外源水楊酸對高溫脅迫下多年生黑麥草種子萌發的影響

摘要：為緩解高溫對種子萌發造成的影響，本試驗以多年生黑麥草（Lolium perenne"L.）品種‘紳士’（‘Esquire’）為供試品種，設置兩個溫度梯度（20℃和35℃），研究不同濃度外源水楊酸（0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 mmol·L^-1）處理對多年生黑麥草種子在高溫脅迫下的萌發情況及其幼苗的生長和生理變化的影響。結果表明，在35℃高溫脅迫下，多年生黑麥草種子的發芽率、發芽勢和發芽指數較20℃顯著降低，其幼苗的根長和芽長也在高溫脅迫下受到顯著抑制。外源添加水楊酸可顯著提高高溫下多年生黑麥草種子的發芽力，同時減輕高溫脅迫對多年生黑麥草幼苗損害，減少幼苗丙二醛積累，提高抗氧化酶活性。在高溫條件下，當水楊酸濃度為2.0 mmol·L^-1時能顯著提高多年生黑麥草種子發芽力及幼苗的耐熱性，顯著減緩了高溫脅迫對多年生黑麥草種子的傷害，提高其在高溫脅迫下的發芽能力。

關鍵詞：水楊酸；高溫脅迫；多年生黑麥草；種子萌發

中圖分類號：S543.6 """""""文獻標識碼：A """""""文章編號：1007-0435（2025）03-0968-07

Effects of Exogenous Salicylic Acid on Seed Germination of Perennial Ryegrass under High Temperature Stress

YAN San-bo，"CAI Jia-bang，"WANG Yang，"ZHANG Xin-quan，"NIE Gang^*

（College of Grassland Science and Technology，Sichuan Agricultural University，"Chengdu，"Sichuan Province 611130，"China）

Abstract：To alleviate the effect of high temperature on seed germination with exogenous salicylic acid，"the perennial ryegrass （Lolium perenne"L.）"variety ‘Esquire’was used as the test variety. Two temperature gradients （20℃ and 35℃）"were set up to study the germination of perennial ryegrass seeds treated with different concentrations of exogenous salicylic acid （0.5，"1.0，"1.5，"2.0，"2.5，"3.0，"3.5 mmol·L^-1）"under high temperature stress and the growth and physiological changes of seedlings were monitored. The results showed that the germination rate，"germination potential and germination index of perennial ryegrass seeds at 35°C were significantly lower than those at 20℃，"and the root length and shoot length of perennial ryegrass seedlings were also significantly inhibited under high temperature stress. Exogenous addition of salicylic acid significantly improved the germination ability of perennial ryegrass seeds under high temperature，"reduced the damage of perennial ryegrass seedlings under high temperature stress and the accumulation of malondialdehyde in seedlings，"and increased the activity of antioxidant enzymes. Under high temperature conditions，"when the concentration of salicylic acid was 2.0 mmol·L^-1，"it could significantly improve the germination ability of perennial ryegrass seeds and the heat resistance of seedlings. It could significantly alleviate the damage of high temperature stress to perennial ryegrass seeds and improve their germination ability under high temperature stress.

Key words：Salicylic acid；High temperature stress；Perennial ryegrass；Seed germination

近年來，隨著全球變暖加劇，高溫已對植物種子的萌發以及根系的生長等產生不利影響，進而抑制植物的生長發育。種子是植物的重要延存器官，種子活力的保持和萌發決定著整個植物種群的繁衍和生存，并對其產量有著直接的影響^［1］。高溫會使植物種子保持在休眠狀態，對種子的萌發有抑制作用^［2-4］。植物激素是植物體內產生的一些微量而能調節（促進、抑制）自身生理過程的有機化合物，廣泛應用在作物生產及植物抗逆等方面^［5］。水楊酸（Salicylic acid，"SA）是一種廣泛存在于植物體內的小分子酚類化合物，可降低植物細胞膜的滲透率，提高植物抗氧化酶和非酶類抗氧化系統的活性，從而減少活性氧和自由基數量，緩解細胞膜的損傷，提高種子的發芽率。因此，水楊酸常用于提高植物耐鹽、耐旱和耐熱等抗逆性^［6-8］。在繡球（Hydrangea macrophylla"（Thunb.））中，水楊酸能在高溫環境下抑制光合色素的分解、降低細胞膜透性、提升活性氧代謝能力及滲透調節物質含量，從而緩解高溫對繡球植株造成的傷害，提高耐熱性^［9］。此外，水楊酸還可以有效促進鹽脅迫下紅三葉（Trifolium pratense）、高加索三葉草（Trifolium ambiguum）種子以及神香草（Hyssopus officinalis）種子的萌發^［10-11］。

多年生黑麥草（Lolium perenne L.）是一種營養品質高的冷季型牧草，廣泛種植于溫帶地區，其具有分蘗多、生長快、繁殖力強、牧草品質高、營養豐富等特點，在草地畜牧業發展過程中發揮著重要的作用^［12］。然而，隨著全球變暖所導致的氣溫升高，多年生黑麥草種子的發芽特性受到嚴重影響，高溫脅迫已成為限制多年生黑麥草利用的主要環境因素之一^［13］。為緩解高溫脅迫對多年生黑麥草生長的影響，常通過篩選耐熱多年生黑麥草種質或外源施加植物激素等方法來提高多年生黑麥草的耐熱性^［14］。此外，全球變暖導致的極端天氣的頻發^［15］，在多年生黑麥草播種時節常出現突然升溫的情況，嚴重影響多年生黑麥草的發芽和出苗。所以，提高多年生黑麥草在高溫脅迫下種子活力十分重要。

因此，本試驗以多年生黑麥草‘紳士’為供試材料，探究不同濃度水楊酸處理后多年生黑麥草種子在高溫脅迫下的發芽特性以及其幼苗在高溫脅迫后的生理特性，以期篩選出高溫脅迫下減少種子劣變，提高多年生黑麥草種子活力的最適水楊酸濃度，為今后在實際生產中促進高溫下多年生黑麥草種子萌發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗以商業主推多年生黑麥草‘紳士’（‘Esquire’）品種為供試材料，種子于4℃冷藏保存，由丹農種子公司提供。

1.2 試驗設計

隨機選取若干‘紳士’多年生黑麥草種子，先用75%的乙醇浸泡10 min，再用蒸餾水沖洗多次。以蒸餾水處理作為對照組（CK），參照梁佳等^［16］設置水楊酸濃度分別為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 mmol·L^-1，浸泡多年生黑麥草種子24 h左右，然后用蒸餾水沖洗并擦干種子表面水分，隨后在直徑為90 mm培養皿中鋪設雙層濾紙，按照中華人民共和國草種子檢驗規程標準^［17］，從對照組和施加不同濃度水楊酸的處理組中分別挑出50粒健康種子有序擺放于培養皿中，每個處理設置5個重復，加入適量的蒸餾水濕潤濾紙。設置培養溫度為20℃和35℃，24 h恒定溫度處理，光照/黑暗時間為12 h/12 h，光照強度為2000 lx。每個處理設置3次重復，于恒溫光照培養箱中恒溫培養14天，發芽期間每天檢查培養箱中溫度、水分和通氣狀況，從第5天開始記錄發芽數，直至第14天結束。

1.3 指標測定

1.3.1 發芽指標測定 在處理期間從第5天起每日統計多年生黑麥草種子的發芽數，直至第14天停止統計，種子發芽率、發芽勢及發芽指數計算公式如下：

發芽率=（正常發芽粒數/供試種子總粒數）×100%；

發芽勢=（第6天正常發芽粒數）/（供試種子總粒數）×100%；

發芽指數=∑（G_t/D_t）。

式中：G_t指t時間內的發芽粒數，D_t指相應的發芽日數。

1.3.2 幼苗指標測定

（1）"生長指標測定：

于發芽實驗開始后第14天，從每個重復中隨機挑選出15株幼苗，用直尺測定其根長和幼苗長并記錄。

（2）"生理指標測定：

采用氮藍四唑光化還原法^［18］測定超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，"SOD）活性，采用愈創木酚法^［18］測定過氧化物（Peroxidase，"POD）活性，采用過氧化氫氧化法^［19］測定過氧化氫酶（Catalase，"CAT）活性，采用程玉靜等^［20］的方法測定抗壞血酸過氧化物酶（Ascorbate peroxidase，"APX）的活性，采用硫代巴比妥酸比色法^［21］測定丙二醛（Malonaldehyde，"MDA）含量，采用考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量^［19］。

1.3.3 數據分析 使用SPSS 27.0軟件對試驗數據進行計算分析，使用Microsoft Excel 2021記錄數據并繪制圖表。各指標的隸屬函數值：

當指標與植物耐受性正相關時：

U（X_i）=（X_i-X_min）/（X_max-X_min）；

當指標與植物耐受性負相關時：

U（X_i）=1-（X_i-X_min）/（X_max-X_min）。

式中：X_max與X_min為某一指標的最小值與最大值；X_i為某一指標的測定值；U（X_i）為各個指標的隸屬值，與耐受值呈正相關關系^［22］。

平均隸屬值：

X=。

2 結果與分析

2.1 不同濃度水楊酸對高溫下多年生黑麥草種子發芽特性的影響

在35℃的處理下，多年生黑麥草種子的發芽率、發芽勢和發芽指數較20℃處理下分別降低了80.51%，99.01%和92.67%（圖1）。當處理溫度為35℃時，低濃度水楊酸（0.5～1.0 mmol·L^-1）處理后的多年生黑麥草種子的發芽率、發芽勢與對照組（CK）相比并沒有顯著變化，在較高濃度水楊酸（1.5～3.0 mmol·L^-1）的處理下，其發芽率、發芽勢及發芽指數較對照組顯著提高（Plt;0.05），且在2.0 mmol·L^-1水楊酸處理下，發芽率、發芽勢、發芽指數均達到峰值，較對照組分別提高了184.78%，2500.00%，472.76%。

2.2 不同濃度水楊酸對高溫下多年生黑麥草幼苗特性的影響

在高溫脅迫下，多年生黑麥草種子幼苗的生長速度相較于正常溫度下較為遲緩。此外，高溫脅迫下，多年生黑麥草的根長相較于正常溫度下縮短了95.09%，說明幼苗和幼根的生長在高溫脅迫下受到嚴重的抑制作用。在高溫下，當水楊酸濃度達到1.5 mmol·L^-1時，多年生黑麥草的根長和芽長較對照組有顯著的提高（Plt;0.05）（表1），當水楊酸濃度達到3.0 mmol·L^-1時，其芽長根長達到峰值，相較于對照組分別提高了126.05%和104.42%。綜上所述，高溫可使多年生黑麥草幼苗的生長發育受到嚴重的抑制，而水楊酸可以緩解高溫對幼苗生長的抑制作用，提高幼苗抵御高溫脅迫的能力。

2.3 不同濃度水楊酸對高溫下多年生黑麥草幼苗生理特性的影響

在高溫脅迫下，多年生黑麥草幼苗中MDA含量相較于正常溫度下提高了32.66%（圖1），這表明高溫使幼苗中丙二醛含量上升，增加了膜脂過氧化的程度。在高溫下，經水楊酸處理后幼苗體內MDA含量隨水楊酸濃度的升高，呈現先降低后升高的趨勢，但整體而言經水楊酸處理后，幼苗體內MDA含量都顯著低于CK（Plt;0.05），這說明水楊酸可以降低幼苗在高溫脅迫下所積累的MDA含量，減少細胞受高溫脅迫所造成的損傷。當水楊酸濃度為1.0 mmol·L^-1時，幼苗體內MDA的含量較未處理時下降了34.88%，此時水楊酸緩解細胞損傷的效果最為明顯。

在35℃的處理溫度下，多年生黑麥草幼苗體內APX、CAT的活性較20℃處理溫度下分別提高了72.10%和48.12%，而SOD和POD的活性分別降低了36.48%和67.03%。在常溫下經水楊酸處理后，多年生黑麥草幼苗體內四種酶的活性在水楊酸濃度為1.5 mmol·L^-1時均達到最高。高溫脅迫下，當水楊酸濃度為1.0 mmol·L^-1時，CAT和POD的活性達到峰值，較對照組分別提高了71.70%和79.43%；當水楊酸濃度為2.0 mmol·L^-1時，APX和SOD的活性達到峰值，較對照組分別提高了34.25%和50.19%。但當水楊酸濃度過高時，四種酶的活性均開始下降。

2.4 不同濃度水楊酸對多年生黑麥草種子發芽指標及幼苗生理指標影響的隸屬函數分析

利用隸屬函數法對35℃下不同濃度水楊酸處理后的多年生黑麥草的發芽率、發芽勢、發芽指數、根長、芽長、MDA、APX、SOD、CAT、POD進行綜合評價，以每個濃度影響下的各項多年生黑麥草種子及幼苗的相關指標隸屬值的平均值作為水楊酸影響效果評價的綜合標準，平均值與水楊酸影響效果呈正相關關系，即該值越大則水楊酸對多年生黑麥草的影響效果越強。35℃下，不同濃度水楊酸的平均隸屬值分別為0.069，0.229，0.496，0.820，0.868，0.583，0.525，0.269，表明8個不同濃度的水楊酸對多年生黑麥草種子萌發相關指標影響的排序為2.0 mmol·L^-1gt;1.5 mmol·L^-1gt;2.5 mmol·L^-1gt;3.0 mmol·L^-1gt;1.0 mmol·L^-1gt;3.5 mmol·L^-1gt;0.5 mmol·L^-1gt;CK（表2）。綜合分析可知，高溫脅迫下2.0 mmol·L^-1的水楊酸對多年生黑麥草種子萌發的相關指標影響最大，該濃度下，多年生黑麥草種子的發芽率、發芽勢和發芽指數較對照組分別提高了184.78%，2500.00%，472.76%，其APX和SOD的活性分別提高了34.25%和50.19%，即2.0 mmol·L^-1的水楊酸可有效提高多年生黑麥草種子及幼苗的耐熱性。

3 討論

高溫會影響種子內部的生理代謝活動，如改變酶的活性、改變種子的吸水、呼吸及代謝作用，甚至產生有毒有害物質，影響種子萌發與幼苗生長^［23-24］。田曉嵐等^［25］對一年生早熟禾（Poa annua）研究中，不同地區的一年生早熟禾種子均有各自適宜的萌發溫度，隨著溫度的上升，其發芽率、發芽勢、胚根長和活力指數等均呈先增大后減小趨勢。此外，隨著溫度的升高，白三葉（Trifolium repens）的發芽指數、發芽率等均開始下降，當溫度達到40℃時，白三葉種子便不再萌發^［3］。高溫會加劇種子的老化，使其發芽率大幅的降低。水稻種子在經過高溫處理后會迅速老化，其內部膜系統受到破壞，脂質過氧化加劇，MDA含量增加，CAT含量降低^［26］。APX為氧化還原信號系統中調節細胞水平過氧化氫的一種抗氧化酶，與SOD，POD等共同作用保證細胞膜的完整性，從而維持細胞內生理生化功能的穩定^［27-29］。在本試驗中，高溫脅迫顯著抑制了多年生黑麥草種子的萌發，其發芽勢、發芽率以及發芽指數較對照組分別降低了80.51%，99.01%，92.67%，幼苗的根長芽長較對照組也顯著降低。隨著溫度的增加，幼苗中MDA，APX的含量上升，SOD，CAT及POD的含量顯著下降，表明高溫脅迫不僅造成幼苗中MDA的大量積累，同時也影響了三種抗氧化酶活性，致使高溫下種子和幼苗產生的自由基無法及時消除，顯著抑制了種子的萌發以及幼苗的生長。

水楊酸是一種信號調節因子，能夠參與植物的各種脅迫響應，同時可激活植物的抗氧化系統來抵御逆境脅迫所造成的氧化損傷，從而促進種子的萌發^［30］。研究表明，水楊酸的施入，可顯著提高高溫脅迫下菜豆（Phaseolus vulgaris）發芽率、發芽勢、發芽指數及可溶性蛋白等含量，0.01 mmol·L^-1的水楊酸即可提高菜豆種子的耐熱性，緩解高溫脅迫給菜豆種子造成的氧化損壞^［31］。本試驗表明，外源施加水楊酸對多年生黑麥草種子進行處理后，其種子在高溫脅迫下的發芽率、發芽勢、發芽指數均顯著高于對照組處理，幼苗生長的各項指標也顯著高于對照組。當水楊酸濃度為2.0 mmol·L^-1時，其抵御熱脅迫的效果最佳。此外，當多年生黑麥草處于高溫脅迫下時，幼苗MDA含量相比于對照組顯著提高，添加適量水楊酸后，其MDA的含量顯著下降，這表明水楊酸的施入能顯著減少多年生黑麥草幼苗體內MDA的積累。同時，經水楊酸處理后，幼苗中APX活性及三種抗氧化酶（CAT，SOD，POD）的活性顯著提高，但濃度過高則會影響多年生黑麥草幼苗體內抗氧化酶的活性。

4 結論

經水楊酸處理后，高溫下多年生黑麥草種子的發芽率、發芽勢等均顯著地提高，即水楊酸可以提高高溫脅迫下多年生黑麥草種子的生活力，此時幼苗中MDA的含量顯著降低，而CAT，SOD和POD的含量均顯著上升，即水楊酸的施入緩解了高溫對多年生黑麥草幼苗細胞所造成的損傷，增強了其幼苗的抗氧化能力，增強了植株的耐熱性。綜上，外源添加水楊酸能夠有效緩解高溫脅迫對多年生黑麥草種子及幼苗造成的影響，且水楊酸最適濃度為2.0 mmol·L^-1。

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（責任編輯""付宸）

引用格式：閆三博， 蔡家邦， 汪陽，"等.外源水楊酸對高溫脅迫下多年生黑麥草種子萌發的影響[J].草地學報，2025，33（3）：968-974

Citation：YAN San-bo， CAI Jia-bang， WANG Yang， et al.Effects of Exogenous Salicylic Acid on Seed Germination of Perennial Ryegrass under High Temperature Stress[J].Acta Agrestia Sinica，2025，33（3）：968-974

基金項目：國家自然科學基金（U23A20218）；國家現代牧草產業技術體系（CARS-34）；四川省科技廳國際合作項目（2022YFH0060）資助

作者簡介：閆三博（2001-），男，漢族，河南鶴壁人，碩士研究生，主要從事草種質資源創新與育種研究，E-mail：bobobo240801@163.com；"*通信作者Author for correspondence，"E-mail：nieg17@sicau.edu.cn