外源物质对盐胁迫下香石竹种子萌发及幼苗生长的影响

2020-12-28韦占云黄燕芬张生王倩

天津农业科学 2020年10期

韦占云黄燕芬张生王倩

摘要：為探究外源物质对香石竹种子萌发及幼苗生长受盐胁迫的缓解作用，设置5～25 mmol·L-1浓度的二氯化钙和0.5～2.0 mmol·L-1浓度的水杨酸对盐胁迫下的香石竹种子进行浸种、育苗试验。试验结果表明，不同浓度的二氯化钙及水杨酸对1.5% 氯化钠溶液胁迫下的香石竹种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数及幼苗的株高、主根长、叶长、叶宽、鲜质量均具有提高作用，其中15 mmol·L-1的二氯化钙或1.0 mmol·L-1的水杨酸效果最显著，超过此浓度效果逐渐下降，表明此浓度对香石竹种子萌发及幼苗生长受盐胁迫的缓解作用最强;二氯化钙和水杨酸正交组合试验证明10 mmol·L-1 二氯化钙 + 2.0 mmol·L-1 水杨酸复合配比使用能显著提高1.5% 氯化钠胁迫下香石竹种子的上述指标，对其受盐胁迫的缓解作用较其他组合强。因此，试验结果说明，适宜浓度下外源二氯化钙和水杨酸能缓解盐胁迫对香石竹种子萌发和幼苗生长的伤害，二者复合配比使用也具有缓解作用，但是效果不及单独使用好。

关键词：香石竹种子;外源钙;水杨酸;盐胁迫;缓解

中图分类号：S681.5 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.10.016

Effects of Exogenous Substances on Seed Germination and Seedling Growth of Carnation under Salt Stress

WEI Zhanyun1， HUANG Yanfen1，2， ZHANG Sheng1， WANG Qian1

（1.School of Biological Sciences， Guizhou Normal University， Guiyang， Guizhou 550018，China; 2. Guizhou Characteristic Key Laboratory of Biological Resource Exploitation and Utilization， Guizhou， Guiyang 550018，China）

Abstract：In order to explore the alleviating effect of exogenous substances on carnation seed germination and seedling growth under salt stress， 5～25 mmol·L-1 calcium chloride and 0.5～2.0 mmol·L-1 salicylic acid were used to soak and raise seedlings of carnation seeds under salt stress. The results showed that different concentrations of calcium dichloride and salicylic acid could improve the germination potential， germination rate， germination index， vigor index， plant height， main root length， leaf length， leaf width and fresh weight of carnation seeds under 1.5% sodium chloride solution stress. Among them， 15 mmol·L-1 calcium dichloride or 1.0 mmol·L-1 salicylic acid had the most significant effect， and the effect decreased gradually beyond this concentration， indicating that this concentration had the strongest alleviation effect on carnation seed germination and seedling growth under salt stress. Orthogonal combination test of calcium dichloride and salicylic acid showed that the combination of 10 mmol·L-1 calcium dichloride and 2.0 mmol·L-1 salicylic acid could significantly improve the above indexes of carnation seeds under 1.5% sodium chloride stress， and the mitigation effect on salt stress was stronger than other combinations. Therefore， the experimental results showed that exogenous calcium dichloride and salicylic acid could relieve the damage of salt stress to carnation seed germination and seedling growth under appropriate concentrations， and the combined use of the two also had relief effect， but the effect was not as good as that of single use.

Key words： carnation seed; calciumchloride; salicylic acid; salt stress; relieve

随着工业化进程的加速，加上气候和不合理灌溉施肥等，土地盐碱化问题已严重威胁到农牧业发展和国家粮食安全[1]，受到多个国家的重视[2]。盐碱胁迫影响植物外部形态、内部结构以及各种代谢过程，使植物从萌发到生长到衰老死亡都受到伤害。目前，许多地方除通过降低土壤盐分为作物生长提供良好的土壤环境来解除盐胁迫外，还通过选育栽种耐盐植物品种解决盐胁迫问题。香石竹（Dianthus caryophyllus L.）又称康乃馨，是石竹科石竹属的多年生草本植物，也是世界上普遍栽培的商业性切花的主要品种之一，具有极高的观赏价值和经济价值[3-4]。据杨凯等[5]报道，香石竹受盐胁迫时发芽率和发芽势不断降低，根系活力也逐渐降低，直接影响植株生长。进年来国内外关于外源Ca2+、水杨酸（Sali-cylic acid，SA）对盐胁迫下植物种子及幼苗生长影响的研究有较多的报道，如贺滉等[6]。研究结果表明氯化钙能提高盐胁迫下种子发芽率、发芽势发芽指数等。连佳等[7]研究表明氯化钙能降低金叶过路黄的MDA含量、提高叶片中可溶性糖和增强SOD活性。朱伟等[8]研究结果显示一定浓度CaCl2溶液浸种可提高棉花幼苗的抗盐能力。黄玉梅等[9]研究发现，使用1.0 mmol·L-1的SA可以有效缓解盐胁迫下百日草种子的发芽率及幼苗株高等多种指标，增加抗性氧化酶活性，增强其盐胁迫的耐受性，减少盐胁迫的损伤[9]。彭浩等[10]研究表明，单独使用或复合使用低浓度SA和ABA均能显著提高玉米的发芽势、发芽率和株高等多项生理指标;郭春晓等[11]研究结果发现，外源SA可以调节盐胁迫下菊花对钾、钙、镁的选择性吸收和转运，减少盐胁迫对切花菊的伤害。因此，通过施加适量的外源物质提高植物抗盐能力也是一条重要途径[12]。种子萌发及苗期生长性状常用作评价抗逆性的重要指标[13]，本研究拟通过探讨香石竹在盐胁迫下经外源Ca2+、SA处理后的种子萌发及幼苗生长的情况，寻找Ca2+、SA的最适浓度使其能够显著消减盐分对香石竹种子萌发及幼苗生长的胁迫，为合理利用Ca2+、SA解决香石竹栽培盐害问题和培育抗盐香石竹品种提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料

香石竹种子由北京南无科贸有限责任公司提供。

1.2 仪器与药品

药品：氯化钠、氯化钙和水杨酸均为分析纯，天津市致远化学试剂有限公司生产。

仪器：DHP-9272恒温培养箱（深圳市良谊实验室仪器有限公司）、ME204E电子天平（南京贝登电子商务有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 盐胁迫处理杨凯等[5]的研究发现香石竹种子在1.0 % NaCl浓度胁迫下发芽率在10%以下，植株生长不好，根尖颜色为深褐色。本试验在此基础上设置不同浓度盐溶液对香石竹种子进行盐胁迫处理，探讨本试验条件下香石竹种子的耐盐情况。用10% 次氯酸钠溶液对颗粒饱满的香石竹种子消毒15 min，后用蒸馏水漂洗数次。将种子置于铺双层滤纸的培养皿上，分别加入质量分数为0.4%，0.8%，1.2%、1.5%和1.8% 的NaCl溶液。每組50粒种子，以蒸馏水为对照，每组重复3次。在温度25 ℃、湿度70%～ 80%、光照8 h·d-1的恒温培养箱中培养，每天定时观察发芽情况，第7天计算发芽率。

1.3.2 Ca2+、SA浸种经表面消毒的香石竹种子置于1.5% NaCl溶液中浸泡24 h。将浸泡后的种子每50粒置于一个铺有2层滤纸的培养皿，并在每个培养皿里分别加入0.0，5.0，10.0，15.0，20.0和25.0 mmol·L-1的CaCl2溶液和0.0，0.1，0.5，1.0，1.5，2.0 mmol·L-1的SA溶液进行培养，培养条件同1.3.1。至胚轴约2 cm长时，移植到铺有基质的育苗盘中于室内培养，保证均匀光照，每2 d浇灌1次营养液。每天定时观察种子发芽及幼苗生长情况。试验设置3次重复。

根据上述试验结果设计正交试验（表1），筛选Ca2+、SA两种因素的最佳组合水平。试验方法同上。每处理设置3次重复。

1.4 指标观测

以胚根伸出种皮为发芽标准，浸种次日记为第1 天，第3 天统计不同处理种子的发芽势，第7天统计不同处理种子的发芽率、活力指数和发芽指数。第12天从各培养皿中随机选20株测定幼苗生长指标，主要观测株高、主根长、叶长、叶宽、鲜质量。

1.5 数据处理

应用 Excel 2010 制表，SPSS 24.0软件进行统计学分析。正态分布数据用平均值±标准差表示，采用t检验检测各组间差异。多组差异比较采用单因素方差分析，组间比较采用 LSD-t 检验，以P<0. 05 为差异有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 不同浓度NaCl溶液对香石竹种子萌发的胁迫作用

盐胁迫会抑制植物的营养生长和生殖生长，在植物的萌发阶段和幼苗阶段尤为敏感，极易受到盐胁迫的毒害作用[14]。由表2可看出，随着NaCl溶液浓度的升高，香石竹种子发芽率及幼苗长势呈现降低趋势，表现出种子萌发和幼苗生长均受到不同程度的抑制和伤害，且除0.4% 浓度外各处理浓度之间以及与正常对照组比香石竹种子发芽率差异达显著（P<0.05），在1.5% 浓度处理种子发芽率降至40%，且仅有较弱的幼苗长势。由此确定1.5% NaCl溶液为本试验研究的盐胁迫处理浓度。

2.2 Ca2+和SA单独处理对盐胁迫下香石竹种子萌发的影响

干旱、盐胁迫、低温及缺氧均可引起Ca2+浓度增加，微小的Ca2+浓度变化可显著地影响细胞的生理生化活动[15]。SA是植物体内的一种激素，也是信号分子，它可以调节植物的生长发育，参与光合作用，诱导植物产生抗逆性，抵制不利因素造成的影响[16]。由表3可见，香石竹种子未受1.5% NaCl盐溶液胁迫的CK1组，其发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数均显著高于受1.5% NaCl盐溶液胁迫的CK2组。使用5、10、15、25 mmol·L-1 的CaCl2溶液和0.1，0.5，1.0，1.5，2.0 mmol·L-1的SA处理受1.5% NaCl溶液胁迫的香石竹种子，发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数均显著高于受盐胁迫未使用CaCl2溶液处理的CK2组。在试验浓度范围内，随着Ca2+浓度升高，4项指标值呈先升高后降低的趋势，其中15 mmol·L-1Ca2+浓度处理组最高，之后逐渐下降，至25 mmol·L-1时最低。随着SA浓度升高，发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数也呈先增强后减弱的趋势。1.0、1.5 mmol·L-1处理组各项指标值均与其他处理存在显著差异。各项指标最高值均出现在1.0 mmol·L-1浓度，其次在1.5 mmol·L-1处理组。因此，从试验结果可知，试验浓度范围内Ca2+、 SA均能缓解1.5% NaCl胁迫对香石竹种子萌发的抑制作用，但浓度过高缓解作用减弱，15 mmol·L-1 Ca2+浓度或1.0 mmol·L-1 SA处理效果最佳。

2.3 Ca2+和SA组合处理对盐胁迫下香石竹种子萌发的影响

由表4结果可知，发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数4项主要萌发指标均以处理7效果为最好，其次是处理2，最低的是处理6。其中处理7与其他处理间各项指标值的差异显著（P< 0.05）。相比较说明在本试验条件下，10.0 mmol·L-1 Ca2++2.0 mmol·L-1 SA为Ca2+和SA缓解盐胁迫对香石竹种子萌发影响的最适浓度组合。

2.4 Ca2+和SA单独使用对盐胁迫下香石竹幼苗生长的影响

由表5可知，未受盐溶液胁迫的香石竹幼苗CK1组，其株高、主根长、叶长、叶宽和鲜质量均显著高于受1.5% NaCl盐溶液胁迫的CK2组。在分别用5，10，15和25 mmol·L-1 的CaCl2溶液处理的受1.5% NaCl盐溶液胁迫的香石竹种子幼苗中，仅15 mmol·L-1处理各项指标值均与CK1组差异不显著，与CK2差异显著。此外，15 mmol·L-1处理除株高与20 mmol·L-1处理，叶宽与10 mmol·L-1处理，鲜质量与10，20 mmol·L-1处理的差异不显著外，与各处理的其余指标差异显著，并且其值最高;在受1.5% 盐胁迫用0.1～2.0 mmol·L-1的SA处理的香石竹种子的幼苗中，随着SA浓度的升高，各处理的株高、主根长、叶长、叶宽和鲜质量呈先升后降的趋势，其中，1.0 mmol·L-1处理各项指标值均与CK2组差异显著，仅与0.5 mmol·L-1处理的叶宽和鲜质量，1.0 mmol·L-1 处理的株高、叶宽，1.5 mmol·L-1处理的株高、叶宽差异不显著，而与各处理的其他指标存在显著差异，并且所有处理各项指标最高值均出现在1.0 mmol·L-1处理。因此，说明Ca2+、 SA均能缓解种子萌发受1.5% NaCl胁迫的香石竹幼苗的生长抑制，但浓度过高缓解作用减弱，以15 mmol·L-1 Ca2+ 或1.0 mmol·L-1 SA效果最好。

2.5 Ca2+和SA组合处理对盐胁迫下香石竹幼苗生长的影响

由表6可知，在Ca2+ + SA 不同浓度组合处理中，对于种子受盐胁迫缓解作用最大的处理7对于幼苗生长的促进作用最显著：从株高来看，处理7与处理3、4、5、6、9间差异显著（P< 0.05），仅与处理1、2、8差异不显著（P>0.05）;主根长与各处理差异显著;叶长、鲜质量与其他处理相比除处理2、8外均差异显著;叶宽除处理2外显著均显著，且各处理指标中处理7均为最大值。综合可见处理7为Ca2+ 和SA缓解盐胁迫对香石竹幼苗生长的最佳浓度组合。

3 结论与讨论

本研究结果表明，1.5% NaCl溶液胁迫下香石竹种子萌发的发芽率及幼苗长势均显著降低，这些变化抑制幼苗生长。杨凯等[5]研究盐胁迫对香石竹种子萌发及幼苗生长的影响也得到相似结论;在本试验浓度范围内单独使用Ca2+和SA处理1.5% NaCl胁迫下香石竹种子，其发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、幼苗株高、主根长、叶长、叶宽、鲜质量等指标值均明显呈先上升后下降的趋势，其中15 mmol·L-1 Ca2+ 和1.0 mmol·L-1 SA的指标值与其它浓度处理的指标值呈显著差异，具有显著的缓解盐胁迫作用，并且Ca2+ 缓解盐胁迫的效果好于SA。张会灵等[17]的研究也表明Ca2+能提高豌豆种子发芽率，促进幼苗生长。郝转[18]的研究结果认为低浓度的SA能有效提高黑果枸杞种子的发芽率，均与本研究结果有相似之处;Ca2+和SA配比組合正交试验结果10 mmol·L-1 Ca2++2.0 mmol·L-1处理缓解盐胁迫效果显著高于其他处理，但比Ca2+和SA单独使用时缓解盐胁迫作用弱，说明提高香石竹抗盐作用时本试验浓度下的Ca2+和SA配合使用与单独使用相比并不具有较好的效应，其机理有待于深入研究。在采用Ca2+和SA缓解盐对香石竹种子萌发及幼苗生长的影响时，单独使用15 mmol·L-1 Ca2+或1.0 mmol·L-1 SA即可取得较二者组合使用好的效果，简单方便省工省时。

参考文献：

[1]杨厚翔，雷国平，徐秋，等. 基于危险度与风险格局的土地盐碱化监测区优先级评价[J]. 农业工程学报， 2019， 35（7）： 238-246.

[2]常婷婷，张洁，吴鹏飞，等. 设施土壤次生盐渍化防治措施的研究进展[J]. 江苏农业科学， 2011， 39（4）： 449-452.

[3]孔维龙，胡瑞，包满珠，等. 香石竹水孔蛋白基因的克隆及表达分析[J]. 园艺学报， 2017， 44（3）： 515-527.

[4]傅小鹏. 石竹自交系遗传多样性评价及杂种优势的研究[D].武汉：华中农业大学， 2008.

[5]杨凯，孙迎坤，谭雯，等. 盐胁迫对香石竹种子萌发及幼苗生长的影响[J].北方园艺， 2013（22）： 86-88.

[6]贺滉，牛美丽，党选民，等. 外源物质对盐胁迫下西瓜种子发芽的影响[J].北方园艺， 2018（4）： 66-71.

[7]连佳，刘芳，张婷，等. 氯化钙对盐胁迫下金叶过路黄生长及生理特性的影响[J]. 天津农学院学报， 2013， 20（1）： 16-20.

[8]朱伟，房卫平，谢德意. 对盐胁迫下棉花幼苗生长和生理特性的影响[J]. 河南农业科学， 2014， 43（6）： 35-38.

[9]黄玉梅，张杨雪，刘庆林，等.水杨酸对盐胁迫下百日草种子萌发及幼苗生理特性的影响[J]. 草业学报， 2015， 24（7）： 97-105.

[10]彭浩，宋文路，王晓强.水杨酸、脱落酸对盐胁迫下玉米种子萌发和幼苗生长的影响[J].玉米科学， 2016， 24（6）： 75-78.

[11]郭春晓，王文莉，郑成淑，等.盐胁迫下外源对菊花体内离子含量和净光合速率的影响[J].中国农业科学， 2011， 44（15）： 3185-3192.