外源赤霉素对盐胁迫下番茄种子萌发和幼苗生长的影响

戴陶宇， 王前程， 张迎迎， 朱为民， 张 辉， 万延慧

(1.上海师范大学生命与科学学院， 上海 201400;2.上海农业科学院设施园艺研究所， 上海201403)

近年来，土壤盐渍化问题不断加重，成为农业生产中主要的非生物逆境胁迫之一，严重影响作物生长周期，减缓植物的生长发育，导致植物生长受阻[1]。众多学者对如何提高盐胁迫下植物的生长发育进行了大量的研究，表明在植物完整的生活史中，种子萌发是植物生命起始的首要事件，是植物最早接受逆境胁迫信号的阶段[2]，相较其他生长阶段更容易受到逆境胁迫带来的不利影响，因此，在种子萌发期进行耐盐性鉴定相对准确。在盐胁迫下，种子萌发受到内部条件与外部环境的共同调控，其中植物激素是调控种子萌发最为重要的内在因素[3]。为了适应盐胁迫，植物整合自身发育信号和盐胁迫信号，平衡生长与对胁迫的响应。

植物激素是一种化学物质，不同的植物激素对调控种子萌发都有特定的影响。有研究表明，不同的植物激素在植物不同生长阶段、组织或环境条件下发挥着不同的作用[4-6]。俞乐等[7]研究表明，采用脱落酸(ABA)溶液浸种对水稻种子萌发前期的抑制作用明显。吴旺嫔等[8]研究表明,采用0.001 μmol/L 2,4-表油菜素内酯(EBR)溶液浸种能够提高水稻种子的发芽率，增强低温耐受性。杨艺等[9]研究表明，茉莉酸(JA)和茉莉酸甲酯(MeJA)浸种能够显著缓解盐胁迫对棉花种子的伤害，促进棉花种子的萌发和幼苗生长。孙丽娜等[10]研究表明,采用2 mmol/L水杨酸(SA)处理可以提高盐胁迫下的黄瓜种子发芽率。相比之下，对调节种子萌发的主导激素赤霉素的研究相对较少[11]。已知脱落酸(ABA)和赤霉素(GA3)是两种拮抗调节种子休眠和萌发的主要激素[12]。内源脱落酸(ABA)在种子成熟过程中大量积累，诱导和维持种子休眠，在萌发之前，通过吸胀和层积处理使种子中ABA含量下调，而GA3含量上调[13]，从而促进种子萌发。GA3是一类促进细胞分裂和伸长的化合物，在植物生长发育中起重要作用，其最显著的生理效应就是促进植物生长[14]，外施GA3可以解除种子休眠，促进萌发，但过度使用会影响种子正常生长[15]。有报道指出，GA3能够显著提高一定浓度盐胁迫下大豆[16]、水稻[17]和玉米[18]等种子的萌发率，且效果显著。

番茄(Solanumlycopersicum)作为我国主要的设施蔬菜，是栽培面积最广的蔬菜作物之一，对盐分较敏感。在设施栽培过程中，整个生长周期会经常遭遇盐分胁迫，从而导致番茄的生长、代谢和光合作用的能力受到明显的抑制，最终造成番茄品质变劣和大面积减产，严重阻碍了高效优质的生产效率。因此，如何有效地利用植物激素去解决土壤盐渍化问题愈加受到重视。本实验通过外施GA3对盐胁迫下的番茄种子和幼苗进行处理，研究番茄种子萌发和幼苗生长的情况，为进一步在盐胁迫严重的设施土壤中生产优质的番茄品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试种子来源

两个供试番茄品种分别为SH 19-4和SH 19-6，均由上海农业科学院设施园艺研究所提供。

1.2 实验方法

1.2.1前期处理

挑选2个番茄品种的种子各3 000粒，用7%的次氯酸钠对其进行表面消毒处理10 min。然后用蒸馏水清洗2～3次，最后将种子浸泡在盛有蒸馏水的烧杯中，并置于25 ℃恒温箱中，浸泡12 h[19]。

1.2.2处理设置

把每个品种的种子分为20组，每组50粒。分别放在铺有两层滤纸的培养皿中，并用蒸馏水、盐溶液以及不同浓度的GA3处理(表1)，实验设置3个重复。将培养皿置于25 ℃的恒温箱中培养(无光照)，每12 h换一次相应的溶液，以番茄种子的芽长等于种子长度的一半为发芽标准[19]，每24 h记录发芽数。计算发芽率、发芽势、发芽指数，并测量根长。

表1 实验处理设置Table 1 Settings of experimental treatment

1.3 指标测定

发芽率(%)=(壮苗种子数/供试种子总数)×100%[16]；

发芽势(%)=(第4天发芽种子数/供试种子总数)×100%[16]；

发芽指数=∑Gt/Dt，

式中：Gt为在发芽试验期内每日的发芽种子个数；Dt为对应的种子发芽日数[20]。

注：a为不同浓度盐胁迫处理对SH 19-4发芽率的影响；b为不同浓度盐胁迫处理对SH 19-6发芽率的影响；c为不同浓度GA3处理对SH 19-4发芽率的影响；d为不同浓度GA3处理对SH 19-6发芽率的影响。图1 不同处理对不同番茄品种发芽率的影响Fig.1 Effects of different treatments on germination rate of different tomato varieties

1.4 数据处理

利用Spss 26.0软件和Excel软件进行数据统计分析，并用Origin 2017软件进行制图。

2 结果与分析

2.1 不同浓度GA3的处理对盐胁迫下番茄种子发芽率的影响

从图1(a、b)可看出，盐胁迫使供试品种种子发芽率降低，SH 19-4和SH 19-6的发芽率均呈下降趋势。所有处理在25 mmol/L和50 mmol/L的NaCl处理下，种子在第72小时才开始萌发，在100 mmol/L的NaCl处理下，第120小时才开始萌发，种子萌发较对照明显推迟，且在处理期间种子没有达到完全萌发，发芽率低于对照(ck)，差异显著(p<0.05)。还设置了浓度为200 mmol/L的NaCl处理，经观察种子在处理期间没有任何萌发迹象，说明高浓度盐胁迫(200 mmol/L)抑制了番茄种子的萌发。从图1(c、d)可以看出，由GA3处理的种子发芽率均高于ck，且施用100 μmol/L的GA3后，在不同处理期内，发芽率均达到最大值，然而当外源GA3浓度增加到200 μmol/L时，种子发芽率突然下降，接近对照ck，无显著性差异。

由图2可以看出，在25 mmol/L、50 mmol/L和100 mmol/L NaCl处理下加入20～200 μmol/L的GA3，发芽率均呈先上升后下降的趋势，当GA3浸种浓度为100 μmol/L时，两个番茄品种的发芽率在不同处理期均达到最大值，与各自ck处理差异显著(p<0.05)。然而当GA3浸种浓度升高至200 μmol/L时，发芽率逐渐下降，接近ck处理，表明当GA3浓度过高，反而失去了促进番茄种子发芽的作用。三种处理所得结果趋势相一致，但不同的是在高浓度的盐胁迫(100 mmol/L)处理下，种子于第96小时才开始萌发，加入GA3处理后发芽率都明显提高，但在处理期间仍未完全萌发。

2.2 不同浓度的GA3处理对盐胁迫下番茄种子发芽势的影响

种子的发芽能力在胁迫条件下会发生变化，发芽势是反映种子发芽能力的主要指标之一[15]。由表2可以看出，在GA3处理下，SH 19-4和SH 19-6的发芽势随着GA3浓度的增加呈上升的趋势，而在NaCl处理下，发芽势与NaCl浓度的递增呈负相关，其中在100 mmol/L的NaCl处理下，SH 19-4和SH 19-6发芽能力最弱，发芽势与ck1相比分别降低了96%和95%，有显著性差异(p<0.05)，在此浓度下，番茄的发芽进程大幅度减慢，第120小时才开始萌发，明显晚于其他处理。

表2 不同浓度GA3对盐胁迫下番茄种子发芽势的缓解效应Table 2 Alleviating effect of different concentrations of gibberellin on tomato seed germination under salt stress

注：a为不同浓度GA3的处理对盐胁迫(25 mmol/L)下SH 19-4发芽率的影响；b为不同浓度GA3处理对盐胁迫(25 mmol/L)下SH 19-6发芽率的影响；c为不同浓度GA3处理对盐胁迫(50 mmol/L)下SH 19-4发芽率的影响；d为不同浓度GA3处理对盐胁迫(50 mmol/L)下SH 19-6发芽率的影响；e为不同浓度GA3处理对盐胁迫(100 mmol/L)下SH 19-4发芽率的影响；f为不同浓度GA3处理对盐胁迫(100 mmol/L)下SH 19-6发芽率的影响。图2 不同浓度GA3对盐胁迫下不同番茄品种发芽率的影响Fig.2 Effects of different concentrations of gibberellin on germination rate of different tomato varieties under salt stress

在25 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L的盐胁迫下分别加入20～200 μmol/L的外源GA3后，种子的发芽势显著高于盐溶液处理组，但随着GA3浓度的增加，发芽势呈先上升后下降的趋势。外源施加100 μmol/L GA3处理使得种子发芽势显著提升，达到最大值，在25 mmol/L NaCl处理下，SH 19-6与SH 19-4发芽势与ck2相比分别增加了17%和7%，在50 mmol/L NaCl处理下，SH 19-6与SH 19-4发芽势与ck3相比分别增加了12%和21%，在100 mmol/L NaCl处理下，SH 19-6与SH 19-4发芽势与ck4相比分别增加了3%和5%，与其对照处理均有显著性差异(p<0.05)，而加入200 μmol/L GA3处理下种子的发芽势与100 μmol/L GA3处理下种子的发芽势相比显著降低，接近对照处理，与其对照无显著性差异。

2.3 不同浓度的GA3处理对番茄种子发芽指数的影响

发芽指数是衡量种子发芽速度快慢的指标[16]。由表3可以看出，随着GA3浓度的增加，SH 19-4和SH 19-6的发芽指数呈上升趋势，在100 mmol/L NaCl处理下发芽指数与ck1相比，分别下降了57.66%和52.69%，差异显著(p<0.05)。在加入20～200 μmol/L的外源GA3后，其发芽指数呈先上升后下降的趋势，SH 19-4和SH 19-6在施加100 μmol/L外源GA3处理后，种子发芽指数显著提升，达到最大值，在25 mmol/L NaCl处理下，SH 19-6与SH 19-4发芽指数与ck2相比分别增加了6.84%和5.43%，在50 mmol/L NaCl处理下，SH 19-6与SH 19-4发芽指数与ck3相比分别增加了2.56%和5.24%，在100 mmol/L NaCl处理下，SH 19-6与SH 19-4发芽指数与ck4相比分别增加了5.54%和5.02%，与各自对照处理均有显著性差异(p<0.05)，而加入200 μmol/L GA3的盐胁迫下种子的发芽指数明显降低，且接近对照处理，与各对照差异不显著。

表3 不同浓度GA3对盐胁迫下番茄种子发芽指数的缓解效应Table 3 Alleviating effects of different concentrations of GA3on germination index of tomato seeds under salt stress

2.4 外源GA3对盐胁迫下番茄根长的影响

试验发现，盐胁迫不仅对番茄种子的发芽率、发芽势、发芽指数有明显抑制作用，还对根长有一定的影响。胚根的生长状况是衡量盐胁迫对种子萌发影响的指标之一，由图3 a可见，盐胁迫下番茄种子幼苗根长随盐浓度的增加逐渐下降，番茄主胚根生长受到明显抑制，表现为根长生长缓慢。由图3 b可见，加入20～200 μmol/L GA3处理后，根长均有不同程度的提高，在25 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L的盐胁迫下加入100 μmol/L外源GA3,SH 19-4和SH 19-6的根长高于对照及其他处理，达到最大值，表现为生长速度加快，说明GA3对盐胁迫下主胚根长生长有一定促进作用。然而采用200 μmol/L GA3的处理幼苗表现出较弱的盐胁迫缓解效应，根长接近于对照，可见GA3浓度过高，失去了促进番茄幼苗生长的作用。

注：a为不同处理对番茄品种根长的影响;b为不同浓度GA3处理对盐胁迫处理下番茄根长的影响。图3 不同处理对不同番茄品种根长的影响Fig.3 Effects of different treatments on root length of different tomato varieties

3 结果与讨论

作物对土壤中的高盐度比较敏感，盐胁迫主要通过渗透胁迫离子特异效应和氧化胁迫影响种子萌发，而且影响植物外部形态变化，内部结构建成及各种代谢过程[19]。继而损害幼苗的生长，通常表现为：植株生长速度缓慢，茎秆矮小，叶片黄化甚至脱落，根系发育不良等多种方面，同时盐胁迫还会降低GA3的活性，影响植物的正常生理代谢，进而抑制植物生长[2]，因此，提高植物的耐盐性，提高作物的产量和质量至关重要。大量研究表明，不仅可以通过改变作物的生长环境来缓解盐胁迫带来的伤害，还可以施用适量的外源激素来提高作物的抗盐能力，这也是改善田间生产性能的一条重要途径。

近年来，国内外学者围绕着植物激素对植物生长发育的影响开展了大量的研究，并且发现植物体内各种激素的含量与耐盐性存在特定的关系[21]。在盐胁迫下施加外源激素可以显著提高植物耐盐性，从而缓解盐胁迫带来的伤害，促进植物的生长[21]。刘拴成等[22]研究表明，外源添加100 mmol/L的吲哚乙酸和GA3可以促进盐胁迫下番茄种子的萌发，揭示了番茄萌发期的耐盐生理特性， 对番茄的耐盐育种研究具有重要意义。高添乐等[18]研究表明，喷施外源GA3对甜玉米幼苗所受盐胁迫伤害有一定的缓解作用。本实验中，随着盐浓度的升高，发芽率、发芽势以及发芽指数不断下降，当盐浓度过高(200 μmol/L)时，超出了植物本身的降解毒素的能力，番茄种子完全不萌发，在不同浓度的GA3处理中，100 μmol/L是缓解番茄幼苗在不同盐浓度梯度下最佳的浓度。说明在一定浓度范围内GA3能有效缓解盐对番茄种子萌发和幼苗生长的逆境胁迫。但就GA3在盐胁迫条件下如何调控番茄幼苗的代谢途径，对番茄后期的生长是否有相同的缓解作用等问题，仍需要进一步的研究。

综上所述，以GA3处理的盐胁迫下番茄种子萌发及幼苗根长生长速度的变化，为植物的耐盐育种提供了新的理论指导和方法，当番茄受到一定浓度的盐胁迫从而影响到种子萌发及其幼苗生长时， 可以通过施加一定浓度的GA3以缓解盐胁迫带来的不利影响。本实验中GA3浓度为100 μmol/L时作用最佳，具体施用剂量应根据实际生产情况而定。