盐碱胁迫下S-诱抗素对玉米萌发及生长的影响

张建业 杜庆志 刘 翔 邓佳辉 焦 芹 龚 洛 姜兴印

（山东农业大学植物保护学院，271018，山东泰安）

玉米（Zea maysL.）为禾本科C4作物，属于盐敏感植物，是我国主要的经济粮食作物[1-2]，但玉米生长易受盐碱土壤的伤害。盐碱胁迫对植物产生的危害主要包括缓慢的渗透胁迫和此后的离子毒害，对玉米生长的危害主要表现在抑制种子的萌发[3-4]、减弱玉米的光合作用和呼吸作用[5-7]、损伤质膜[8-9]和抑制生长发育等[10-11]。

盐碱胁迫下，植物主要通过合成渗透调节物质[12]、提高酶的抗氧化能力[13]、对离子选择性吸收[14]、平衡营养、改变代谢类型和调整生物量的分配等方法来减轻不良环境对其生长发育造成的伤害。S-诱抗素（S-abscisic acid，S-ABA，天然脱落酸）是具有重要生理活性的植物生长调节剂之一，其调节活性得到了人们的认可，在不同时期应用可以提高植物对温度[15]、水分[16]、盐碱[17]、金属离子和病虫害等逆境的抗性，减小逆境对植物机体的伤害。

S-ABA可通过调节多种生理代谢过程提高植物抗逆性，大多数玉米都具有盐敏感特性，在盐碱地种植会受到很大的限制，严重降低盐碱地的利用率，采用S-ABA拌种和喷雾处理会显著提高玉米的发芽率以及促进幼苗的生长，提高玉米生长过程中的耐盐碱能力，保证玉米的产量与品质，研究S-ABA在盐碱胁迫下对玉米生长的影响，对于丰富提高玉米抗盐性理论具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验玉米品种为登海605，采购于山东登海种业股份有限公司，生育期为101d。

试验药剂：90%S-ABA原药来自江西新瑞丰生化股份有限公司，经本实验室加工制成0.25%S-ABA悬浮种衣剂。超氧化物歧化酶（SOD）试剂盒（NBT法）和过氧化物酶（POD）试剂盒由苏州科铭生物技术有限公司提供。

1.2 供试土壤

供试盐碱土壤采自山东省德州市乐陵市兴隆镇乐福工业园（117°13′53.076″E，37°43′53.90″N），类型为滨海盐化潮土，在中国土壤系统分类中为弱盐淡色潮湿雏形（parasalie oochni-aquic cambosols）。采集的土壤自然风干过60目筛后备用，盐碱土壤的基本理化性质为有机质7.69g/kg、全氮0.5g/kg、全磷1.83g/kg、全钾35.9g/kg、速效氮85.6mg/kg、有效磷14mg/kg、速效钾186mg/kg、pH 8.72、全盐含量0.21%。

1.3 试验设计

1.3.1 种子萌发试验 （1）玉米种子用10%NaClO消毒10min，捞出用蒸馏水漂洗干净表面，晾干。将消毒后的种子置于铺有2层滤纸的15cm培养皿中，每个培养皿放置玉米种子20粒，重复3次。设NaCl浓度分别为 0（CK）、30（Y1）、60（Y2）、90（Y3）、120（Y4）和 150mmol/L（Y5），每个培养皿加入NaCl溶液20mL，在种子上覆盖NaCl溶液湿润的滤纸，置于26℃恒温培养箱（光照:黑暗=14h:10h）中进行萌发试验，按时观察并记录每个培养皿中种子的发芽及生长情况。（2）将消毒后的种子浸泡于盛有清水（T0）和不同浓度S-ABA药液[0（T1）、2（T2）、4（T3）、6（T4）和 8mg/L（T5）]的烧杯中，放入培养箱室温避光浸泡10h，捞出控干表面水分后放入垫有滤纸的培养皿中，T1～T5处理的每个培养皿加入90mmol/L NaCl溶液20mL，在种子上面分别覆盖用NaCl溶液湿润的滤纸，置于26℃恒温培养箱中进行萌发试验，按时观察并记录每个培养皿中种子的发芽及生长情况。

1.3.2 盐碱土盆栽试验 拌种试验共设置S-ABA 0.5（S3）、1.0（S4）、1.5（S5）、2.0（S6）和 2.5mg/10kg（S7）5个拌种处理，以及未进行拌种处理的正常土壤对照（S1）和盐碱土壤对照（S2）。其中每个拌种处理的拌种量为1kg玉米，拌匀后放置在阴暗通风处晾干备用。播种前挑选均匀饱满且大小一致的正常玉米种子，播种于宽18cm、高24cm的塑料盆中，每盆播种3粒，放到山东农业大学科研玻璃温室中进行自然萌发生长；S-ABA喷雾试验设置4个不同S-ABA喷雾浓度，分别为12.5（S8）、25.0（S9）、50.0（S10）和75.0mg/L（S11），待玉米幼苗长至3叶1心时进行喷雾处理，喷雾处理7d后测定拌种和喷雾处理玉米幼苗的各项生理指标。每个处理设置3个重复，每个重复设置5盆。

1.4 测定项目及方法

发芽率：每个处理种植100粒种子，共设置3个重复，播种后7d调查发芽种子数，计算发芽率。

用分光光度计法测定叶绿素含量；用TTC法测定根系活力；用NBT法测定SOD活性；用愈创木酚法测定POD活性；用碘试法比色测定α-淀粉酶活性。

1.5 数据处理

用Excel求其平均值，利用SPSS 20.0软件进行数据处理，采用邓肯氏新复极差（DMRT）法进行统计分析。P＜0.05表示差异显著，图中竖线表示标准误。

2 结果与分析

2.1 S-ABA对玉米种子萌发的影响

2.1.1 不同浓度NaCl处理对玉米萌发的影响 由表1可以看出，不同浓度的NaCl处理都会对玉米种子的萌发产生一定的抑制作用，主要体现在延缓种子萌发，降低发芽势和发芽率，抑制种子幼芽和幼根的伸长和生长，并且降低玉米种子的α-淀粉酶活性，从而减弱玉米种子自身对盐胁迫逆境的抗性。在NaCl浓度为0mmol/L的正常环境下，玉米种子的萌发及生长情况远优于其他含NaCl的处理，随着NaCl浓度的升高对种子萌发的抑制作用愈发明显；总体来看，在相邻2个浓度变化中，NaCl浓度为60mmol/L和90mmol/L之间各指标变化范围较大，说明玉米萌发在NaCl浓度为90mmol/L时受到的逆境胁迫最敏感，所以将NaCl浓度为90mmol/L作为后续研究S-ABA对玉米萌发影响的适宜盐浓度。

表1 不同浓度NaCl处理对玉米萌发的影响Table 1 Effects of different concentrations of NaCl treatments on maize germination

2.1.2 不同浓度S-ABA浸种处理对玉米萌发的影响 由表2可知，在NaCl浓度为90mmol/L的盐胁迫下，与未经过S-ABA浸种处理的对照（T1）相比，T2～T5处理的发芽率分别增加9.10%、22.73%、29.55%和20.46%，根长分别提高15.40%、33.16%、70.23%和55.87%，芽长分别提高34.58%、54.35%、97.69%和79.21%，根鲜重分别提高36.13%、61.34%、112.61%和86.55%，芽鲜重分别提高39.13%、95.65%、136.23%和113.04%，α-淀粉酶活性分别提高18.40%、45.40%、83.33%和67.82%。当S-ABA浸种浓度为6mg/L时效果最佳，玉米萌发的发芽势、发芽率、根长芽长、根芽鲜重和α-淀粉酶活性达到最大，与其他处理有显著差异。

表2 不同浓度S-ABA处理对玉米萌发的影响Table 2 Effects of different concentrations of S-ABA on maize germination

2.2 S-ABA拌种处理对玉米萌发生长及生理生化的影响

2.2.1 对玉米种子萌发及幼苗生长的影响 由表3可知，与种子未经处理的盐碱土壤对照（S2）相比，经过S-ABA拌种处理后玉米种子的抗盐碱能力显著提高，主要表现在发芽势和发芽率的提高、促进幼苗株高和根长的生长以及地上部分和地下部分的生长等方面，且在一定范围内随着S-ABA拌种浓度的提升，促进效果呈先上升后减弱的趋势。其中S-ABA拌种浓度为2.0mg/10kg时的效果最佳，发芽势达到了70.00%，发芽率为91.67%，株高增长25.35%，根长增加31.17%，地上和地下鲜重分别增加37.98%和45.70%。

表3 S-ABA拌种处理对玉米种子萌发及幼苗生长的影响Table 3 The effect of S-ABA seed dressing treatment on maize seed germination and seedling growth

2.2.2 对玉米幼苗根活力和叶绿素含量的影响由图1可知，不同S-ABA浓度拌种处理的根系活力分别为23.36、26.03、26.84、29.17和27.57μg/(h·g)，与对照（S2）相比，根系活力分别提高了46.54%、63.30%、68.39%、83.00%和72.95%，差异显著，其中S-ABA拌种浓度为2.0mg/10kg时的效果最佳。正常土壤下种子未经处理的对照（S1）的叶绿素含量为5.42mg/kg，种子未经过处理的盐碱土壤对照（S2）的叶绿素含量为2.95mg/kg。与S2处理相比，经过S-ABA拌种后的叶片叶绿素含量显著提升，分别是S2处理的1.32、1.39、1.64、1.70和1.66倍，处理之间差异显著，其中S-ABA拌种浓度为2.0mg/10kg时效果最佳。

图1 S-ABA拌种处理对玉米幼苗根活力和叶绿素含量的影响Fig.1 The effects of S-ABA seed dressing treatment on maize seedling root vigor and chlorophyll content

2.2.3 对玉米幼苗抗氧化酶活性的影响 由图2可以看出，受盐碱胁迫的影响，玉米幼苗根部、叶片的SOD和POD活性都有所提高，S2处理玉米幼苗叶片和根部的SOD活性达到了146.52和146.73U/(min·g)，与S2处理相比，经过S-ABA拌种后的玉米幼苗叶片的SOD活性分别提高了28.16%、36.11%、51.06%、85.01%和71.79%，幼苗根部的SOD活性分别提高了16.89%、24.84%、36.06%、58.74%和49.15%，差异显著；S2处理玉米幼苗叶片和根部的POD活性达到了7566.67、6566.67U/(min·g)，与S2处理相比，经过S-ABA拌种后的玉米幼苗叶片的POD活性分别提高了14.18%、21.15%、28.72%、36.83%和32.95%，幼苗根部的POD活性分别提高了64.67%、70.36%、76.24%、94.82%和80.61%，差异显著。

图2 S-ABA拌种处理对玉米幼苗抗氧化酶活性的影响Fig.2 The effects of S-ABA seed dressing treatment on root vigor and chlorophyll content of maize seedlings

2.3 S-ABA喷雾处理对玉米幼苗生长及生理生化的影响

2.3.1 对玉米幼苗根活力和叶绿素含量的影响由图3可知，不同S-ABA浓度喷雾处理的根系活力分别为 19.34、20.97、24.28和 24.32μg/(h·g)，与S2处理相比，根系活力分别提高了21.34%、31.53%、52.31%和52.58%，差异显著，其中S-ABA喷雾浓度为50和75mg/L时的效果最佳；不同S-ABA浓度喷雾处理的叶绿素含量分别为3.94、4.11、4.57和4.31mg/kg，与S2处理相比，经过S-ABA喷雾后的叶片叶绿素含量显著提升，分别是S2处理的1.33、1.39、1.55和1.46倍，处理之间差异显著，其中S-ABA喷雾浓度为50mg/L时的效果最佳。

图3 S-ABA喷雾处理对玉米幼苗根活力和叶绿素含量的影响Fig.3 The effects of spraying treatment with S-ABA on root vigor and chlorophyll content of maize seedlings

2.3.2 对玉米幼苗抗氧化酶活性的影响 由图4可以看出，与S2处理相比，经过S-ABA喷雾处理后的玉米幼苗叶片的SOD活性分别提高了33.31%、46.08%、70.80%和54.47%，幼苗根部的SOD活性分别提高了20.76%、30.93%、51.10%和38.21%，差异显著。玉米幼苗叶片的POD活性分别提高了4.90%、9.44%、113.97%和10.64%，幼苗根部的POD活性分别提高了42.13%、50.15%、58.88%和51.57%，差异显著。

图4 S-ABA喷雾处理对玉米幼苗抗氧化酶活性的影响Fig.4 The effects of spraying treatment with S-ABA on the antioxidant enzyme activity of maize seedlings

2.4 S-ABA拌种和喷雾混合处理对玉米生理生化指标的影响

2.4.1 对玉米根活力和叶绿素含量的影响 由图5可知，不同S-ABA浓度拌种+喷雾混合处理的根系活力分别为 30.00、30.84、28.64 和 29.73μg/(h·g)，与S2处理相比，根系活力分别提高了86.94%、92.13%、78.42%和85.21%，差异显著，其中S-ABA 2.0mg/10kg拌种+50mg/L喷雾时的效果最佳；不同S-ABA浓度拌种+喷雾处理的叶绿素含量分别为5.24、5.46、5.03和5.30mg/kg，与S2处理相比，经过S-ABA拌种+喷雾后的叶片叶绿素含量明显提升，分别是S2处理的1.72、1.80、1.65和1.74倍，处理之间差异显著，其中S-ABA 2.0mg/10kg拌种+50mg/L喷雾时的效果最佳。

图5 S-ABA拌种和喷雾混合处理对玉米根系活力和叶绿素含量的影响Fig.5 The effects of seed dressing and spray mixing with SABA on root vigor and chlorophyll content of maize

2.4.2 对玉米幼苗抗氧化酶活性的影响 由图6可以看出，与S2处理相比，经过S-ABA拌种+喷雾处理后的玉米幼苗叶片的SOD活性分别提高了76.67%、86.71%、64.73%和72.39%，幼苗根部的SOD活性分别提高了61.29%、70.35%、53.60%和57.83%，差异显著；玉米幼苗叶片的POD活性分别提高了39.17%、51.20%、25.62%和10.64%，幼苗根部的POD活性分别提高了44.17%、51.88%、34.52%和39.83%，差异显著。

图6 S-ABA拌种和喷雾处理对玉米幼苗抗氧化酶活性的影响Fig.6 Effects of S-ABA seed dressing and spray treatment on the antioxidant enzyme activities of maize seedlings

3 讨论

种子时期是玉米抗盐碱能力最弱、但也是最重要的时期之一。盐碱胁迫会抑制种子的萌发，且随着盐碱程度的不断加深，种子的发芽势、发芽率和种子活性等方面会受到不同程度的抑制，这与彭云玲等[18]的研究结果一致；外源生长调节物质可促进种子萌发早期的多种代谢途径[19]，同时还能调控植物形态，与本试验结果一致。

脱落酸作为盐碱胁迫下的重要信号因子，是植物逆境环境的调控物质之一，对作物胁迫抗性诱导起到关键作用[20]，经过S-ABA拌种和喷雾处理都能显著促进玉米幼苗的生长，主要表现在根长和株高的增长，地上和地下部分重量的增加，有效缓解了盐碱胁迫对幼苗生长带来的影响。

光合作用是植物应对盐碱胁迫的最敏感过程之一，是评定植物抗盐碱胁迫的重要指标[21]，同时玉米在遭受盐碱胁迫后体内会生成大量的活性氧，SOD和POD等活性代表着植物清除活性氧的能力[22]，本试验中经过S-ABA拌种和喷雾处理后都可以提升玉米幼苗叶片的SOD和POD活性以及叶绿素含量，保证盐碱胁迫下玉米幼苗正常的光合作用。

4 结论

随着NaCl浓度的递增，玉米种子的发芽率、发芽势、根芽鲜重及长度和α-淀粉酶活性均受到了明显抑制，应用不同浓度的S-ABA浸种处理都会对玉米种子的萌发产生一定的促进作用，其中S-ABA浸种浓度为6mg/L时效果最突出；在玉米幼苗阶段提高抗盐碱能力方面，S-ABA能够通过提高抗氧化酶活性减缓盐碱胁迫对幼苗生长的伤害，提高幼苗的光合作用和根系活力，其中SABA拌种处理的效果要优于喷雾处理，并且在S-ABA 2.0mg/10kg拌种+50mg/L喷雾混合处理时效果最佳。