GA3 处理对盐胁迫下5 种牧草种子萌发及幼苗生长的影响

崔文宁，孟静静，张文香，路 培，高培培，王 茜，张存在

（1.衡水学院生命科学学院, 河北 衡水 053000；2.河北省武邑县自然资源和规划局, 河北 衡水 053400）

植物的生长发育受多种因素的制约，当这种制约超过一定的限度时就会影响到植物正常的生长发育甚至会导致植物死亡，这种现象称为胁迫或逆境[1]。盐胁迫是植物在生长发育过程中普遍遇到的严峻问题，主要由土壤中的中性盐NaCl 所致[2]，且中、高浓度的单盐离子Na+和Cl-还会影响植物对Ca2+、K+等其他有益矿质元素的吸收，产生拮抗效应[3]。大多数植物受盐胁迫后会出现代谢障碍、水分胁迫、分裂减少甚至细胞膜解体等状况，最终导致植物细胞内外离子和水分失去平衡，代谢紊乱或者停止，植物生长受到抑制[4]。目前，盐胁迫已经成为导致作物减产的重要制约因素[5]。

种子的萌发期是植物整个生活史中最脆弱、最易受外界环境因子影响的阶段[6]，所以，在种子萌发期进行耐盐鉴定相对准确，最能体现植物对逆境的耐受性[7]。盐胁迫下种子幼苗阶段的生理特性与生长状况研究可有效提高优良品种和植株的选育[8]。目前针对种子的抗盐性研究已有不少报道[9-11]。植物生长调节剂与植物耐盐性的关系一直是研究植物耐盐机理的重要内容[12]。赤霉素(GA3)是一种高效、广谱的植物生长调节物质，在种子的休眠调节中发挥中心作用。外源添加一定浓度的GA3可提高植物的耐盐性，能提早打破种子的休眠，提高发芽率[13]；也可代替低温春化及长日照处理，诱导植物提前开花及促进生长发育。目前，已有许多相关GA3处理影响植物种子萌发的研究[14-17]，但相关GA3激素对盐胁迫下牧草种子萌发及幼苗生长影响的研究鲜有报道。

牧草大多是草本植物，投入成本低，产量高。近年来，由于环境变化和人类破坏，草地盐碱化程度逐年加重，牧草产量和质量受到严重影响[18-19]。黑麦草(Lolium perenne)、‘朝牧1 号’稗谷(Echinochloa crusgalli‘Chaomu1’)和羊草(Leymus chinensis)属于禾本科多年生植物，分布范围广，抗性强，可多次刈割，是当前畜牧业上常用的优质牧草；紫花苜蓿(Medicago sativa)和白三叶(Trifolium repens)是豆科多年生草本植物，品质优良，绿期长，适口性好，固氮能力强，是典型的蜜源牧草，其中紫花苜蓿还有“牧草之王”之称[20-21]。本试验以5 种常用优质牧草种子为研究对象，拟对GA3处理对盐胁迫下的牧草种子萌发特性和生长特性的影响进行系统研究，筛选出促进盐胁迫下5 种牧草种子萌发和幼苗生长的最佳GA3浓度，以期了解外源激素GA3对牧草盐胁迫逆境的缓解效应，从而进一步为改善土壤生态环境、促进畜牧业的发展提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料黑麦草、‘朝牧1 号’稗谷、羊草、紫花苜蓿、白三叶种子均由河北省武邑县自然资源和规划局提供。5 个品种种子均为2021 年采收，获取后暂存于4 ℃低温冰箱避光保存。

1.2 试验方法

1.2.1种 子处理

挑取饱满健康、无虫害、无缺刻的5 种牧草(黑麦草、‘朝牧1 号’稗谷、羊草、紫花苜蓿、白三叶)种子，试验前先用0.5%的KMnO4溶液浸种消毒20 min，用无菌水清洗冲洗3～4 次，再用吸水纸吸干备用。

1.2.2试 验设计

以100 mmol·L-1的NaCl 盐溶液模拟盐胁迫，经不同浓度的GA3溶液(0、25、50、100、150、250、500 mg·L-1)浸泡14 h，相应处理标记为(S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6)，设置无菌水处理作对照(CK)，每个处理100 粒种子，3 次重复。浸种完毕后，用0.1%的HgCl2消毒15 min，再用无菌水冲洗3～4 次，晾干备用。用垫有2 层无菌吸水滤纸的直径为11 cm 的培养皿作发芽床，种子均匀散开，加入5 mL 100 mmol·L-1的NaCl 溶液进行盐胁迫，每天固定时间称重并添加无菌水以保持一定的湿度和盐胁迫浓度。所有处理进行相同的操作。

1.2.3 相 关指标测定

以牧草种子胚根长度≥ 1/2 种子粒径时视为种子发芽[20]，第5 天结束后统计发芽势(GE)，10 d结束后停止试验，测定种子的萌发情况。测定指标：种 子 的 根 长(root length, RL)、苗 高(shoot length,SL)、发 芽 率(germination percentage, GP)、发 芽 势(germination energy, GE)、 发 芽 指 数 (germination index, GI)、种子活力指数(vitality index, VI)、平均发芽天数(mean germination time, MGT)和鲜重(fFresh weight, FW)。计算公式和方法[22-23]如下：

发芽势(GE) = 第5 天正常发芽种子数/供试种子数 × 100%；

发芽率(GP) = 第10 天正常发芽种子数/供试种子数 × 100%；

式中：Gt为第t天的发芽种子数，Dt为相应发芽天数，S为第10 天的平均鲜重(mg)。

根长(RL)、苗高(SL)的测定：萌发试验10 d后，将萌发的种子用无菌水反复轻轻冲洗3～4 次，冲洗干净后用吸水纸将种苗表面的水分吸干，再用游标卡尺测定根长度和苗长度，详细记录试验数据。

鲜重(FW)的测定：种子萌发第10 天时，将试验的种子用无菌水轻轻反复冲洗3 次，冲洗干净后用吸水纸将种苗表面的水分充分吸干，称取此时的重量，即为鲜重。

1.3 培养条件

所有试验均于2022 年4 月于衡水学院植物生理学实验室进行，试验处理均在人工智能气候培养箱ZXQP-R1350 内培养完成，设定温度为25 ℃，光照12 h·d-1，光照强度2 500 lx。

1.4 数据分析

试验测定所有结果数据均用平均值 ± 标准误差表示，用SPSS 20.0 进行统计分析处理，文中所有图标均采用Excel 2010 制图。

2 结果与分析

2.1 GA3 处理对盐胁迫下5 种牧草种子发芽特性的影响

相对于CK，S0处理对5 种牧草种子的萌发有显著抑制作用(P＜ 0.05) (表1 和表2)，GA3溶液处理后均会对遭受盐胁迫后的牧草种子产生促发作用。遭受盐胁迫的牧草种子的发芽率和发芽势均降低，其中白三叶受抑制最严重，发芽率低至13.98%，相比CK 降低了74.25%，‘朝牧1 号’稗谷抗盐性相对最大，发芽率相比CK 降低了68.36%。随着GA3浓度的不断提高，5 种牧草种子的发芽率和发芽势均呈先上升后下降的趋势，所有处理均显著低于CK (P＜ 0.05)。各处理组，黑麦草、羊草、紫花苜蓿和白三叶的发芽率均在S4处理下显著提高，分别为67.34%、62.31%、67.05%和59.68%，而‘朝牧1 号’稗谷的发芽率和发芽势在浓度较低的S3处理下最高，分别为72.30%和62.41%。

表1 不同GA3 浓度处理对5 种牧草种子发芽率的影响Table 1 Effect of different concentrations of GA3 treatments on germination percentage of five forages%

S0处理对5 种牧草种子的发芽指数和活力指数有显著抑制作用，相比CK 均差异显著(P＜ 0.05)。GA3浸泡处理可有效缓解盐胁迫对5 种牧草种子发芽和种子活力的抑制(图1 和图2)。随着GA3浓度的增加，5 种牧草种子的发芽指数和活力指数均呈现先上升后下降的趋势，这与发芽率和发芽势的趋势(表1、表2)基本一致，5 个牧草种子在相对最佳处理浓度下的发芽指数与CK 无显著差异(P＞0.05)。各处理下，黑麦草、羊草、紫花苜蓿和白三叶的发芽指数在S4处理下最大，分别为27.38、24.22、23.96 和21.33，活力指数也最大，分别为720.64、652.19、613.01 和485.13；而‘朝牧1 号’稗谷的发芽指数和活力指数均在S3处理下最大，分别为28.56和756.54，显著高于其他种子。

图1 不同GA3 浓度处理对5 种牧草种子发芽指数的影响Figure 1 Effect of different concentrations of GA3 treatments on the germination index of five forages

图2 不同GA3 浓度处理对5 种牧草种子活力指数的影响Figure 2 Effect of different concentrations of GA3 treatments on the vitality index of five forages

S0处理对5 种牧草种子发芽时间抑制效果明显，与CK 相比均差异显著(P＜ 0.05)。随着GA3浓度增加，5 种牧草种子的平均发芽时间均呈先降低后升高的趋势，高浓度的GA3会抑制牧草种子的发芽(图3)。其中，‘朝牧1 号’稗谷种子平均发芽天数在S3处理时最低，仅为1.27 d，与CK 差异不显著(P＞0.05)；其他4 种牧草种子均在S4处理时平均发芽天数最低，分别为1.7、2.07、3.00 和3.59 d，其中黑麦草和羊草相与CK 无显著差异，低浓度的S1处理对黑麦草、‘朝牧1 号’稗谷和白三叶发芽时间有明显的促进作用，S1和S0处理时表现出显著差异。

图3 不同GA3 浓度处理对5 种牧草种子平均发芽天数的影响Figure 3 Effect of different concentrations of GA3 treatments on mean germination time of five forages

2.2 GA3 处理对盐胁迫下5 种牧草种子幼苗生长的影响

S0处理对5 种牧草种子的鲜重有严重的抑制作用，与CK 相比差异显著(P＜ 0.05)。随着GA3浓度的增加，5 种牧草种子的鲜重均呈先增后降的趋势(表3)。各处理下，黑麦草种子在S4处理时种子的鲜重达到最大，为26.32 mg，与CK 差异显著(P＜0.05)，S6处理后鲜重显著下降到S1低浓度水平；‘朝牧1 号’稗谷种子在S3处理时鲜重最大，为29.41 mg，与CK 无显著差异(P＞ 0.05)，后随着GA3浓度增加，有显著降低趋势，在S6处理时已趋近S0水平，说明高浓度的GA3严重抑制‘朝牧1 号’稗谷的鲜重；羊草、紫花苜蓿和白三叶在S4处理时鲜重最大，分别为25.48、27.22、25.41 mg，与CK 无显著差异。

表3 不同GA3 浓度处理对5 种牧草种子鲜重的影响Table 3 Effect of different concentrations of GA3 treatments on fresh weight of five forages mg

S0处理对5 种牧草种子幼苗的根长有严重的抑制作用，与CK 相比差异显著(P＜ 0.05)。随着GA3浓度的不断提高，5 种牧草种子幼苗的根长均呈现先上升后下降的趋势(表4)。盐胁迫状态下的5 种牧草经较低浓度的GA3浓度处理后，与CK 均有显著差异。其中，黑麦草、‘朝牧1 号’稗谷和羊草这3 种禾本科牧草在较低浓度的S1处理时，根长较S0处理显著延长增长，而其他两种豆科牧草紫花苜蓿和白三叶在较低浓度的S1处理时，根长较S0处理差异不显著(P＞ 0.05)。黑麦草、羊草、紫花苜蓿、白三叶均在S4处理时根长达到峰值，分别为6.48、7.51、7.22、6.59 cm；‘朝牧1 号’稗谷的根长在S3处理时达到峰值，为8.41 cm，虽然‘朝牧1 号’稗谷的根长最长，但S6处理时根长与S0无显著差异，羊草在此高浓度的GA3处理下，根长也下降到S1处理水平。另外，高浓度GA3处理组的牧草种子根长缩短但变粗壮，且根尖部位褐色加深，说明高浓度的GA3对根的伸长有抑制作用。

表4 不同GA3 浓度处理对5 种牧草种子幼苗根长的影响Table 4 Effect of different concentrations of GA3 treatments on root length of five forages cm

S0处理对5 种牧草种子的苗高有严重的抑制作用，与CK 相比差异显著(P＜ 0.05) (表5)。GA3浸种处理可以缓解盐胁迫对5 种牧草种苗生长的抑制作用。经GA3溶液浸种处理后的5 种牧草种子的苗高随着GA3溶液浓度的增加均出现峰值，峰值之后高浓度的GA3溶液会抑制种苗的生长。其中，黑麦草、羊草、紫花苜蓿和白三叶均在S4处理时苗高达到最高，分别为2.98、2.64、2.17和2.30 cm；而较低浓度的GA3即可对‘朝牧1 号’稗谷的幼苗生长产生显著影响，在S2处理时苗高达到最高，为3.21 cm，在5 种牧草种子中对GA3反应最为敏感。

表5 不同GA3 浓度处理对5 种牧草种子苗高的影响Table 5 Effect of different concentrations of GA3 treatments on seedling length of five forages cm

3 讨论

种子萌发是生命的开始，是植物生长发育的关键阶段，幼苗生长是植物对逆境胁迫的综合体现，盐胁迫会抑制植物种子的萌发和幼苗的正常生长[24-25]，盐浓度越高，盐胁迫越重，种子的发芽情况就会越差[26]。GA3能促进细胞的生长和分裂膨大，提高种子内部酶的活性并促进生理代谢[27]，且外源GA3对植物的株高、鲜重、叶片数等也有十分重要的影响[28]。种子发芽势、发芽指数、平均发芽天数和活力指数是研究植物种子抗盐性萌发常采用的关键指标[29]，也是衡量种子发芽能力及种子质量等级的重要指标[30-31]。本研究发现，100 mmol·L-1的NaCl 盐溶液对5 种牧草种子的萌发有明显的抑制作用，此结果与东方山羊豆(Galega orientalis)[32]和番茄(Solanum lycopersicum)[7]种子萌发的结果一致。但曾幼玲等[33]在研究盐爪爪(Kalidium foliatum)和盐穗木(Halostachys caspica)种子萌发中发现一定程度的盐胁迫能够促进部分植物种子的萌发，杨姝等[34]也同样发现低浓度的盐处理会促进沙打旺(Astragalus adsurgens)种子的萌发及幼苗生长，马琳等[18]在研究NaCl 对沙蒿(Artemisia desertorum)、花棒(Hedysarum scoparium)等4 种牧草种子萌发和幼苗生长的影响时也发现低盐处理能促进幼苗生长，这可能是因为一定浓度的NaCl 影响了细胞膜的渗透性，从而影响了代谢能力，也可能是Na+或Cl-抑制了呼吸酶的活性。植物种子的耐盐性也与其原生境有关，也会对结果产生一定影响。所以，不同程度的盐胁迫及抗逆性机制研究将是下一步工作重点。

本研究中，一定浓度的外源激素GA3能缓解盐胁迫对5 种牧草种子萌发造成的不利影响，150 mg·L-1的GA3浸泡14 h 能显著激活黑麦草、羊草、紫花苜蓿、白三叶种子的活性，其发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数及幼苗的根长和苗高、鲜重等指标均相比S0处理有显著提高，平均发芽天数显著降低(P＜ 0.05)；‘朝牧1 号’稗谷种子各项发芽指标则在100 mg·L-1处理 时即可显著提高，其苗高在GA3浓度为较低浓度的50 mg·L-1处理时即达到峰值，在5 种牧草种子中对GA3激素最敏感。当GA3浓度≥ 250 mg·L-1时，对种子的各项指标有抑制作用，且随着GA3激素浓度的增加，抑制作用越明显。本研究还发现，高浓度的GA3处理下，5 种牧草种子的胚根伸长普遍缩短，这说明高浓度盐胁迫下会抑制胚根生长，此结果与王伟杰等[15]在研究GA3对盐胁迫下黄芩(Scutellaria baicalensis)种子萌发的影响结果一致。

本研究发现，相同试验条件下，3 种禾本科牧草种子的发芽情况普遍优于其他两种豆科牧草种子，这说明盐胁迫状态下，禾本科牧草种子对GA3的敏感性要优于豆科植物种子，但因影响牧草种子萌发的因素多样，是一个复杂的生理生化过程[35]，所以，具体的原因还有待进一步深入研究。

4 结论

本研究表明，100 mmol·L-1的NaCl 盐胁迫会显著抑制黑麦草、‘朝牧1 号’稗谷、羊草、紫花苜蓿和白三叶种子的萌发及幼苗生长，外源激素GA3能有效缓解盐胁迫造成的不利影响。其中，150 mg·L-1的GA3能有效促进黑麦草、羊草、紫花苜蓿和白三叶种子的萌发和幼苗生长，此浓度的GA3可有效缓解以上4 种牧草的盐胁迫效应；‘朝牧1 号’稗谷种子对GA3相对比较敏感，100 mg·L-1的GA3能有效促进‘朝牧1 号’稗谷的种子萌发，50 mg·L-1的GA3即可显著促进其种苗的生长。本研究结果对盐胁迫逆境下的牧草种植及土壤改良具有参考价值。