油菜素内酯对盐胁迫下水稻种子萌发的影响①

侯会云

(台前县农业局 河南濮阳457600)

土壤盐碱化是世界农业发展面临的一个重要难题。据不完全统计，世界盐碱地占总陆地面积的7.6%，大约有30多个国家遭受土壤盐碱化困扰，土壤盐碱化不仅破坏土壤结构、理化性质，造成土壤功能退化，还会导致植物渗透胁迫，阻碍植物对矿质养分的吸收，严重影响植物的生长发育［1］。因此，盐碱地的农业发展成为目前亟待解决的问题之一。

水稻是一种盐敏感作物，盐胁迫是影响水稻高产稳产的主要限制因子之一［2］。一般认为，低浓度的盐对种子的正常发芽没有影响，但随着盐浓度进一步提高，种子发芽受到限制，高浓度造成的盐胁迫导致水稻种子发芽率降低，根系活力受到抑制，从而影响营养物质的吸收和同化。李旭红等［3］研究表明，盐胁迫下的种子受到离子胁迫、渗透胁迫和化学抑制等不良影响，导致组织水分亏缺、营养失衡，严重影响水稻的正常生长；闫先喜等［4］研究认为，在种子吸胀过程中盐胁迫会破坏细胞膜，使得细胞膜透性增大，从而导致胞液外渗，种子萌发受阻。因此，提高水稻对盐胁迫的抵抗能力是当前应对盐胁迫的有效方法。油菜素内酯（BR）是广泛存在于植物体中的天然激素，是一种广谱性植物生长调剂剂，能够充分激发植物潜能，促进作物生长，提高作物耐冷、抗病、抗盐碱能力［5］。吴杨等［6］研究结果表明，在盐碱胁迫下，外源施加BR 可维护细胞结构的完整性，增强大豆幼苗耐盐碱能力。栗露露等［7］研究表明，BR 能够调控水稻的耐盐性。魏湜等［8］认为，外源BR 能够缓解盐胁迫对玉米幼苗的生理损伤。目前油菜素内酯主要用于提高蔬菜抗逆能力，对于盐胁迫下BR对水稻种子萌发的影响研究较少。本研究采用不同浓度BR 对水稻种子进行处理，研究种子萌发过程生理生化变化特征，探讨BR 对水稻种子萌发的影响，为水稻种子萌发理论研究和实际生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试品种为日本晴，由宁夏农林科学院提供，油菜素内酯由上海威敌生物公司提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验于2018年5月在河套学院农学实验室进行。所用培养皿直径为9 cm，其溶液中含100 mmol/L NaCl 和0、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 mg/L BR（CK、B1、B2、B3、B4、B5）。选择颗粒饱满、尺寸一致的水稻种子，用10%次氯酸钠浸泡10 min；接着用无菌水反复冲洗5次；再用滤纸擦干种子表面水分，将其均匀摆放在铺有2 层滤纸的培养皿中，每处理设置5 次重复，每个培养皿内放30 粒种子；浸种12 h后放置于30 ℃恒温生化培养箱内进行催芽；取其中一部分露白种子进行盆栽试验，试验用土NaCl 含量为0.43%，试验用盆直径为30 cm，高26.5 cm，每个处理4盆，每盆播种5粒，于一心一叶期统计成苗数并计算成苗率。

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 发芽率和发芽势的测定

以芽长2 mm 为发芽标准，测定发芽势、发芽率、发芽指数。发芽势＝第三天发芽种子数/供试种子总数×100%；发芽率＝全部发芽种子数/供试种子总数×100%；种子发芽指数（GI）＝Σ（Gt/Dt）（Gt为在t日的发芽种子数，Dt为发芽天数）。

1.2.2.2 胚根细胞膜伤害率的测定

参考李秧秧等［9］的方法，用电导率法测定细胞膜伤害程度，用伤害率（%）表示。

伤害率＝（Rd-R0）/（1-R0）×100%

式中，Rd 为受胁迫C1/C2，R0 为未受胁迫C1/C2，C1 和C2 分别为样品受胁迫前后外渗液的电导率值。

1.2.2.3 胚根抗氧化酶活性及丙二醛含量测定

种子萌发7 d 后，取胚根，参考高俊凤［10］的方法分别测定超氧化物歧化酶Superoxide dismutase（SOD）、过氧化物酶Peroxidase（POD）、过氧化氢酶Catalase（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶Ascorbate peroxidase（APX） 活 性 和 丙 二 醛Malondialdehyde（MDA）含量。

1.2.2.4 成苗率的测定

于一心一叶期统计成苗数，成苗率＝成苗数/播种数量

1.2.3 数据处理

采用Excel 2010 和SPSS 24.0 进行数据整理、分析，Duncan’s 法进行显著性检验；采用Excel 2010作图。

2 结果与分析

2.1 不同浓度BR对盐胁迫下水稻种子萌发的影响

由表1 能够看出，随着BR 浓度的升高，水稻种子发芽率逐渐升高，其中B3 处理发芽率最高，之后随着BR 浓度增加发芽率不再增加，B1、B2、B3、 B4、 B5 分 别 比CK 增 加12.83%、 21.78%、34.62%、32.06%、29.48%。B3、B4、B5 发芽势也随着BR 浓度的升高逐渐升高；B1 和CK 差异不显著，B2、B3、B4、B5 显著高于CK，其中B5 处理发芽势达到最大值，B3、B4、B5 间差异不显著。发芽指数也是随BR 浓度的升高而升高，BR 处理显著高于CK，其中B5 处理时最高，B3、B4、B5 间差异不显著。

表1 不同浓度BR对盐胁迫下水稻种子萌发的影响

2.2 不同浓度BR 对盐胁迫下水稻胚根伤害率和MDA的影响

伤害率能够直接反映盐胁迫对水稻种子的伤害程度，MDA 是膜脂过氧化的重要产物，能够间接反映膜系统受损程度。由图1可看出，水稻胚根伤害率随着BR浓度的增加呈现先降低后上升的趋势，BR 处理的种子胚根伤害率均低于CK，B3 处理伤害率最低。B1、B2 和B3 伤害率下降速率较快，B4 与B5 差异不显著。B1、B2、B3、B4、B5 分别比CK 低6.20%、19.65%、40.09%、29.59%、26.49%。MDA反映了逆境下植物细胞膜脂过氧化作用和受伤害程度，也可间接反映植物组织抗氧化能力的强弱。结果显示，BR 能够减少MDA 含量，随BR 浓度的增加MDA 含量呈逐渐减少的趋势；B1 处理与CK 差异不显著，其他处理与CK 差异显著；B1、B2、B3、B4、B5 分别比CK 降低了8.31%、22.75%、26.57%、27.55%、30.98%，B2、B3、B4 和B5 间 差 异 不显著。

2.3 不同浓度BR 对盐胁迫下水稻胚根保护酶活的影响

SOD 是清除生物自由基的主要物质，POD 能够将植物体内过氧化氢催化为水和氧气，CAT、APX是清除植物内过氧化氢的关键酶。由图2 可看出，SOD、POD 活性随BR 浓度的升高逐渐升高，各处理均显著高于对照处理；SOD活性在B5处理达到最大值，比CK 高出27.35%；POD 活性也是在B5 处理达到最大值，比CK 高出62.89%。CAT 活性随BR 浓度的升高呈现先升高后降低的趋势，各处理均高于对照处理，B3 处理CAT 活性最大；B1、B2、B3、B4、B5 分 别 比 高 出41.46%、44.30%、57.54%、52.80%、48.64%。APX活性随BR浓度的升高呈现先升高后降低的趋势，B1 处理与CK 差异不显著，其他处理均显著高于CK，B1、B2、B3、B4、B5 分别比 对 照 高17.28%、 39.95%、 55.26%、 51.66%、43.97%。结果表明，高浓度的BR 对SOD、POD 活性具有促进作用；适宜BR 浓度下CAT 和APX 活性较高，但BR 浓度过高时CAT 和APX 活性受到抑制。

2.4 不同浓度BR 对盐胁迫下水稻种子成苗率的影响

由图3 可看出，幼苗成活率随BR 浓度的升高呈先升高后降低的趋势，除了B1，其他各处理均显著高于对照处理。成活率在B3处理达到最大值，比CK高28.78%。

3 讨论

3.1 BR 对盐胁迫下水稻种子发芽率、发芽势和发芽指数的影响

植物生长过程中，Na+和Cl-是必需的营养物质，但植物对Na+和Cl-需要的量极少，过高浓度的Na+和Cl-会对植物体产生离子毒害［11］，影响植物的代谢功能，抑制植物细胞内酶的活性，进而影响植物的正常生长发育，植物在遭受盐胁迫后，体内对S 和Mg 的吸收有所增加，抑制了对K+、Ca2+的吸收，引起离子吸收失衡，代谢失调［12］。BR 对逆境有重要的调节作用。种子发芽率、发芽势和发芽指数反映种子的发芽速率和整齐程度。

本试验结果表明，BR 能够显著促进种子萌发，发芽率随着BR 浓度的增加呈现先增加后降低的趋势，发芽势和发芽指数均随着BR 浓度的增加呈现逐渐增加的趋势，发芽率增加了11.36%～25.71%，发芽势增加了7.02%～28.39%，发芽指数增加了8.91%～25.16%，但B3、B4、B5 间差异不显著，说明BR 浓度在达到一定值时对种子萌发的促进作用减缓。吴雪霞等［13］研究表明，外源BR显著缓解盐胁迫对茄子种子的伤害，使种子发芽率提高了8.23%，发芽势提高15.91%，发芽指数提高了17.23%，与本试验研究结果一致，说明BR 可以缓解盐胁迫对水稻种子的伤害，增强水稻种子的耐盐能力。本研究中，低浓度BR 能够提高盐胁迫下水稻种子的发芽率、发芽势和发芽指数，高浓度BR 处理对水稻种子萌发的促进作用不明显。因此，BR 对盐胁迫下水稻种子萌发的促进作用具有浓度效应。

3.2 BR 对盐胁迫下水稻胚根伤害率、MDA 和保护的影响

盐胁迫首先导致细胞膜结构和功能受损，伤害率能够反映胁迫对细胞膜伤害程度［14］。MDA是膜脂过氧化的重要产物，能够间接反映膜系统受损程度以及植物抗逆性［15］。本试验结果表明，水稻种子伤害率随BR 浓度增加呈现先降低后上升的趋势，MDA含量随BR浓度增加逐渐减少，说明一定浓度BR 能够减小盐胁迫对水稻种子的伤害，抑制膜脂过氧化， 防止离子渗漏，使细胞膜维持正常的结构，确保植物体各种代谢循环的正常进行。陆晓民等［16］研究发现，BR 降低了盐胁迫下黄瓜丙二醛含量和细胞膜透性，促进幼苗生长，有效缓解了盐胁迫造成的伤害。

超氧自由基阴离子和过氧化氢同属植物中的活性氧系统［17］，植物在遭受逆境胁迫时会产生大量的氧自由基，自由基参与细胞膜脂过氧化。细胞受到逆境胁迫时，酶的活性降低，自由基则会逐渐增加，加速膜脂过氧化反应，破坏膜系统，导致细胞代谢出现异常，对机体造成伤害，从而破坏质膜，最终可能导致细胞死亡［18］。为抵抗逆境对植物造成的伤害，植物体内保护酶系统SOD、POD、CAT和APX会启动，其活性提高，但是随着受胁迫程度增加，保护酶系统清除自由基能力受到限制。外源BR 则能够进一步增强SOD、POD、CAT和APX活性，减少活性氧的产生，进而增强植物耐盐性。本研究结果表明，SOD 和POD 活性随BR 浓度增加而提高，CAT 和APX 活性随BR 浓度增加先提高后降低，可能是在盐胁迫下，SOD 和POD 对BR 的适应性较好，过高浓度的BR 限制了CAT 和APX 活性。朱学玮［19］研究结果表明，在干旱条件下，BR 通过提高小麦和玉米保护酶活性来提高其对干旱的抵抗力，从而提高其产量。王舒甜等［20］研究表明，适宜浓度的BR 可提高盐胁迫下香樟叶片抗氧化能力，清除叶片中的活性氧，保护膜结构，缓解盐胁迫对香樟的伤害，从而提高香樟的抗盐性，与本研究结果一致。本研究中，幼苗的成苗率在B3处理时达到最高，BR 和水稻种子发芽率、胚根伤害率、胚根保护酶活性有显著相关关系，说明油菜素内酯不仅能够影响种子的发生，还有利于幼苗的生长发育。

综上所述，水稻种子发芽率的提高主要是因为BR可以有效提高种子萌发过程中保护酶的活性，减少有害物质的积累，从而减小了盐胁迫对水稻种子萌发的伤害，增加了其发芽率和发芽指数。本试验结果表明，BR 浓度为1.0 mg/L 时，水稻种子发芽率最高、胚根伤害率最低和保护酶活性较高，幼苗成苗率最高。下一步将研究BR 对盐胁迫下水稻种子萌发及植株生长的影响，为今后相关研究提供理论依据。