NaCl胁迫对锦灯笼种子萌发和幼苗生理特征的影响

高 昆，韦加幸

(1.山西大同大学生命科学学院，山西 大同 037009；2.山西大同大学设施农业技术研发中心，山西 大同 037009)

锦灯笼(PhysalisalkekengiL.var.Franchetii)为茄科(Solanaceae)酸浆属(Physalis)的干燥宿萼或带果实的宿萼[1]，表面呈橙黄色灯笼状，又称灯笼草，多年生草本植物。锦灯笼植株适应性很强，耐寒、耐热、喜凉爽和湿润气候，在3～42 ℃的温度范围内均能正常生长，对种植所需土壤要求不严格，我国大部分地区有分布。锦灯笼不仅可以药用还可作为蔬果食用，其药用的部位通常是其宿萼或带宿萼的果实，具有清热解毒、利咽化痰、利尿通淋等作用，主要用于咽痛音哑、痰热咳嗽等症状,是常用的清热解毒药[2]。锦灯笼因其含有丰富的维生素、多种矿质元素(如钾、镁、磷、钙、铜、铁、锰等)、蛋白质、脂肪、碳水化合物、粗纤维等[3]，因此常作为蔬果食用。

近年来关于锦灯笼的研究集中在其化学成分的提取及工艺优化[4-5]、主要活性成分的药理作用和分子机制的研究[2,6]等方面，其主要成分在抗肿瘤、抗炎、抗菌、抗氧化等方面具有显著特征，且其产生作用的分子机制也随着越来越多的相关研究而广受关注[7]。

土壤盐渍化一直是国内外关注的重要生态环境问题，对农业的可持续发展影响巨大，据估计，全球约有20%的耕地受到盐害的威胁[8]。我国的盐渍化土地面积大、分布广，主要分布于西北、华北和沿海地区，类型多[9]，是当前我国经济发展所面临的重大生态问题[10]。目前，我国有80%左右的盐碱地尚未得到有效的开发利用，有着巨大开发潜力[11]。作物种植面积中约1/10土地是盐碱化土壤[12]，严重制约着作物的产量。改良和利用盐碱地需要选育和推广耐盐植物，目前国内外研究锦灯笼耐盐性还未见报道，本实验以不同浓度的NaCl处理锦灯笼种子，研究NaCl胁迫下种子的发芽状况和幼苗生理生化特性的变化，分析其抗盐特性，为改良盐碱地，提升土壤肥力水平，在干旱地区大面积盐碱土上人工种植锦灯笼提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

挑选饱满、均匀的市购锦灯笼种子为实验材料。

1.2 实验方法

1.2.1种子处理

将种子温水浸泡10～12 h，让种子能充分吸水，浸种结束后，捞出备用。

1.2.2种子培养

以20、40、60、80、100、120 mmol·L-1的NaCl溶液分别对锦灯笼种子进行培养，并以自来水为对照，在发芽盒中进行萌发，每个浓度设置3个重复。在洁净的发芽盒中铺置两层预先消毒过的纱布，将锦灯笼种子整齐摆放在发芽盒中，每个发芽盒50粒，分别加不同浓度的NaCl溶液淹没至种子的1/2处，之后放置于25 ℃、无光的人工气候箱中，待种子基本萌发后，重新设置人工气候箱为光暗周期分别为14 h和10 h，昼夜温度分别为28 ℃和20 ℃，相对湿度为60%。每天观察种子发芽情况及生长状况，发芽盒内的种子每隔2～3 d需移至上述处理的新发芽盒中，防止盐分积累对种子生长造成影响，如若种子成苗不方便转移，需每隔5 d更换NaCl溶液。更换溶液方法为：将发芽盒内全部溶液小心倒出至无溶液成滴滴出，加入等量各浓度溶液至刚好浸湿纱布。

1.2.3 记 录

种子萌发的标志以露出白色的胚芽为准，当有种子露出胚芽且长度与种子直径相当时，此为种子萌发开始的时间，连续3 d不再有种子露出胚芽，则视为该处理种子萌发结束时间。自种子萌发开始，每天记录种子发芽数，记录至发芽期结束。发芽后第5天开始测定幼苗的株高(茎基部到生长点)，不同的处理组分别取5株幼苗测量。生长18 d后测定各项生理指标。

1.3 指标计算及测定方法

发芽率(%)=(末次计数时发芽种子数/播种种子数)×100%[13]；

发芽势(%)=(初次计数时发芽种子数/播种种子数)×100%[13]；

相对发芽率(%)=(盐处理发芽率/对照发芽率)×100%[14]；

相对伤害率(%)=[(对照发芽率-各处理发芽率)/对照发芽率]×100%[15]；

丙二醛(MDA)含量及可溶性糖含量：硫代巴比妥酸比色法[16]；

过氧化物酶(POD)活性：愈创木酚法[16]。

1.4 数据分析

用SPSS 20.0和Excel 2016软件进行实验数据分析。

2 结果与分析

2.1 锦灯笼种子在NaCl胁迫下的萌发情况

表1表明，NaCl溶液浓度升高，锦灯笼种子的发芽率下降。对照组发芽率为79.4%，20 mmol·L-1NaCl浓度时为70.7%，比对照组下降8.7%，两者不存在显著差异(p>0.05)；40 mmol·L-1时为55.4%，下降了24.0%，与对照组之间具有显著差异(p<0.05)；后4组NaCl处理，发芽率分别为30.10%、19.38%、13.37%、4%，发芽率分别降至对照组的37.9%、24.4%、16.8%、5%，均与对照组存在极显著性差异(p<0.01)。说明低浓度NaCl对锦灯笼种子萌发抑制作用不明显，随着浓度的升高，抑制作用增强。

表1 NaCl胁迫下锦灯笼种子发芽指标Table 1 Determination of seed germination indexes of P.alkekengi under NaCl stress

发芽势是指种子发芽初期(规定日期内)正常种子发芽数占供试种子数的百分数，发芽势高则表示种子活力高，发芽整齐，出苗一致，增产潜力大[17]。

表1中，随着NaCl浓度升高，锦灯笼种子的发芽势和相对发芽率均下降，浓度为20 mmol·L-1时，发芽势最高，为90.70%，比对照组高5.31%，但二者不存在显著性差异(p>0.05)；其他5个浓度下发芽势分别为79.34%、56.7%、28.73%、27.37%和6%，与对照组相比分别下降了6.05%、28.69%、56.66%、58.02%和70.39%。除40 mmol·L-1组与对照组无显著差异外，其余4组与对照组均有极显著差异(p<0.01)。后5个NaCl浓度处理组，相对发芽率分别为70.2%、38.3%、22.2%、16.6%、5.1%，与对照组相比分别下降了29.8%、61.7%、77.7%、83.4%、94.9%，均与对照存在极显著差异(p<0.01)。说明NaCl浓度越高，发芽势和相对发芽率下降越快。

锦灯笼的相对伤害率随NaCl溶液浓度的升高呈上升趋势。在NaCl溶液浓度为20、40 mmol·L-1处理下，相对伤害率为3.77%、7.05%，分别比对照组上升了3.77%、7.05%，不存在显著差异(p>0.05)，说明浓度低于40 mmol·L-1时，盐胁迫对锦灯笼种子萌发产生的盐害作用较小；与对照组相比，在60 mmol·L-1NaCl浓度时，相对伤害率平均为33.23%，上升了33.31%，存在极显著性差异(p<0.01)，表明此浓度处理下，对锦灯笼种子萌发产生的盐害作用增大；锦灯笼种子在120 mmol·L-1NaCl浓度胁迫下相对伤害率达最大值，为97.65%。

2.2 NaCl胁迫对锦灯笼幼苗株高的影响

图1表明，随着NaCl溶液浓度的升高，锦灯笼呈现种子萌发时间延迟且幼苗平均株高逐渐降低的趋势。对照组的平均株高最高，达3.93 cm，NaCl溶液浓度为20、40、60、80、100、120 mmol·L-1时，平均株高分别为3.27、1.94、1.27、0.58、0.3、0.2 cm，经方差分析，对照组与各NaCl溶液处理组均存在显著差异(p<0.05)。

自种子出芽第5天开始测量幼苗株高至第13天，40 mmol·L-1NaCl溶液处理的锦灯笼幼苗株高略高于20 mmol·L-1浓度下的幼苗株高，平均高出0.12 cm；第13天之后幼苗继续生长，20 mmol·L-1NaCl溶液处理的幼苗株高明显高于40 mmol·L-1时的幼苗株高，平均高0.64 cm。从图1可见，13～18 d期间，80、100、120 mmol·L-1NaCl溶液处理的幼苗株高增长缓慢。这说明生长初期短时间内，低浓度NaCl对锦灯笼幼苗生长没有明显的抑制作用，只有当浓度升高且至生长加速时，才对幼苗产生明显抑制作用。

方差分析结果显示，除20 mmol·L-1与40 mmol·L-1NaCl处理的锦灯笼幼苗株高不存在显著差异(p>0.05)外，其它各处理组间均达到显著差异，而且100 mmol·L-1与120 mmol·L-1NaCl溶液处理下的幼苗平均株高极显著低于对照组(p<0.01)，说明锦灯笼的幼苗能够耐受低浓度的NaCl胁迫，经观察发现，100 mmol·L-1与120 mmol·L-1NaCl处理下部分幼苗叶片近顶端处发黄，出现萎蔫现象，说明高浓度NaCl使锦灯笼幼苗生长受到严重抑制，甚至伤害。

2.3 NaCl胁迫下锦灯笼幼苗MDA含量

植物器官或组织受到逆境胁迫后，因膜脂过氧化作用产生了MDA，其含量多少是衡量植物在逆境压力下的细胞膜系统被伤害程度和对不良条件反应强弱的重要指标[18]。由图2可知，不同浓度NaCl胁迫下锦灯笼幼苗MDA含量不同，与对照组比，随着NaCl浓度增加，MDA含量呈先下降后上升的趋势。对照组的MDA含量为1.991 9 nmol·g-1，NaCl溶液浓度20～120 mmol·L-1各处理组的MDA平均含量分别为1.681、2.037、2.107、2.432、2.477、2.570 nmol·g-1，分别是对照组的0.84倍、1.02倍、1.06倍、1.22倍、1.24倍、1.29倍。MDA含量在浓度为20 mmol·L-1NaCl溶液处理下为最小值，较对照下降了0.31 nmol·g-1，与对照组之间不存在显著差异(p>0.05)；NaCl溶液浓度继续升高，MDA含量逐渐增加，至120 mmol·L-1时达到最大值，且各组之间及与对照组之间均存在显著性差异(p<0.05)。结果说明，较低浓度NaCl对细胞膜的伤害较小，而高浓度则较大，说明锦灯笼幼苗可以耐受低浓度的NaCl胁迫而使膜系统不至受害。

2.4 NaCl胁迫下锦灯笼幼苗可溶性糖含量

可溶性糖是锦灯笼的主要渗透调节剂之一，也是该植株合成有机溶质的碳架保护和能量来源，对其细胞膜和原生质胶体具有稳定作用，在细胞内无机离子浓度高时起着保护作用[19]。从图3可看出，随着NaCl溶液浓度，锦灯笼幼苗中可溶性糖含量整体呈上升的趋势。20～80 mmol·L-1NaCl浓度下，可溶性糖含量分别为5.37、5.98、6.75、7.03 μmol·g-1，为对照组的1.30倍、1.44倍、1.62倍、1.69倍，与对照组间均无显著性差异(p>0.05)；在NaCl溶液浓度为100 mmol·L-1和120 mmol·L-1时，可溶性糖含量是对照组的2.94倍和1.97倍，与对照组间存在着显著性差异(p<0.05)。前4组NaCl 处理间相互不存在显著差异(p>0.05)，但前4组NaCl 处理与后2组NaCl 处理之间存在显著性差异(p<0.05)。

图3中，在NaCl浓度为100 mmol·L-1时，幼苗可溶性糖含量明显增加，且达到最高，这是细胞提高渗透压，抵御盐碱环境对其伤害做出的一种反应，说明此浓度下植株抗盐能力升高；在120 mmol·L-1NaCl时可溶性糖含量有所下降，说明细胞维持这种高渗透压的能力具有一定限度，超过一定浓度，细胞的渗透调节能力减弱，导致产生的可溶性糖含量减少。观察发现，120 mmol·L-1NaCl处理组幼苗出现萎蔫现象。

2.5 NaCl胁迫下锦灯笼幼苗POD活性

由图4可知，随着NaCl溶液浓度的升高，锦灯笼幼苗的POD活性整体呈先上升后下降的趋势。对照组的POD活性为0.059 U·(min·mg)-1，不同的NaCl浓度下POD活性分别为0.066、0.079、0.090、0.107、0.091、0.071 U·(min·mg)-1，分别是对照组的1.12倍、1.34倍、1.53倍、1.81倍、1.54倍、1.20倍。在80 mmol·L-1NaCl时POD活性达到最大值，较对照组显著升高了80.85%，与对照组之间存在显著性差异(p<0.05)，在100 mmol·L-1NaCl时，POD活性比80 mmol·L-1NaCl下降0.076 U·(min·mg)-1，但仍高于对照组。可见，锦灯笼幼苗在一定浓度的NaCl胁迫下，可通过提高POD活性来清除细胞内的活性氧物质，但过高的浓度会使这种清除机制遭到破坏，从而使幼苗中的POD活性下降。

3 结论与讨论

本实验表明，不同浓度NaCl对锦灯笼种子萌发和幼苗生长的影响不同。NaCl浓度越高，锦灯笼种子的发芽率、发芽势和相对发芽率越低、相对伤害率越高，同时萌发所需时间延后，说明NaCl对种子萌发有抑制作用。与对照组相比，20 mmol·L-1NaCl处理下对锦灯笼种子萌发产生的盐害作用不明显，其它浓度盐害作用明显，表明萌发期的种子有一定的耐盐能力。NaCl也影响锦灯笼幼苗的生长，株高分析表明，株高与NaCl浓度成反比，且影响在幼苗生长初期不明显，快速生长阶段显著。

NaCl对锦灯笼幼苗的各生理指标作用不同。与对照组比，随着NaCl浓度升高，MDA含量呈先下降后上升的趋势。20 mmol·L-1NaCl时出现MDA含量较对照下降，可能是因为较低浓度NaCl时细胞内抗氧化酶活性较高，抑制了MDA的产生，高浓度NaCl胁迫下产生了过多的MDA，是由于植株细胞内活性氧的产生以及清除的平衡机制遭到了破坏，抗氧化酶活性降低所导致。

渗透调节是NaCl胁迫下锦灯笼幼苗做出的一种积极响应。本实验中，随NaCl胁迫强度增大，锦灯笼幼苗可溶性糖含量呈上升趋势，且在100 mmol·L-1时达到最高值，之后又有所下降，说明锦灯笼细胞的渗透调节能力是有限度的，超过这个限度，渗透调节能力减弱，导致幼苗受害，出现幼苗萎蔫就是很好的见证。

锦灯笼幼苗的POD活性随着NaCl浓度的升高，呈先升后降的趋势。在80 mmol·L-1NaCl时POD活性达到最大值，之后又下降，但仍高于对照组。这可能是由于胁迫加剧，细胞活性氧物质含量的增大激活了其他抗氧化酶类，整个抗氧化酶系统会由于相互协调作用从而导致POD活性下降。

本实验结果表明，在所设定的NaCl浓度梯度范围内，锦灯笼种子萌发和幼苗生长都具有一定的抗盐性，可以考虑在20 mmol·L-1NaCl浓度以下范围的土壤中种植锦灯笼，达到改良土壤，提高土地利用效率的目的。