盐爪爪种子萌发期抗盐性研究

马彦军，祝小娟，何瑞雪

(甘肃农业大学林学院，甘肃 兰州 730070)

植物生长发育过程中会受到盐、干旱、高温、低温、强光照等不良环境的影响[1]。在我国干旱和半干旱地区，干旱胁迫与盐胁迫是植物生长过程中最常见的逆境因子[2]，这些不利环境因子通常会抑制植物的正常生命活动，是植物正常生长发育受到影响的主要因素，而种子萌发作为植物生长的关键时期[3]，能否在盐碱环境条件下萌发出苗及幼苗正常生长发育，是植物在盐碱环境条件下生长发育的前提以及植物群落更新的关键阶段[4]。中国盐渍土面积约有20多万km2，约占国土总面积的2.1%[5]。这些盐渍土地是可利用土地资源的一部分，尤其是在北方地区如何改造和合理开发利用这些盐渍土地，成为一个重要课题和研究方向。耐盐植物的选育与利用是提高盐渍土壤生产力和利用率直接而有力的措施[6,7]。因此，研究盐胁迫对植物种子萌发以及盐胁迫对植物幼苗生理生化的影响，对中国北方盐碱地改良和生态环境建设中植物材料的选择具有现实意义。

盐爪爪(Kalidiumfoliatum)为黎科(Chenopdiaceae)盐爪爪属(KalidiumMiq)多年生盐生植物，具有防风固沙的作用[8]。盐爪爪不仅能在盐碱地生长，而且能从盐碱土壤中吸收大量的Na+以降低土壤盐含量，改良土壤理化性质和增加土壤有机质[9]。盐爪爪为肉质多汁含盐饲草，是骆驼等家畜的主要饲草；种子可磨成粉，人可食用，也可饲喂牲畜[10]。因此在盐碱荒地种植盐爪爪，不仅能改良盐碱地，而且也能为当地群众提供一定量的饲草，具有生态效益和经济效益双重作用。目前关于盐爪爪研究主要有耐盐性生理特性[11]、根系适盐特性[12]以及盐爪爪种植对土壤盐分影响[13]等方面。曾幼玲等[14]研究结果表明低浓度的NaCl胁迫处理对盐爪爪和盐穗木(Halostachyscaspica)种子萌发有促进作用，在100 mmol·L-1盐溶液中，盐爪爪和盐穗木种子萌发状况最佳，无盐或高浓度的盐不利于种子萌发。何芳兰等[15]研究结果表明盐爪爪种子萌发的最低渗透势阀值为—1.5 MPa。盐碱胁迫可对植物产生氧化胁迫，造成活性氧伤害，这是植物在盐碱逆境中受到伤害的一个重要原因[16]，同时植物体内也有超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)、过氧化氢酶(Catalase,CAT)等内源活性氧清除剂，能把植物在逆境胁迫过程中产生的过量活性氧清除，维持细胞膜的稳定性，进而增强植物的抗逆性[17]。本试验拟以甘肃民勤野生盐爪爪种子为材料，研究不同种类和浓度的盐胁迫对其种子萌发、幼苗生长及幼苗抗氧化酶活性的影响，探索不同种类盐胁迫下盐爪爪种子出苗和幼苗生长情况，以及幼苗在盐胁迫下生理反应，以期为盐爪爪在甘肃盐碱土地的引种、驯化和大面积种植提供参考，同时也为进一步深入研究盐爪爪耐盐机制提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为盐爪爪种子，成熟饱满且无病虫害，2018年10月采自甘肃省武威市民勤县西渠镇(103°32′ E，38°54′ N，海拔1 309 m)，种子用0.1%的HgCl2溶液消毒3 min，再用无菌蒸馏水反复冲洗3～4次，用无菌滤纸吸干备用。

将清洗干净的蛭石置于立式压力蒸汽灭菌锅中灭菌30 min，于烘箱中干燥，备用。

1.2 试验方法

2018年12月利用塑料发芽盒(15 cm×10 cm×5 cm)进行种子萌发出苗试验。将处理好的蛭石平铺在发芽盒内，厚3 cm。用等量的不同种类和浓度的盐溶液将蛭石浇透作为苗床，以蒸馏水处理的蛭石苗床为对照(Control check，CK)。将种子均匀地条播在发芽盒里，覆蛭石0.5 cm左右。每个处理30粒种子，重复3次。在培养室进行发芽观测。以肉眼看到种子出土为判断标准，每24 h记录一次种子萌发数，种子连续3 d没有新的萌发则结束试验。种子萌发试验结束后从每个处理中取前3 d萌发的幼苗测定其根长以及苗长，其余幼苗用来测定可溶性蛋白含量、SOD、POD、CAT酶活性。

本试验用于测试的盐为NaCl和Na2SO4，根据预试验，设置NaCl和Na2SO4的浓度均为50，100，200，300，400 mmol·L-15个浓度梯度，蒸馏水为对照(CK)，每个处理3个重复。

相关指标的计算公式及测量方法如下：

萌发率(Germination rate,GR)=GN/SN×100%，式中：GN为种子萌发总数；SN为种子总数[18]。

发芽势(Germination potential,GP)=n1/N×100%，式中：n1为前3 d内正常发芽种子粒数；N为供试种子数[18]。

根冠比(Root-stem ratio，RSR)=根长/苗长[18]。

发芽指数(Germination index，GI)=∑Gt/Dt，式中：Gt为置床后t天的发芽数，Dt为相应的发芽天数[18]。

可溶性蛋白(Soluble protein,SP)含量：采用考马斯亮蓝法测定[19]。

过氧化物酶(POD)活性：采用愈创木酚比色法测定[19]。

过氧化氢酶(CAT)活性：采用紫外吸收法测定[19]。

超氧化物歧化酶(SOD)活性：采用氮蓝四唑光还原法测定[19]。

1.3 数据处理

利用Excel 2013和SPSS 17.0统计软件对数据进行计算、差异显著性分析及绘图。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对盐爪爪种子萌发的影响

由图1可看出，盐爪爪种子萌发率随着盐浓度的增加呈现出先升后降趋势，NaCl和Na2SO4浓度为50 mmol·L-1时萌发率最高，分别比CK高出13%和12%；NaCl和Na2SO4浓度为100 mmol·L-1时盐爪爪种子萌发率虽有所下降，Na2SO4处理下与CK相比差异不显著(P>0.05)，而NaCl处理下与CK相比差异显著(P<0.05)；NaCl浓度在200～400 mmol·L-1范围内，盐爪爪种子萌发率差异不显著(P>0.05)，Na2SO4浓度超过200 mmol·L-1时盐爪爪种子萌发率与CK相比差异显著(P<0.05)；从萌发率来看Na2SO4对盐爪爪种子萌发影响大于NaCl。

图1 盐胁迫对盐爪爪种子萌发的影响

盐爪爪种子发芽势随盐浓度增加而下降。NaCl浓度为50 mmol·L-1时发芽势与CK相比差异不显著(P>0.05)；Na2SO4浓度为50 mmol·L-1时发芽势低于CK，但差异不显著(P>0.05)，浓度在50～200 mmol· L-1范围内，盐爪爪种子发芽势之间差异不显著(P>0.05)。这说明在一定盐浓度范围内，盐胁迫虽然延迟了盐爪爪种子出苗时间，但出苗还是比较整齐。

2.2 盐胁迫对盐爪爪幼苗根茎比的影响

由图2可看出，盐爪爪幼苗根茎比随盐浓度增加呈先上升后下降的趋势。NaCl浓度低于100 mmol·L-1时，盐爪爪幼苗根茎比与CK相比差异不显著(P>0.05)，当NaCl浓度为200 mmol·L-1时根茎比与CK相比差异显著(P<0.05)。Na2SO4处理下根茎比在50 mmol·L-1时最大，与CK相比差异显著(P<0.05)，当Na2SO4浓度大于200 mmol·L-1时根茎比小于CK，且与CK相比差异显著(P<0.05)。不同浓度NaCl处理下根茎比均低于Na2SO4处理，说明NaCl胁迫对幼苗生长抑制作用更明显，抑制作用NaCl>Na2SO4。

2.3 盐胁迫对盐爪爪发芽指数的影响

由图3可知，盐爪爪种子在盐胁迫下，发芽指数呈现先升后降趋势。NaCl和Na2SO4浓度小于200 mmol·L-1时，发芽指数与CK相比差异不显著(P>0.05)，超过此浓度后发芽指数开始下降。在低浓度(≤100 mmol·L-1)下Na2SO4对盐爪爪种子发芽指数的影响大于NaCl，而高浓度(≥200 mmol·L-1)下，Na2SO4对盐爪爪种子发芽指数的影响小于NaCl。

图2 盐胁迫对盐爪爪幼苗根茎比的影响

2.4 盐胁迫对盐爪爪幼苗可溶性蛋白含量的影响

图4可知，盐爪爪幼苗体内可溶性蛋白含量随盐浓度增加而上升，当盐浓度高于50 mmol·L-1时盐爪爪幼苗可溶性蛋白含量与CK相比差异显著(P<0.05)；相同浓度不同盐分胁迫下可溶性蛋白含量差异不明显。这是由于盐爪爪幼苗在受到盐胁迫后会产生较多的有害物质，幼苗体内就会产生较多的可溶性蛋白质，这些蛋白质可作为各种酶物质以清除这些有害物质。

图3 盐胁迫对盐爪爪发芽指数的影响

2.5 盐胁迫对盐爪爪幼苗抗氧化酶活性的影响

由图5可知，在盐胁迫下，盐爪爪幼苗体内SOD，POD酶活性呈现出先上升后下降趋势，SOD酶活性在盐浓度为100 mmol·L-1时大于对照；当NaCl浓度继续增加时，SOD酶活性开始下降，Na2SO4为200 mmol·L-1时，SOD酶活性虽然下降，但与CK相比差异不显著(P>0.05)。高浓度(≥200 mmol·L-1)下，Na2SO4胁迫下盐爪爪幼苗体内SOD酶活性比NaCl胁迫下高。NaCl胁迫下POD酶活性变化趋势与SOD酶活性趋势基本一样，在低浓度(≤100 mmol·L-1)POD酶活性与CK相比差异不显著(P>0.05)，高浓度(≥200 mmol·L-1)下POD酶活性与CK相比差异显著(P<0.05)。Na2SO4浓度为50 mmol·L-1时POD酶活性略高于CK，但差异不显著(P>0.05)，Na2SO4浓度为100 mmol·L-1时POD酶活性与CK相比差异显著(P<0.05)。CAT酶活性在这2种盐胁迫下均呈下降趋势。

图4 盐胁迫对盐爪爪幼苗可溶性蛋白含量的影响

图5 盐胁迫对盐爪爪幼苗SOD，POD，CAT酶活性的影响

3 讨论

种子在盐胁迫下的萌发情况可以反映出植物种子萌发期的耐盐能力[20]。一般来说，盐生植物种子发芽率随着盐浓度的增加而呈现出先升后降趋势，即低浓度的盐胁迫能促进种子萌发，而高浓度盐胁迫抑制种子萌发[21]。盐胁迫会延长种子的萌发时间、推迟盐生植物种子的初始萌发时间[22]，在高浓度盐胁迫下植物种子的萌发可能受到完全地抑制[23]。本试验结果表明，NaCl和Na2SO4胁迫处理对盐爪爪种子的萌发均存在高浓度(≥200 mmol·L-1)抑制、低浓度(≤100 mmol·L-1)促进现象，即呈现出随着盐溶液浓度升高萌发率先升后降的特征，这表明一定浓度的盐胁迫可促进盐爪爪种子的萌发，这与沈禹颖等[24]的研究结果一致。盐爪爪种子在高浓度盐(400 mmol·L-1)胁迫下种子仍然能萌发，且萌发率大于10%，这表明盐爪爪种子在萌发期具有很强的耐盐性，这一结果与曾幼玲等[14]的研究结果一致，其试验发现盐爪爪种子经500 mmol·L-1的盐处理下仍能发芽。发芽势是反映种子品质的重要指标之一，一般认为发芽势高的种子播种后发芽整齐[25]。本试验研究结果虽然是盐爪爪种子发芽势随盐浓度增大而降低，但是NaCl浓度在50～300 mmol·L-1范围内，Na2SO4浓度在50～200 mmol·L-1范围内，盐爪爪种子发芽势差异不显著(P>0.05)，这表明在一定盐浓度范围内，盐胁迫虽然延迟了盐爪爪种子出苗时间，但出苗仍比较整齐。由于植物种类的不同，盐胁迫下不同组织和器官的反应也不同[26]。有的植物在盐胁迫下对地上部的抑制作用较地下部明显[27]；也有研究结果表明根系相对比较幼嫩时地下部分对盐分更敏感[28]，本研究得出的结果与后者更相近，在不同浓度和种类盐胁迫下盐爪爪的根冠比均小于1，可以看出盐胁迫对盐爪爪根的影响更明显，这是由于盐爪爪是典型的泌盐植物，在盐腺分泌细胞中含有许多小液泡，可将从土壤中主动吸收积累的大量盐离子储存在液泡中而实现区隔化，维持细胞液中正常的渗透势，从而减少盐对叶片造成的危害[29]。

植物受到不良环境影响时自身会发生一系列的生理生化反应来提高其抗逆性。在植物体内的可溶性蛋白大多都是参与各种代谢的酶类，其含量是了解植物体总代谢的重要指标，这在某种程度上也能反映植物抵御逆境胁迫的能力[30]。本研究中随着盐浓度的增加，盐爪爪幼苗体内可溶性蛋白含量随着盐浓度的增加而增加，这与代莉慧等[31]在研究盐爪爪种子在不同盐胁迫下种子萌发过程中生理生化变化结果一致，这说明盐爪爪幼苗在受到盐胁迫时，幼苗体内会产生较多的可溶性蛋白质，这些蛋白质可作为各种酶来参与代谢以抵御不良环境对植物产生的危害。

植物在受到逆境胁迫时，体内会产生大量的活性氧，这些活性氧如不能被及时被清除，就会破坏细胞的完整性；在正常情况下活性氧不会对植株产生明显毒害，这是由于植株体内活性氧的产生与清除处在动态平衡之中。一旦植物受到不良环境胁迫，这种平衡就会被破坏，积累自由基、膜通透性增加、代谢紊乱，植物便受到伤害[32]。在植物体内也有一个清除活性氧、维持自由基动态平衡的防御系统，细胞中的SOD，POD，CAT等保护酶是这个防御系统的重要组成部分[33]；SOD，POD，CAT三者协调一致，可使植物体内活性氧自由基维持在一定的水平，从而减少活性氧对细胞膜的伤害、减轻膜质过氧化和稳定膜的透性，使植物能够进行正常的生长和代谢[34]。研究结果表明不同植物体内清理自由基的酶并不一致[35]。本研究结果表明在盐胁迫下，盐爪爪幼苗体内SOD，POD酶活性呈现出先上升后下降趋势，CAT酶活性在这2种盐胁迫下均呈下降趋势。这说明当盐爪爪幼苗受到不良环境影响时，通过增加其体内SOD，POD酶活性来清除体内产生过多的活性氧，从而保护盐爪爪免造外界不良环境对其产生的影响。

4 结论

盐爪爪种子在NaCl和Na2SO4胁迫下萌发率随盐浓度的增加呈现出先上升后下降的趋势，当NaCl和Na2SO4浓度小于50 mmol·L-1时可促进盐爪爪种子萌发，NaCl浓度大于100 mmol·L-1，Na2SO4浓度大于200 mmol·L-1时可抑制盐爪爪种子萌发。在盐胁迫下盐爪爪幼苗体内会产生较多的可溶性蛋白，这些蛋白质可作为各种酶来参与代谢以抵御盐胁迫对其产生的危害；盐胁迫下盐爪爪幼苗体内SOD，POD酶活性呈现出先上升后下降趋势，在一定浓度范围内(NaCl≤100 mmol·L-1，Na2SO4≤50 mmol·L-1)盐胁迫下盐爪爪幼苗可通过提高体内SOD和POD酶活性来清除其幼苗在受到盐胁迫时产生的过量活性氧，使活性氧自由基维持在一定水平，从而保证盐爪爪幼苗能在一定浓度盐胁迫下正常生长。