蓖麻种子萌发与幼苗生长对盐胁迫的生理响应

王 亚，杨俊芳，王 宙，曹 越，张宏斌，王宏伟

（山西省农业科学院经济作物研究所，山西太原030031）

盐胁迫是危害当今全球农业区域的非生物因素之一，对植物生长和农作物产量有显著影响[1]。我国耕地盐碱化面积超过760 万hm2，占总耕地的1/5，主要分布在东北、华北、西北等地。土壤盐碱化已经成为当今世界一个棘手的生态难题，威胁着人类有限且赖以生存的土地资源[2]。盐胁迫对种子萌发、胚根生长以及幼苗生长有明显抑制作用，在高盐浓度胁迫下，土壤水势降低，种子吸水能力下降，根系生长缓慢，萌发时间推迟，发芽率降低[3]。在盐碱地上种植的作物应当具备耐盐碱、经济价值较高的优势。蓖麻（Ricinus communis L.）作为世界十大油料作物之一，是具有特殊用途的油源植物之一，因其具有独一无二的化学特性，广泛应用于航空、航天、医药、化工等领域，具有很高的经济利用价值。蓖麻具有耐干旱、耐瘠薄、耐盐碱、管理简单等特点，可在盐碱地、滩涂地等地种植，与稻麦棉等一些大作物相比，蓖麻具有较强的耐盐能力，但高浓度盐胁迫下蓖麻种子的萌发、幼苗生长受到抑制[4]。植物幼苗期耐盐性是筛选耐盐碱植物的主要依据之一，植株能否从幼苗期顺利度过成熟期，是植物在盐碱条件下生长发育的前提[5-6]，因此，研究盐分胁迫下幼苗的生长具有重要意义。

本试验通过研究不同浓度盐分胁迫对汾蓖10 号种子萌发、根长及幼苗生理活性的影响，旨在为盐碱地种植蓖麻提供理论支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试蓖麻品种为汾蓖10 号，是山西省农业科学院经济作物研究所以雌性系04MF-36-16 为母本、恢复系04S9-31 为父本选育的杂交种，2011 年通过山西省农作物品种委员会审定。该品种表现为抗病、抗旱、早熟、丰产性好等特点，适宜在山西、陕西、吉林、甘肃、新疆、内蒙等省（区）无霜期120 d以上区域种植。

1.2 试验方法

1.2.1 种子萌发试验 试验采用NaCl 单盐胁迫，将NaCl 设0，40，80，120，160，200 mmol/L 共6 个浓度梯度，每个处理设3 次重复。选取籽粒饱满、大小一致的蓖麻种子，将种子放在装有蛭石的培养皿中，每皿20 粒，依次加入50 mL 水（CK）或不同浓度的NaCl 溶液放入培养箱中25 ℃光照培养，并用保鲜膜将培养皿盖住，以防水分散失过快。待种子萌发7 d 时，随机选取5 株测其根长，种子萌发第10 天，计算萌发率，并测其根长。

萌发率＝发芽终止期全部正常发芽的种子数/供试种子数×100% （1）

1.2.2 幼苗生长试验 将等量育苗基质装入花盆中，每盆10 粒种子，正常水肥管理，待植株子叶完全展开后，每盆留长势基本一致的幼苗3 株，进行盐胁迫处理，每个处理各3 盆，即每盆加入各处理浓度（0，40，80，120，160，200 mmol/L）的NaCl 溶液200 mL，盐胁迫20 d 后，取植株相同部位叶片（从顶芽往下数第2 片）测其MDA 含量及SOD、POD、CAT 活性，重复3 次。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2007 和SPSS 24.0 软件对数据进行分析，用Duncan 新复极差法进行均值差异性分析（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同NaCl 胁迫浓度对汾蓖10 号种子萌发的影响

从图1 可以看出，随着NaCl 浓度的增加，种子的萌发率呈下降趋势，幼苗的生长受到一定抑制。在低盐浓度下，种子播种2～3 d 后开始萌动，种子的萌发率与对照差异不显著。浓度为0～80 mmol/L时，萌发率与对照间差异不显著，低浓度盐对种子萌发影响较小；浓度为120 mmol/L 时萌发率降为75%；当浓度大于120 mmol/L 萌发率迅速下降，与对照差异显著。当浓度为200 mmol/L 时，萌发率降到8.3%，仅有少数的种子萌发，表明蓖麻种子有较强的耐盐性。此外，随着NaCl 浓度的升高，种子萌发时间推迟，萌发率逐渐降低，浓度越大抑制作用越显著。

2.2 不同NaCl 胁迫浓度对汾蓖10 号幼苗根长的影响

从图2 可以看出，不同浓度NaCl 下蓖麻种子根长均小于对照，且差异显著。在盐分处理7 d 时，对照胚根长度为10.86 cm，明显高于其他处理，40，80 mmol/L 处理与其他4 个处理间均有显著差异，二者之间差异不显著。当NaCl 浓度为200 mmol/L时，明显抑制了胚根的生长，胚根长度与其他处理的差异达显著水平。在盐分处理10 d 时，浓度为0～80 mmol/L 植株生长相对较快，根系生长快，与对照之间没有显著性差异。当NaCl 浓度大于160 mmol/L 时，根长明显受到抑制，生长缓慢，甚至腐烂死亡。

2.3 盐胁迫对汾蓖10 号幼苗保护酶系统的影响

2.3.1 盐胁迫对汾蓖10 号MDA 含量的影响 丙二醛（MDA）是膜脂过氧化最重要的产物之一，其含量可体现膜系统受损伤的程度。植物在盐胁迫下，生物膜系统受损，脂质过氧化速度加快，MDA 含量增加。因此，通过测定MDA 含量可以反映植物膜系统损伤情况[7]。由表1 可知，随着盐浓度的增加，叶片MDA 含量不断增加，当浓度为40 mmol/L 时，MDA含量增加幅度不大，与对照间没有显著差异；当浓度≥80 mmol/L 时，MDA 含量显著增加，与对照间差异显著。当NaCl 浓度为120 mmol/L 时，MDA 含量比对照增加了60%，当NaCl 浓度达到200 mmol/L时，MDA 含量与对照相比增加了87%，说明盐浓度 过高加剧了蓖麻细胞膜的损伤程度。

表1 盐胁迫对汾蓖10 号幼苗MDA 含量及SOD、CAT、POD 活性的影响

2.3.2 盐胁迫对汾蓖10 号SOD 活性的影响 SOD作为重要的保护酶，可以有效清除植物受到逆境胁迫产生的过量活性氧，降低逆境胁迫对植物的伤害[8-9]。从表1 可以看出，不同浓度盐处理对汾蓖10 号幼苗SOD 活性有显著影响。在低盐浓度下，SOD 活性增加，当浓度为0～160 mmol/L 时，SOD 活性呈上升趋势；浓度为160 mmol/L 时，SOD 活性最高，为2 907.0 U/g，比对照增加了58.9%，与其他处理间差异显著；当浓度大于160 mmol/L 时，SOD 活性下降，总体呈现先升后降的趋势。SOD 活性的增加有利于清除盐胁迫导致的自由基积累，保护自身的细胞膜系统，但随着浓度的增加，SOD 活性降低，自由基清除能力下降，植物的代谢平衡被打破[10]。

2.3.3 盐胁迫对汾蓖10 号CAT 活性的影响 CAT主要分布在过氧化氢酶体中，可将高浓度的H2O2及时清除，减轻质膜过氧化，增强植物抗逆性[11]。由表1 可知，随盐浓度增加，CAT 活性呈先上升后下降的趋势，当盐浓度为40 mmol/L 时，CAT 活性缓慢增加，与对照差间异不显著；当盐浓度为80 mmol/L时，CAT 活性迅速增加；浓度为120 mmol/L 时，CAT活性达到峰值，为2 767.3 U/g，比对照增加了59.8%，显著高于对照；当浓度大于120 mmol/L 时，CAT 活性呈下降趋势，但仍显著高于对照。

2.3.4 盐胁迫对汾蓖10 号POD 活性的影响 POD是植物内源自由基清除剂，逆境中植物过氧化物酶活性增强或保持较高水平，可使植物减轻自由基伤害[12]。由表1 可知，当浓度为40 mmol/L，POD 活性略高于对照，但差异不显著；当浓度为0～120 mmol/L时，POD 活性呈缓慢上升趋势；当浓度为120 mmol/L时，POD 活性最大，与对照相比增加了28%，且与其他处理间差异显著；当浓度大于120 mmol/L 时，POD 活性迅速下降，总体呈现先上升后下降的趋势。说明NaCl 胁迫影响了POD 活性，当浓度超过植物耐受阈值时，自身的防御系统被破坏，导致酶活性降低。

3 结论与讨论

盐分胁迫通过降低土壤水势，使种子吸水困难，导致生理干旱，进而影响种子萌发[12-13]。有研究表明，盐胁迫造成种子萌发率和出苗率降低主要是由于种子受到水分亏缺和Na+和Cl-毒害[6]影响。翟富燕等[14]研究发现，高浓度盐分（100 mmol/L NaCl）胁迫对蓖麻种子萌发有明显的抑制作用，表现为萌发率降低，初始萌发时间推迟，延长发芽时间，抑制芽的伸长和长粗。蓖麻在盐胁迫下萌发受到抑制，低浓度NaCl 处理下的种子初始萌发时间早，随着NaCl 浓度的提高，对种子萌发抑制性增强，且萌发时间逐渐推迟[15]。本研究表明，盐胁迫对汾蓖10 号种子萌发和根长具有明显的抑制作用，随着浓度的增加，种子的萌发率有显著差异，低盐浓度下种子萌发受到的影响较小，说明汾蓖10 号在低浓度盐分（80 mmol/L NaCl）胁迫下能正常发挥自身耐盐能力，能够较正常萌发及生长发育；当浓度高于120 mmol/L时，植株表现为萌发时间推迟，萌发率降低，植株生长缓慢、弱小，叶片呈深绿色，盐分越高抑制作用越显著，说明高浓度盐胁迫影响了作物的光合作用，使植株叶片叶绿素含量降低，这与王瑞等[15]、王艳树等[16]的结果一致。

丙二醛是膜脂过氧化的最终产物，丙二醛含量升高主要由活性氧的增加引起的[17]，一定程度上反映了植物遭受逆境伤害的程度。在本试验中，不同浓度NaCl 对汾蓖10 号幼苗MDA 含量有显著影响，在低盐条件下，对汾蓖10 号各项指标影响不明显，随着盐浓度的增加，MDA 含量升高，说明在高浓度NaCl 胁迫下，蓖麻叶片的活性氧增加，加剧了细胞膜质的过氧化，这一结果与宋旭东[17]的研究结果一致。

正常情况下，植物通过体内的ROS（活性氧）清除系统来减轻和修复活性氧所带来的伤害[18]。低浓度盐胁迫不会对植物造成明显伤害，当植物体内的ROS 超过一定范围，植物体内的抗氧化酶活性受到抑制，ROS 过多积累对植物组织造成了一定的伤害[19]，严重的造成植株萎蔫死亡。宋旭东[17]以淄蓖5 号和淄蓖9 号为试验材料，分析不同盐浓度对抗氧化酶系统的影响，结果表明，随着盐浓度的升高，CAT和POD 活性呈现先升后降，当盐浓度为150 mmol/L时，POD 和CAT 活性显著降低。在本试验中，SOD、CAT、POD 活性均呈现先升后降的趋势，SOD 活性在160 mmol/L 时达最大，CAT 和POD 活性均在120 mmol/L 时达最大值，这说明在低盐浓度下植株可以适当的通过提高体内保护酶活性来增强植株对盐胁迫的耐受能力，当浓度超过一定的范围，ROS 自由基积累过多，细胞膜稳定性被破坏，SOD、CAT、POD 活性受到抑制。

综上所述，不同浓度NaCl 胁迫对蓖麻种子萌发、根长、MDA含量的变化以及抗氧化酶SOD、CAT、POD 活性均具有显著的影响，低浓度盐胁迫下植株会通过自身的调节作用以适应胁迫环境，表现出较强的耐盐性，但在高浓度盐（NaCl＞120 mmol/L）胁迫下，蓖麻体内ROS 平衡系统被打破，造成酶活性降低，过量的ROS 不能及时清除，抑制植株正常生长。