NaCl胁迫对甘蓝、白菜和油菜种子萌发的影响

2016-01-17奚天雪李梦琦张景华周安琪高霞莉温洪宇

种子 2016年6期

奚天雪，杨磊，袁玫，李梦琦，张景华，周安琪，高霞莉，温洪宇

（江苏师范大学生命科学学院，江苏徐州221116）

土壤盐渍化是农业生产重要的逆境胁迫因子之一，逐渐成为限制作物生长、影响作物产量的主要因素［1］。我国盐渍土总面积约3 600×104hm2，占全国可利用土壤面积的4.88%［2］。其中，我国耕地中盐渍化的面积达920.9×104hm2，占全国耕地面积的6.62%，且土壤盐碱化和次生盐碱化逐年加重［2－3］。因此，研究作物抗盐性，提高作物耐盐性，是未来农业发展的重要课题之一［4］。

甘蓝、白菜和油菜是中国重要的蔬菜作物。甘蓝作为主要蔬菜作物，在我国各地广泛栽种，到目前为止仍是占据国内市场主导地位的蔬菜品种之一［5］。白菜具有储藏方便，耐久贮的特点，在蔬菜作物中保持较大比重，其种植面积居世界首位，2003年我国白菜播种面积达到269.9×104hm2，占全国蔬菜播种面积的15%［6－7］。苏州青油菜具有早熟丰产、质地鲜嫩、适应性强、较耐寒等优点，全国每年使用的苏州青油菜种子达到50×104kg以上，并大量出口［8－10］。种子萌发期是植物对盐胁迫非常敏感的时期，研究盐胁迫下种子萌发以及对Na＋抗性规律，对提高蔬菜作物耐盐水平和产量都具有重要意义。

非损伤微测技术（NMT）具有非损伤性、操作方便快捷、测量实时动态、长时间多维扫描、不受被测样品的限制、高灵敏度和高分辨率等优点，在植物营养调控、抗逆性等方面离子机制的研究中具有重要作用［11－14］。目前，NMT技术主要集中于植物叶片、根系等构造上［13］，在种子耐盐性方面的研究尚未见报道。

本研究以628甘蓝、青杂中丰白菜、苏州青油菜、茼蒿、上海鸡毛菜种子为实验材料，采用非损伤微测技术，检测NaCl处理下种子外Na＋流速的动态变化，探究不同种子吸收或外排Na＋能力，并对不同NaCl浓度下种子萌发进行研究，探究种子吸收或外排Na＋能力与其耐盐性的关系。

1 材料与方法

1.1 实验材料

628甘蓝、青杂中丰白菜、苏州青油菜、茼蒿、上海鸡毛菜种子均购于江苏省徐州市七里沟农贸市场。

1.2 实验方法

1.2.1 非损伤微测实验

配制 NaCl浓度为10mmol／L的1／4Hoagland测试液。挑选颗粒饱满、质地均匀的628甘蓝、青杂中丰白菜、苏州青油菜、茼蒿、上海鸡毛菜种子，每个种子设置10个重复，用蒸馏水清洗。利用非损伤微测系统进行检测，灌充并校正玻璃微电极，固定电极作为参比电极。将种子置于测试液中固定好。将电极尖端置于距离种子表面10μm处作为远点，在垂直于种子表面方向约30μm处进行两点移动，测量两点电压差。

1.2.2 种子萌发实验（培养皿滤纸法）

挑选颗粒饱满、质地均匀的628甘蓝、青杂中丰白菜、苏州青油菜种子，用3%NaClO消毒10min后用蒸馏水冲洗数遍，并用滤纸吸干种子表面水分。以1／4 Hoagland溶液为基本培养液，配制NaCl浓度分别为0，100，150，200，250，300mmol／L的处理液。在直径9cm的培养皿底部铺2层滤纸，每个培养皿中放入50粒种子，每种种子不同浓度各设置3个重复，并进行编号。向培养皿中注入对应盐浓度的培养液，以浸湿滤纸和种子为宜，不要完全覆盖种子，并使种子均匀分布于培养皿中。将培养皿放入25℃恒温箱中培养，每天定时记录萌发种子数，以胚根露出种皮0.2cm作为种子萌发标准。每2d更换滤纸和培养液，培养至连续2d种子的萌发数不再增加为止。

1.3 数据处理

1.3.1 非损伤微测实验数据处理

离子的流速可以通过Fick’s第一扩散定律计算，计算公式如下：J＝－D·dc／dx。式中，J代表x方向的离子流，D是在特定的介质中离子的扩散常数，dc／dx表示离子浓度梯度［15］。Na＋离子流检测数据处理通过旭月（北京）科技有限公司提供的软件完成，并用Microsoft Excel进行数据分析与作图。

1.3.2 种子萌发实验数据处理

每天记录各处理种子萌发数，计算发芽率、相对发芽率、发芽指数和发芽势，并找出耐盐半致死浓度［16－19］。采用 Microsoft Excel进行数据分析与作图。其中，耐盐半致死浓度是指相对发芽率达到50%时所对应的盐浓度；发芽率（%）＝发芽结束时发芽种子数／供试种子数×100%；相对发芽率（%）＝处理发芽率／对照发芽率×100%；发芽指数（GI）＝∑（Gt／Dt），式中，Gt为发芽数，Dt为相应的发芽天数；发芽势（%）＝前3d发芽种子数／供试种子数×100%。

2 结果与分析

2.1 NaCl处理对种子吸收或外排Na＋的影响

在10mmol／L NaCl溶液处理下，甘蓝和茼蒿种子外Na＋平均流速为正值，表明甘蓝和茼蒿种子附近Na＋外流，即甘蓝和茼蒿种子在10mmol／L NaCl溶液下排出Na＋（图1）。其中，甘蓝种子附近Na＋平均流速为0.009 21pmol／（cm2·s），茼蒿种子为0.000 65 pmol／（cm2·s），说明排出 Na＋的效果：甘蓝种子＞茼蒿种子。在10mmol／L NaCl溶液处理下，白菜、油菜和鸡毛菜种子外Na＋平均流速为负值，表明白菜、油菜和鸡毛菜种子附近Na＋内流，即白菜、油菜和鸡毛菜种子在10mmol／L NaCl溶液下吸收 Na＋（图1）。其中，白菜附近Na＋平均流速分别为－0.033 19pmol／（cm2·s），油菜为－0.014 69pmol／（cm2·s），鸡毛菜为－0.002 79pmol／（cm2·s）（表1），说明吸收 Na＋的效果：白菜种子＞油菜种子＞鸡毛菜种子。

图1 10mmol／L NaCl处理下甘蓝、茼蒿、白菜、油菜和鸡毛菜种子外Na＋的平均流速

结果表明，不同种子对Na＋抗性不同。在10 mmol／L NaCl溶液处理下，甘蓝和茼蒿种子排出Na＋，而白菜、油菜和鸡毛菜种子吸收Na＋。其中，甘蓝、白菜和油菜种子对Na＋吸收或外排的效果明显。因此，选择甘蓝、白菜和油菜种子进行不同NaCl浓度下种子萌发实验，探究这3种种子的耐盐性。

2.2 不同浓度的NaCl对种子萌发的影响

盐胁迫对甘蓝、白菜和油菜种子的萌发都有明显的抑制作用。当NaCl浓度为0mmol／L时，3种种子的发芽率、相对发芽率、发芽势和发芽指数差别不大，但随着NaCl浓度的增加，这些发芽指标都呈明显下降趋势（表1，表2）。当NaCl浓度达到300mmol／L时，甘蓝、白菜和油菜种子的发芽率分别为37.33%、14.67%和 10.00%，相对发芽率分别为 50.45%、20.00%和13.16%（表1）；甘蓝、白菜和油菜种子的发芽率下降率分别为49.55%、79.99%和86.84%，相对发芽率下降率分别为49.55%、80.00% 和 86.84%（表2）。

以NaCl浓度为横坐标，以相对发芽率为纵坐标，得甘蓝和白菜回归方程分别为：y＝－0.161 x＋102.121，y＝－0.223 x＋103.896。将50%带入方程（即y等于50），求得甘蓝和白菜耐盐半致死浓度分别为：323.73mmol／L和241.68mmol／L。油菜耐盐半致死浓度为200mmol／L（表2）。所以，耐盐半致死浓度大小顺序为：甘蓝种子＞白菜种子＞油菜种子。

结果表明，甘蓝种子的耐盐性最强，其次是白菜种子，油菜种子的耐盐性最差。

表1 NaCl胁迫对不同种子萌发的影响

表2 NaCl胁迫下不同种子萌发指标的下降率（%）

3 讨论

高盐胁迫对种子萌发具有显著的抑制作用，在高盐胁迫下，种子发芽率等指标显著降低，种子萌发受到严重抑制。这是因为高盐胁迫下，大量Na＋流入细胞，致使细胞膜电位发生去极化过程，使包括K＋、H＋和Ca＋在内的大量阳离子外流，从而导致细胞膜内外道南平衡被打破。K＋的严重缺失会导致植物抗寒性和抗旱性等耐受性下降，叶色变黄，植物易倒伏并逐渐坏死，而H＋和Ca＋缺失将导致细胞胞浆生化反应紊乱，细胞分化发育终止［20］。同时，离子含量的变化也会导致细胞渗透势调节能力大大降低，细胞内水分大量外流，种子吸水困难，从而造成细胞内水分亏缺，抑制种子萌发［21－23］。

自然进化过程中，不同植物形成了不同的耐盐机制，包括降低Na＋的吸收、增加Na＋的外排和Na＋在细胞内区隔化等，如甜土植物拟南芥利用SOS1等家族蛋白置换体内过多的Na＋，调节细胞K＋／Na＋平衡［24］，而植物体内K＋／Na＋平衡是植物耐受盐胁迫的主要机制［25－26］；大洋洲滨藜和四翅滨藜能够通过区隔化的方式消除Na＋毒害［26］。本实验利用非损伤微测技术检测10mmol／L NaCl溶液处理下种子外Na＋的平均流速，发现甘蓝外排Na＋，而白菜和油菜吸收Na＋，通过不同NaCl浓度下种子的萌发实验，表明甘蓝种子的耐盐性明显高于白菜和油菜种子，进一步说明植物可以通过增加Na＋的外排减弱Na＋对种子的毒害作用［26］。

［1］金美芳，朱晓清.NaCl胁迫对油菜种子萌发和幼苗生长的影响［J］.种子，2009，28（9）：76－79.

［2］杨劲松.中国盐渍土研究的发展历程与展望［J］.土壤学报，2008，45（5）：837－845.

［3］周和平，张立新，禹锋，等.我国盐碱地改良技术综述及展望［J］.现代农业科技，2007（11）：159－164.

［4］刘念，范其新，蒙大庆，等.盐胁迫对高芥酸、双低油菜品种种子萌发及幼苗生长的影响［J］.四川农业大学学报，2011，29（4）：457－459.

［5］杨丽梅，方智远，刘玉梅，等.“十一五”我国甘蓝遗传育种研究进展［J］.中国蔬菜，2011（2）：1－10.

［6］崔辉梅，陈曾.盐胁迫对白菜种子萌发和幼苗生长的影响［J］.安徽农业科学，2006，34（18）：4 680－4 682.

［7］张凤兰，徐家炳.我国白菜育种研究进展［J］.中国蔬菜，2005（10／11）：1－3.

［8］王国灿.秋季苏州青高产高效栽培技术［J］.上海蔬菜，2010（6）：29－30.

［9］郑贤利，程品晶，张泊丽，等.γ辐射对苏州青种子萌发率及生长的影响［J］.安徽农业科学，2011，39（29）：17 845－17 846.

［10］杨利玲.氮、磷、钾失调对“苏州青”青菜生长的影响［J］.北方园艺，2009（10）：71－73.

［11］丁亚男，许越.非损伤微测技术及其在生物医学研究中的应用［J］.物理，2007（7）：548－558.

［12］应莉萍，上官宇，许越.非损伤性扫描离子选择电极技术及其在高等植物研究中的应用［J］.自然科学进展，2006，16（3）：262－266.