干燥種子經吸脹作用后，胚細胞中酶活性增強，胚或子葉中的營養物質分解，為細胞分裂生長提供營養。鹽脅迫下種子萌發的多種生理代謝過程受阻，影響植株形態建成。徐署暉以玉米B73自交系種子為材料研究褪黑素對鹽脅迫下種子萌發的影響，發現在0.1 mol·L-1 NaCl脅迫下施加10 μmol·L-1褪黑素可有效緩解鹽脅迫對玉米種子萌發的抑制作用。本試驗結果顯示，在0.1mol·L-lNaCl脅迫下，用濃度為10 μnol·L-1褪黑素浸種處理可顯著緩解鹽脅迫對黃心菜種子萌發的抑制作用，尤其是對幼芽胚根長、下胚軸長和鮮重抑制的緩解效果尤為明顯，與徐署暉的研究結果一致。這可能是由于外源褪黑素具有改變種子內部的ABA、GA等植物激素水平、調控種子萌發過程中能量代謝等生理功能，所以促進種子萌發。本試驗中，高濃度褪黑素抑制種子萌發，可能是由于褪黑素具有與IAA類似的功能和濃度梯度分布，低濃度促進生長而高濃度抑制。

鹽脅迫條件下植物根系吸收水分和營養物質困難，造成根系生長受阻。鹽脅迫下葡萄砧木植株葉面積縮小，葉片萎蔫卷曲，氣孔開度減小。姜瑛等研究表明，干旱脅迫下噴施褪黑素可顯著緩解干旱對玉米根系和地上部生長的影響，提高幼苗地上部和地下部生物量。雷新慧等研究表明，褪黑素可有效緩解鹽脅迫下蕎麥幼苗的生長情況，提高蕎麥抗鹽性。本研究結果表明，黃心菜幼苗受到高濃度鹽脅迫后，葉面噴施褪黑素可顯著緩解其抑制作用，褪黑素濃度為100 μmol·L-1時緩解效果顯著。這可能是由于施加外源褪黑素后增強幼苗抗氧化系統，提高抗氧化酶活性和滲透調節物質含量，調節植物激素水平，減少鹽脅迫對幼苗造成的傷害，在形態上表現為黃心菜幼苗葉面積增大、根部伸長，與脅迫處理相比幼苗生長量顯著增加。

MDA是植物細胞膜系統氧化脅迫后的產物，反映細胞受損程度。SOD、POD具有清除活性氧維持胞內活性氧平衡的作用。本試驗通過對黃心菜幼苗表型性狀和生理指標的相關性分析獲知，幼苗生長狀況與MDA含量和抗氧化酶活性分別呈極顯著負相關和顯著或極顯著正相關。張琦等研究結果顯示，鹽脅迫會造成SOD、POD等抗氧化酶活性降低，活性氧和丙二醛含量增加，施加外源褪黑素后抗氧化酶活性得到增強，活性氧和丙二醛含量降低。本研究結果顯示，0. 15mol·L-1NaCl脅迫會導致黃心菜幼苗植株內MDA含量顯著增加，SOD、POD活性顯著降低，葉面噴施褪黑素后幼苗抗氧化酶活性增加、MDA含量減少，這與張琦等的研究結果一致?？梢姡m宜濃度的褪黑素通過增強黃心菜幼苗抗氧化酶活性，緩解活性氧對細胞質膜的氧化脅迫，從而減少丙二醛含量。

脯氨酸具有極強親水性，可維持細胞膨壓，而可溶性蛋白也可通過水合作用提高細胞保水力。本研究結果表明，0.15 mol·L-1 NaCl脅迫下黃心菜幼苗脯氨酸含量相較于空白對照顯著增加，葉面噴施不同濃度褪黑素處理相較于鹽脅迫處理脯氨酸含量均有不同程度的增加，100μmol·L-1褪黑素處理與CK2差異最顯著。0．15mol·L-1NaCl脅迫下，幼苗可溶性蛋白含量降低，其原因可能是蛋白質生理代謝途徑受阻所致，施加不同濃度褪黑素后可溶性蛋白含量顯著提高，濃度為100μmol·L-1時含量達到峰值。這與李嘉文等的研究結果一致，表明施加外源褪黑素對脯氨酸合成具有增強作用，適宜濃度的褪黑素可顯著增加幼苗體內的脯氨酸、可溶性蛋白等滲透調節物質含量，維持細胞水勢，增強植物的抗逆性。

根系是植物吸收水分和營養物質的營養器官，也是最易感知外界環境脅迫的部位，根系活力與植株的生長狀況呈正相關關系。本研究中，黃心菜幼苗在0. 15 mol·L-1 NaCl脅迫下根系活力受到明顯抑制，施加外源褪黑素后根系活力顯著提高。這與向警等的研究結果一致，說明褪黑素可提高鹽脅迫下黃心菜幼苗根系活力，保證植株正常吸收水分和營養物質，滿足自身生長需求。

綜上，褪黑素通過上調抗氧化酶表達增強植株抗氧化系統，增加脯氨酸等滲透調節物質含量，提高植株抗鹽能力。由相關性分析結果可知，黃心菜幼苗葉長、葉寬、株幅、根長等表型性狀與SOD、POD、可溶性蛋白、根系活力等呈正顯著或極顯著相關，與MDA含量呈極顯著負相關。本試驗中，施加100μmol·L-1褪黑素顯著緩解黃心菜幼苗由鹽脅迫造成的傷害，該處理下黃心菜幼苗SOD、POD活性顯著提高，脯氨酸、可溶性蛋白含量顯著增加，根系活力旺盛，MDA含量顯著降低，與之相對應的是幼苗生物量增幅較大。這說明褪黑素對緩解鹽脅迫對黃心菜幼苗生長的抑制作用效果顯著。

4 結論

綜上看出，施加適宜濃度外源褪黑素可顯著緩解鹽脅迫對黃心菜種子和幼苗的抑制作用。在0．1 mol·L-1NaCl脅迫下，10 μmol·L-1褪黑素浸種可顯著提高黃心菜種子發芽率、發芽種子下胚軸長和胚根長及幼芽鮮重。在0.15 mol·L-1NaCl脅迫下，100 μmol·L-1褪黑素處理可顯著緩解其對幼苗葉長、葉寬、株幅、根長等表型性狀的抑制作用，提高SOD、POD活性，減少MDA含量，增加滲透調節物質含量，防止細胞過度失水。因此可知，鹽脅迫下適宜濃度外源褪黑素處理可提高黃心菜種子萌發及幼苗生長期的抗逆性。

基金項目：河南省科技攻關項目（222102110443）；河南省高等學校重點科研項目（218210009）