褪黑素对盐胁迫下高粱种子萌发的缓解效应及生理机制

聂萌恩, 宁 娜, 张一中, 李双双, 范昕琦, 柳青山, 张海平

(1.山西农业大学农业基因资源研究中心, 太原 030000; 2.楚雄师范学院, 云南 楚雄 675000;3.山西农业大学高粱研究所/高粱遗传与种质创新山西省重点实验室, 山西 晋中 030600;4.山西农业大学/省部共建有机旱作农业国家重点实验室(筹), 太原 030000)

土壤盐渍化是世界范围内普遍存在的限制农业生产的重要非生物胁迫之一,我国盐渍化土壤面积约占世界盐渍土面积的1/10,因此盐碱地的改良和综合开发利用已成为我国农业生产亟待解决的问题[1-2]。高粱(Sorghμmbicolor(L.)Moench)为禾本科高粱属一年生作物,具有抗逆性强、光合速率高等特性,是盐渍化土壤的潜力作物,可用于盐碱地的改良,因而在盐碱、干旱等边际土地上被广泛种植[3]。种子萌发和幼苗生长是作物形态建成及营养物质积累的前提,种子萌发期也是对外界环境最敏感的时期,如遇不良环境,将极大降低作物产量[4]。因此,提高盐胁迫下高粱种子萌发是推广高粱种植和开发利用盐渍化土壤的重要前提。播前种子处理是提高植株抗逆性的重要手段之一,外源生长调节物质浸种可通过调节离子平衡、提高抗氧化酶活性和增加渗透调节物质含量等途径有效减缓盐胁迫导致的水势降低和离子毒害等不良影响,显著增强植株耐盐能力[5]。褪黑素是一种有效的抗氧化剂,能快速清除植物体内过量活性氧,降低膜脂过氧化程度,增强植株抗逆性,进而保障植株正常生长[6]。刘佳奇等[7]研究表明,100～150 μmol/L的褪黑素浸种可有效提高小麦种子耐盐性。Zhang等[8]研究表明,褪黑素对植物的生长发育具有类似于IAA的作用,并可促进植物的开花、光合作用、衰老和种子萌发。

目前,关于粒用高粱对盐胁迫响应方面的研究主要集中在耐盐胁迫基因的挖掘、耐盐种质资源的筛选与鉴定,以及盐胁迫下植株生理生化反应。张飞等[9]研究表明,苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成、苯丙烷类生物合成3个途径的基因过表达可能是造成盐害的重要原因。王海莲等[10]研究表明,萌发期盐胁迫对高粱幼苗形态建成影响最大,拔节前期盐胁迫对高粱穗鲜重的影响最大。有关褪黑素对盐胁迫下高粱种子萌发缓解作用及评价指标的研究鲜有报道,因此本试验以粒用高粱晋杂2002为试验材料,探讨褪黑素对盐胁迫下高粱种子萌发及生理特性的调节效应,揭示褪黑素缓解高粱盐胁迫作用机制,为高粱栽培调控及盐碱地生产应用提供技术基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试高粱品种为晋杂2002,由山西农业大学高粱研究所提供。褪黑素(分析纯)购买于Sigma公司(美国)。

1.2 试验方法

1.2.1筛选试验

盐溶液由 NaCl(分析纯)和蒸馏水配置而成, 设置7个浓度,即0 mmol/L,40 mmol/L,80 mmol/L,120 mmol/L,160 mmol/L,240 mmol/L,280 mmol/L。于2022年4月13日将高粱种子选种及消毒后,清水浸种12 h后取10粒均匀摆放于培养皿(直径90 mm)中,重复3次,培养皿中分别加入相应浓度的NaCl溶液2 mL并放置于室温下,每24 h换一次NaCl溶液以保证盐浓度不变,观察并统计种子的萌发数量。

以筛选的NaCl浓度来确定缓解盐胁迫下高粱种子萌发的最适褪黑素浓度。浸种溶液褪黑素设置9个浓度,即0 μmol/L,10 μmol/L,50 μmol/L,100 μmol/L,200 μmol/L,500 μmol/L。于2022年4月22日将高粱种子选种及消毒后置于不同褪黑素浓度培养皿黑暗浸泡12 h,将浸种后的种子用蒸馏水冲洗3次并吸干水分。筛选步骤同盐浓度的确定。

1.2.2试验处理

以预试验筛选出的120 mmol/L作为盐(NaCl)溶液浓度,以100 μmol/L作为褪黑素浓度。试验于2022年5月2日在光照培养箱中进行,光照周期为12 h昼/12 h夜,温度为(25±1)℃。挑选大小一致的高粱种子选种及消毒后,分别置于0 μmol/L,100 μmol/L的褪黑素溶液中室温避光浸种12 h,捞出后蒸馏水冲洗并吸干水分,取25粒置于培养皿(直径90 mm)中,设置4个处理,ck(0 mmol/L NaCl+0 μmol/L褪黑素)、MT(0 mmol/L NaCl+100 μmol/L褪黑素)、NaCl(120 mmol/L NaCl+0 μmol/L褪黑素)、MT+NaCl(120 mmol/L NaCl+100 μmol/L褪黑素),每处理重复5次,每24 h更换NaCl溶液以保证盐浓度不变。第3天测定发芽势,第7天测定发芽率、芽长、根长、鲜重、干重、相对电导率、根系活力、光合色素含量;种子萌发至第4,6,8天分别取胚根胚芽混合物测定抗氧化酶活性、渗透调节物质含量和丙二醛含量。

1.3 测定方法

1.3.1生长指标测定

胚根、胚芽长度:用游标卡尺测量胚根长、胚芽长。

干物质:取整颗发芽种子105 ℃杀青30 min,65 ℃烘干至恒重。

发芽势/%=(第3天发芽种子数/供试种子总数)×100%;

发芽率/%=(第7天发芽种子数/供试种子总数)×100%。

1.3.2生理指标测定

叶绿素(Chl)含量测定采用95%乙醇浸提法;可溶性糖(SS)含量测定采用蒽酮比色法;可溶性蛋白(SP)含量测定采用考马斯亮蓝法;脯氨酸(Pro)含量测定采用茚三酮法;根系活力(RA)测定采用TTC还原法;超氧化物歧化酶活性(SOD)测定采用氮蓝四唑(NBT)法;过氧化物酶活性(POD)测定采用愈创木酚法;过氧化氢酶活性测定(CAT)采用高锰酸钾滴定法;丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸法,以上指标的测定均参照李小方和张志良[11]实验方法;相对电导率(RC)测定采用电导率仪法[12]。

1.4 数据处理

用WPS office 2022软件整理试验数据及制作图表,用SPSS 17.0、Origin 2021软件进行单因素方差分析、相关性分析及主成分分析。

2 结果与分析

2.1 盐浓度和褪黑素浓度的筛选

由图1可知,高粱种子的发芽势和发芽率随着盐胁迫浓度的增加而逐渐降低,与0 mmol/L NaCl相比,NaCl浓度低于40 mmol/L,高粱种子萌发受到轻微胁迫,只有胚根长度显著降低;80～120 mmol/L NaCl处理下,高粱种子萌发受到中等胁迫,发芽势和发芽率显著降低,但其胚根和胚芽的伸长未受到完全抑制;在160～200 mmol/L NaCl处理下,高粱种子萌发受到严重胁迫,胚芽受到抑制且不伸长;NaCl浓度高于240 mmol/L时,高粱种子萌发完全受到胁迫,种子发芽势为0,其胚根和胚芽都受到抑制且不伸长。120 mmol/L NaCl对高粱种子有抑制作用,但不会完全抑制其胚芽或胚根的伸长,因此本试验选取该浓度模拟盐胁迫。

注:不同字母表示在0.05水平上有显著差异。下同。

由图2可知,在盐胁迫下,褪黑素浸种处理高粱种子的发芽势和发芽率随着褪黑素浓度的升高呈先升后降的趋势,在100 μmol/L时达到最大。与0 μmol/L褪黑素处理相比,100 μmol/L褪黑素处理高粱种子发芽势和发芽率分别显著上升30.37%和26.24%;200 μmol/L和500 μmol/L 褪黑素浸种高粱种子萌发都会降低。说明低浓度(≤100 μmol/L)褪黑素浸种促进盐胁迫下高粱种子的萌发,而高浓度(≥200 μmol/L)褪黑素浸种超过高粱种子承受范围会对其产生毒害作用,对其萌发有抑制效果,因此本试验选取100 μmol/L作为褪黑素浸种浓度。

图2 不同浓度褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子萌发的影响

2.2 褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子萌发的影响

2.2.1褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子干物质积累的影响

如表1所示,盐胁迫会抑制高粱种子胚根和胚芽伸长。与ck相比,NaCl处理的高粱种子胚根和胚芽长度分别显著下降了40.44%和51.08%,褪黑素浸种对高粱种子胚根、胚芽的伸长促进效果不显著;与NaCl处理相比,MT+NaCl处理对高粱种子胚根伸长促进效果不显著,但其胚芽显著增长了20.00%。在盐胁迫下,高粱种子胚芽、胚根的鲜重和干重都显著下降。与ck相比,褪黑素浸种对高粱种子胚芽干重、胚根鲜重和干重影响不显著,但胚芽鲜重显著增加了17.67%。与NaCl处理相比,MT+NaCl处理胚芽干重和胚根鲜重分别显著增加39.88%和47.80%。说明褪黑素浸种对高粱种子萌发及生物量积累有促进作用,同时也能有效地缓解盐胁迫对高粱种子萌发生长的抑制效果。

表1 褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子干物质重量的影响

2.2.2褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子抗氧化酶活性的影响

由图3可知,随高粱种子萌发时间的延长,其SOD、POD、CAT活性呈先升高后降低的趋势,在第6天达到最大,各处理间SOD、POD、CAT活性大小依次为MT+NaCl>NaCl>MT>ck。以第6天为例,在正常水分条件下,褪黑素处理的高粱种子SOD、POD、CAT活性与ck相比分别提高了4.33%,13.38%,13.77%;在盐胁迫条件下,NaCl处理的SOD、POD、CAT活性与ck相比分别显著提高了20.35%,39.31%,38.80%;MT+NaCl处理的SOD、POD、CAT活性与NaCl相比分别显著提高了7.39%,15.21%,16.98%。表明外源褪黑素浸种在正常水分条件和盐胁迫条件下均能有效提高高粱种子SOD、POD、CAT活性,且对盐胁迫条件下的提升效果要优于正常水分条件。

图3 褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子抗氧化酶活性的影响

2.2.3褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子渗透调节物质及MDA含量的影响

如图4 A所示,随高粱种子萌发时间的延长,可溶性糖含量呈先升后降的趋势。高粱种子萌发至第4,6,8天,与ck相比,NaCl处理的高粱种子可溶性糖含量分别显著增加16.07%,19.70%,3.70%,MT处理的高粱种子可溶性糖含量分别显著增加12.67%,16.32%,11.99%;与NaCl处理相比,MT+NaCl处理的高粱种子可溶性糖含量分别显著增加30.92%,36.66%,9.29%。可溶性蛋白含量与可溶性糖含量的变化趋势基本一致(图4 B)。在正常条件下,MT处理的可溶性蛋白含量增加幅度小于可溶性糖增加幅度。在盐胁迫条件下,MT+NaCl处理可溶性蛋白含量增加幅度仅在第8天大于可溶性糖。表明外源褪黑素浸种能显著提高盐胁迫下高粱种子可溶性糖和可溶性蛋白含量。

图4 褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子渗透调节物质及MDA含量的影响

随高粱种子萌发时间的延长,Pro含量呈先降后升的趋势(图4 C)。盐胁迫显著提高了高粱种子中Pro含量。外源褪黑素浸种对Pro含量的积累具有明显的促进作用。高粱种子萌发至第4,6,8天,在盐胁迫条件下,MT+NaCl处理的高粱种子Pro含量比NaCl处理分别显著上升37.42%,7.99%,20.01%;然而,在无盐胁迫条件下,褪黑素浸种对Pro含量的影响较小,MT处理的Pro含量与ck相比分别增加5.88%,7.89%,0.35%。说明,褪黑素浸种对盐胁迫下Pro含量增加幅度要比正常水分处理大。

MDA含量随高粱种子萌发时间的延长逐渐升高(图4 D)。高粱种子萌发第4,6,8天,NaCl处理的高粱种子MDA含量最高,比ck处理分别显著提高59.53%,43.46%,34.69%;褪黑素浸种可显著降低高粱种子MDA含量,MT处理比ck处理分别显著降低38.50%,26.26%,28.12%,MT+NaCl处理比NaCl处理分别显著降低31.49%,25.72%,19.07%。表明外源褪黑素浸种可有效降低盐胁迫下高粱种子MDA含量,降低细胞膜脂过氧化程度。

2.2.4褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子发芽后RA及RC的影响

由图5 A可知,ck、MT、NaCl和MT+NaCl处理下,高粱种子RA分别为11.47 μg/(g·h),11.49 μg/(g·h),6.73 μg/(g·h),8.59 μg/(g·h)。MT处理的高粱种子RA最大,与ck处理无显著差异;盐胁迫条件下,NaCl和MT+NaCl处理RA均显著低于ck和MT处理,但MT+NaCl较NaCl处理显著提高27.72%。RC变化趋势与RA相反(图5 B)。说明盐胁迫下高粱种子RA显著降低,RC显著升高,褪黑素浸种可减轻盐胁迫对RA及RC的影响。

图5 褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子RA和RC的影响

2.2.5褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子发芽后光合色素含量的影响

如图6所示,高粱种子萌发过程中,盐胁迫会抑制其光合色素合成,NaCl处理高粱种子萌发过程中叶绿素a含量(Chla)、叶绿素b含量(Chlb)及叶绿素总量(Chla+Chlb)与ck相比分别显著下降87.73%,90.88%,88.75%;褪黑素浸种处理促进了高粱种子萌发过程中光合色素的合成,MT处理Chla、Chlb、Chla+Chlb与ck相比分别显著上升56.01%,121.47%,54.16%;MT+NaCl处理Chla、Chlb、Chla+Chlb与NaCl处理相比分别显著上升3.80%,5.10%,2.81%。表明外源褪黑素浸种正常条件下和盐胁迫条件下均可增强高粱种子萌发过程中叶绿素的生物合成,缓解盐胁迫对叶绿素含量的降解作用。

图6 褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子光合色素含量的影响

2.2.6高粱种子萌发过程中形态及生理指标之间的相关性

为明确盐胁迫下高粱种子萌发过程中形态及生理指标之间的相关性,对20个代表性指标进行了相关分析(图7),发现发芽势(GP)、发芽率(GR)、胚芽长度(GL)、胚根长度(RL)、胚芽鲜重(GFW)、胚芽干重(GDW)、胚根鲜重(RFW)、胚根干重(RDW)与SOD活性(SOD)、POD活性(POD)、CAT活性(CAT)、可溶性糖含量(SS)、可溶性蛋白含量(SP)、脯氨酸含量(Pro)、根系活力(RA)、叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)和叶绿素总量(Chla+Chlb)均呈正相关,与MDA含量、电导率(RC)呈负相关。SOD、POD、CAT、SS、SP、Pro、RA与MDA呈负相关,MDA与RC呈正相关。表明高粱种子萌发过程中发芽势、发芽率升高,胚根长度、胚芽长度增加,抗氧化酶活性、根系活力、叶绿素含量升高、渗透调节物质含量增加,MDA含量及电导率降低,导致了干物质积累量增加,反映了高粱种子内部生理活动与形态建成的相关性。

注:GP为发芽势;GR为发芽率;GL为胚芽长度;RL为胚根长度;GFW为胚芽鲜重;GDW为胚芽干重;RFW为胚根鲜重;RDW为胚根干重;SOD为SOD活性;POD为POD活性;CAT为CAT活性;SS为可溶性糖含量;SP为可溶性蛋白含量;Pro为脯氨酸含量;MDA为MDA含量;RA为根系活力;RC为相对电导率;Chla为叶绿素a;Chlb为叶绿素b;Chla+Chlb为叶绿素总量。下同。

对高粱种子萌发过程中20个代表性性状进行主成分分析。由图8可知,将20个性状归成了2个主成分,贡献率分别为71.7%和20.0%,共解释了20个性状总变异的91.7%。第一主成分在GR、GL、RL、GFW、GDW、RDW、Chla、Chlb、Chla+Chlb等指标上具有较高的载荷量,以高粱种子萌发生长的情况为主,可称为生长因子;第二主成分在POD、CAT、SS、SP、Pro等指标上具有较高的载荷量,以高粱种子萌发植株体内生理变化的情况为主,可称为生理因子。

图8 高粱种子萌发20个形态及生理指标的主成分分析

3 结论与讨论

3.1 褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子萌发特性的影响

种子萌发期是植物生长发育的关键时期,该阶段发生逆境胁迫,会延缓植物萌发及幼苗生长,进而影响其最终产量[13-14]。盐胁迫对种子萌发的抑制作用是盐渍化土地限制农业生产的主要因素之一[15]。关于植物种子耐盐性的研究已有大量报道,Izadi等[16]研究表明,盐浓度低于40 mmol/L时,鼠尾草受到的伤害较小。胡卉芳等[17]研究表明,老芒麦相对发芽率随NaCl浓度增加而降低,但0.2%～0.4%浓度NaCl处理对部分老芒麦品系有一定的促进作用。盐胁迫对作物种子萌发的影响与盐分浓度及作物种类息息相关。本试验结果表明,盐胁迫下,粒用高粱种子的发芽势、发芽率随着盐浓度的升高而降低,低浓度NaCl对高粱种子萌发的抑制效果较小,高浓度NaCl(≥120 mmol/L)严重抑制高粱种子萌发,这与王志恒等[18]的研究结果一致。盐胁迫对高粱萌发过程中胚根、胚芽伸长的影响不同。王晓宁等[19]研究表明,随着盐胁迫程度的增加,甜高粱胚芽与胚根相比表现出更明显的抑制作用;范惠玲等[20]研究表明,当Na2SeO4胁迫浓度大于30 mmol/L时,白芥种子胚根、胚轴伸长受到显著抑制,与胚芽相比,胚根对盐胁迫更为敏感。本研究发现盐胁迫对高粱种子胚芽的抑制作用比胚根明显,其原因可能是盐胁迫导致外界环境的渗透压升高,胚根无法吸取足够的水分用以合成胚芽伸长所需的酶和蛋白质,胚芽细胞分裂分化受阻,但具体机制还有待进一步研究。

褪黑素作为一种吲哚类植物生长调节剂,在一定程度上能够调控植物萌发和代谢生长,帮助植物抵抗逆境胁迫[21]。本试验结果表明,盐胁迫下高粱种子的发芽率和发芽势随着褪黑素浓度的增加呈先升后降的趋势,在100 μmol/L时达到最大,与朱春权等[22]研究结果相似。说明褪黑素对高粱种子萌发的影响与所施用的剂量密切相关,100 μmol/L褪黑素作为本试验的最适褪黑素浓度。

高粱种子萌发与种子发芽能力有关,胚根、胚芽生长状况对种子萌发也至关重要。赫传杰等[23]研究表明,喷施外源50 μmol/L和100 μmol/L褪黑素均可显著提高干旱胁迫下樟子松苗木干重。段文静等[24]研究表明,10 μmol/L褪黑素浸种能显著缓解盐胁迫对棉花根系和株高的抑制作用。本研究表明,盐胁迫下,高粱种子萌发过程中胚根长度、胚芽长度以及生物量积累显著降低。褪黑素浸种后,高粱无论处于正常条件还是盐胁迫条件,其胚根、胚芽长度及生物量的增加量均高于同等条件下未施加褪黑素处理。说明褪黑素能缓解盐胁迫对高粱种子胚根、胚芽伸长的抑制,促进高粱种子萌发过程中生物量的积累,增强其抗逆性。

3.2 褪黑素浸种对盐胁迫下高粱种子生理特性的影响

盐胁迫能够诱导植物产生大量的活性氧,引发膜脂过氧化反应,破坏细胞膜结构和功能完整性,影响植物正常代谢活动[25]。抗氧化防御系统在缓解植物逆境胁迫方面具有重要作用,其分为酶类抗氧化和非酶类抗氧化剂防御体系,二者协同作用能迅速清除体内过量的活性氧物质,使植物体内的活性氧产生和清除处于一种动态平衡状态,保障机体正常代谢运转[26]。

植物还可通过非酶促系统来缓解盐胁迫危害,即植物处于逆境胁迫下,细胞会主动合成和积累各种渗透调节物质,包括SS、SP、Pro、甜菜碱等,这些渗透调节物质可以增加细胞液浓度,降低细胞内渗透势,维持细胞膨压,保障作物正常水分供应,促进作物生长[31]。本研究表明,盐胁迫下高粱种子渗透调节物质含量增加,这与前人研究中盐胁迫下辣椒[21]、甜高粱[19]等作物中渗透调节物质的含量增加的结果类似。外源褪黑素浸种正常条件下和盐胁迫条件下均可促进高粱种子萌发过程中渗透调节物质的积累,但对盐胁迫下促进效果更为明显,这与段文静等[25]对棉花的研究结果相似。

MDA作为膜脂过氧化产物,其含量变化反映了逆境胁迫对植物细胞的损伤程度[32]。逆境胁迫会导致作物细胞膜结构遭到破坏,细胞内的电解质外渗,从而使细胞浸提液电导率增大,相对电导率高度也可以反映细胞膜系统受破坏程度[33]。本研究表明,盐胁迫下高粱种子MDA含量和相对电导率显著增加,这与He等[34]在黄瓜中的研究结果一致;褪黑素浸种能有效减缓盐胁迫下高粱种子MDA含量和RC的增加幅度。说明褪黑素浸种能够缓解盐胁迫对细胞膜的损害,促进高粱种子正常萌发生长。

根系是作物第一时间感知逆境胁迫并作出应激反应最敏感的器官。RA是衡量根系生命力的主要指标之一,逆境胁迫下根系活力越强代表植物代谢越旺盛,抵抗逆境胁迫的能力越强[35]。本试验结果表明,盐胁迫显著抑制了高粱的RA,无论是否处于盐胁迫下,褪黑素浸种的高粱种子RA都高于同等条件下未施加褪黑素处理,这与向警等[36]对水稻的研究结果一致。说明褪黑素能够提高盐胁迫下高粱种子的RA,增强其吸收矿质元素的能力,保证高粱种子萌发和幼苗生长的正常营养和水分需求。

叶绿素作为植物进行光合作用最重要的色素,是光能吸收和转换的原初物质,其含量会受多种逆境的胁迫而下降[37]。陶荣荣等[38]研究发现,盐胁迫通过降低叶绿素含量及Fv/Fm抑制了小麦的光合作用,减少了光合产物的生成,造成最终的减产。本研究结果表明,盐胁迫造成高粱种子萌发过程中胚芽绿色部分叶绿素含量显著下降,褪黑素浸种可有效缓解盐胁迫下叶绿素下降幅度。其原因可能是褪黑素增强叶绿体中AsA-GSH循环效率,增强了活性氧的清除速率,进而缓解了逆境胁迫对叶绿体的损伤[39]。

3.3 高粱种子萌发形态及生理指标之间的相关性

通过对盐胁迫下高粱种子代表性指标进行相关性分析发现,高粱种子形态指标与SOD、POD、CAT、SS、SP、Pro、RA、Chl呈正相关,而与MDA、RC呈负相关。表明褪黑素浸种可通过促进抗氧化酶活性,来减轻盐胁迫对种子萌发的氧化损伤,还可通过增加渗透调节物质的积累缓解盐胁迫对高粱种子的渗透胁迫,促进高粱种子萌发和干物质的积累,提高高粱种子的耐盐性,但褪黑素无法完全缓解盐胁迫对作物造成的损伤,相较于非盐胁迫,其MDA含量增加,RC增加,RA及细胞色素含量降低,干物质积累减少。这与褪黑素能提高盐胁迫下油菜[40]、棉花[25]耐盐性研究结果一致。

主成分分析法是一种降维的方法,把一些错综复杂的指标归结为少数综合因子来反映原来变量的信息[41]。目前,该方法在种子萌发期耐盐碱研究中已有大量报道,如孙现军等[42]研究表明,倒二叶叶长、总叶片数、株高、倒二叶叶绿素、根长和根干重可作为苗期小麦耐盐性鉴定评价指标。王志恒等[43]研究表明,发芽势和芽干重可作为甜高粱种子萌发期耐盐性主要评价指标。但关于外源生长调节物质对高粱萌发期盐胁迫缓解性评价指标研究较少。在本研究中,通过主成分分析将20项指标归类为两大因子,各因子又分别以胚芽长度和可溶性糖含量为负荷量最大的指标,可作为褪黑素对盐胁迫下高粱种子萌发缓解性的评价指标。这与杨怡帆等[44]得出的细胞膜透性、MDA含量可作为氯化钙对盐胁迫下酸枣幼苗缓解性的评价指标不符,其原因可能是由于外源生长调节物质及作物种类不同,因而获得的主成分因子也不尽相同。

4 结 论

盐胁迫通过抑制水分吸收、加剧膜脂过氧化反应影响高粱种子萌发及胚根、胚芽伸长。褪黑素浸种可通过启动酶类抗氧化防御体系来提高高粱种子萌发过程中抗氧化酶活性,降低MDA积累;褪黑素浸种还可通过非酶类抗氧化防御体系来缓解盐害,即增加渗透调节物质含量,中和或缓解有害物质的损伤;同时褪黑素浸种还可增加种子胚根根系活力,提高胚芽绿色部分光合色素含量,这些均能提高高粱种子萌发期抵御盐胁迫能力,促进盐胁迫下高粱种子萌发和干物质的合成积累。对20个代表性指标主成分分析结果表明,褪黑素对盐胁迫下高粱种子萌发缓解性影响较大的指标为胚芽长度和可溶性糖含量。