魚小軍，徐長林，景媛媛，陳陸軍，楊海磊，張建文，牛鑫斌

(甘肅農(nóng)業(yè)大學 草業(yè)學院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心,甘肅 蘭州 730070)

土壤鹽漬化是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的全球性問題[1]，全世界約有9.5×108hm2的鹽漬土，在中國每6.7×107hm2耕地中就有10%的鹽漬化土壤[2]。土壤中高濃度的鹽會導致植物體內(nèi)離子紊亂、造成高滲透脅迫，導致植物生長減緩，直接影響到植物的產(chǎn)量[3]。鹽害已成為制約牧草生產(chǎn)的主要逆境因素之一，提高牧草耐鹽性是克服土壤鹽漬化的一條重要途徑[4]。一氧化氮(NO)是廣泛分布于生物體的一類氣體生物活性分子，屬于活性氧范疇，通過酶促和非酶促途徑產(chǎn)生，具有毒害和保護生物細胞的雙重性[5]。NO在植物體內(nèi)廣泛存在，通過一氧化氮合酶(NOS)和硝酸還原酶(NR)合成，并與植物的抗病和對各種脅迫的應答，以及細胞編程性死亡有關[6,7]。已有研究表明，NO廣泛存在于植物組織中，并參與種子萌發(fā)、植株生長及對各種逆境脅迫的應答等過程[8]，能明顯減緩鹽脅迫對玉米(Zeamays)[5，9]、黑麥草(Loliumperenne)[10]、沙蔥(Alliummongolicum)[11]、柳枝稷(Panicumvirgatum)[12]、紫花苜蓿(Medicagosativa)[13]等種子萌發(fā)和幼苗生長的傷害。

扁蓿豆(Medicagoruthenica)又名花苜蓿、野苜蓿，屬豆科苜蓿屬植物，廣泛分布于我國甘肅、青海、新疆、內(nèi)蒙古、山西、河北、遼寧、吉林及黑龍江等地，是一種生態(tài)適應性廣、抗旱抗寒、耐貧瘠、營養(yǎng)價值較高的優(yōu)良野生豆科牧草[14-16]。扁蓿豆可以與羊草(Leymuschinensis)等禾本科牧草建立混播栽培草地，在改良草地、建立人工草地、防治水土流失等方面具有重要意義，尤其在寒冷半干旱、土壤貧瘠區(qū)引種具有特殊意義[16]。目前，對扁蓿豆的研究集中于分布、形態(tài)、生物學特性以及引種選育等方面[16-20]，對于施加外源NO來緩解鹽堿對扁蓿豆種子的萌發(fā)和幼苗生長的傷害報道較少。為此，研究以150 mmol/L NaCl作為鹽脅迫條件，研究了不同濃度的外源NO對扁蓿豆種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，探討提高扁蓿豆種子萌發(fā)期耐鹽性的途徑，以期為扁蓿豆的栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗于2013年3～5月在甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院實驗室進行，供試扁蓿豆種子為自選8號新品系。

1.2 研究方法

試驗設置7個處理，S0(0% SNP+0 mmol/L NaCl)、S1(0% SNP+150 mmol/L NaCl)、S2(0.01% SNP+150 mmol/L NaCl)、S3(0.05% SNP+150 mmol/L NaCl)、S4( 0.1% SNP + 150 mmol/L NaCl)、S5(0.5% SNP+150 mmol/ L NaCl)和S6(SNP 1.0%+150 mmol/ L NaCl)。

選取飽滿均勻一致的扁蓿豆種子，用砂紙打磨，以種皮出現(xiàn)紋痕為好。然后吸取配置好的溶液10 mL導入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿，后將處理好的扁蓿豆種子置入培養(yǎng)皿，每皿50粒，重復3次。為保證處理濃度穩(wěn)定，每隔2 d更換1次處理液。每天觀察發(fā)芽情況，處理第8 d取樣測定芽長和根長，每皿隨機測定10株。

發(fā)芽率(GP)=100×GN/SN

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑ (Gt/Dt)[21，22]

活力指數(shù)(VI)=GI×S[21，22]

式中：GN為總的種子發(fā)芽數(shù)，SN為供試種子總數(shù)；Gt為在t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應的發(fā)芽天數(shù)；S為幼苗長度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用平均值±標準誤差表示，采用SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用Microsoft Excel 2003軟件進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫下NO對扁蓿豆種子發(fā)芽率的影響

單獨鹽脅迫(S1)顯著抑制了扁蓿豆種子的發(fā)芽率(P<0.05)(圖1A)。在鹽脅迫下，處理S3(0.05%SNP+150 mmol/L NaCl)處理后扁蓿豆種子發(fā)芽率為86%，顯著高于S1(46%)、S2(0.01%SNP+150 mmol/L NaCl)(28%)、S4(0.10%SNP+150 mmol/L NaCl)(52%)、S5(0.50%SNP+150 mmol/L NaCl)(27%)和S6(1.00%SNP+150 mmol/L NaCl)(35%)處理(P<0.05)，但和S0(83%)(0%SNP +0 mmol/L NaCl)處理下的發(fā)芽率無差異顯著(P>0.05)。

150 mmol/L的NCl溶液的鹽脅迫(S1)處理顯著抑制了發(fā)芽速率，降低了扁蓿豆種子的發(fā)芽指數(shù)(P<0.05)(圖1B)。S2(0.01%SNP+150 mmol/L NaCl)、S3(0.05%SNP+150 mmol/L NaCl)、S4(0.10%SNP+150 mmol/L NaCl)、S5(0.50%SNP+150 mmol/L NaCl)和S6(1.00%SNP+150 mmol/L NaCl)處理中，S3處理下的發(fā)芽指數(shù)最高為24，顯著高于S1(6)處理和其他處理；其他處理均未能顯著提高扁蓿豆種子的發(fā)芽指數(shù)(P>0.05)。

圖1 外源NO對鹽脅迫下扁蓿豆種子發(fā)芽率(A)和發(fā)芽指數(shù)(B)的影響Fig.1 The effect of NO on the germination percentage (A) and germination index (B) of Medicago ruthenica seeds under NaCl stress注：不同小寫字母表示5%水平差異顯著，下圖同

圖2 外源NO對鹽脅迫下扁蓿豆幼苗芽長和根長的影響Fig.2 The effect of NO on the plumule (A) aNd radicle (B) length of Medicago ruthenica seedling under NaCl stress

S1處理顯著抑制了扁蓿豆種子的發(fā)芽指數(shù)，降低了發(fā)芽速率(P<0.05)(圖1B)。S2、S3、S4、S5和S6處理中，僅有S3處理顯著增加了扁蓿豆種子的發(fā)芽指數(shù)(P<0.05)，其他處理均未能顯著提高扁蓿豆種子的發(fā)芽指數(shù)(P>0.05)。

2.2 NaCl脅迫下NO對扁蓿豆幼苗生長的影響

單獨鹽脅迫(S1)顯著抑制了扁蓿豆種苗幼芽的生長(P<0.05)(圖2A)。S2、S3、S4、S5和S6處理中，僅有S3處理顯著促進了扁蓿豆種苗幼芽的生長(P<0.05)，其他處理均未能顯著提高扁蓿豆種苗幼芽的生長(P>0.05)。在鹽脅迫下，S3處理下扁蓿豆幼芽長度長于S0處理，兩者皆顯著高于其他處理(P<0.05)。

單獨鹽脅迫(S1)顯著抑制了扁蓿豆種苗幼根的生長(P<0.05)(圖2b)。S2、S3、S4、S5和S6處理中，僅有S3處理顯著促進了扁蓿豆種苗幼根的生長(P<0.05)，其他處理均未能顯著提高扁蓿豆種苗幼根的生長(P>0.05)。S3處理下扁蓿豆幼根長度長于S0處理，兩者皆顯著高于其他處理(P<0.05)。

2.3 NaCl脅迫下NO對扁蓿豆種苗活力指數(shù)的影響

單獨鹽脅迫(S1)顯著抑制了扁蓿豆種苗活力指數(shù)(P<0.05)。S3處理顯著促進了扁蓿豆種苗的活力指數(shù)(P<0.05)，其他處理均未能提高扁蓿豆種苗活力指數(shù)(P>0.05)(圖3)。

圖3 外源NO對鹽脅迫下扁蓿豆種子活力指數(shù)的影響Fig.1 The effect of NO on the vigor index of Medicago ruthenica seeds under NaCl stress

3 討論與結(jié)論

鹽脅迫會降低種子的發(fā)芽率，發(fā)指數(shù)和幼苗的生長[23]。NO是在植物體內(nèi)廣泛存在的一類氣體生物活性分子，可以減少非生物脅迫下植物體內(nèi)活性氧(ROS)的積累，緩解各種脅迫造成的氧化損傷，從而增強植物的適應能力[24]。有研究表明，外源NO供體硝普鈉能顯著促進滲透脅迫下小麥種子的萌發(fā)[25]，可以提高水稻幼苗的耐鹽性、提高鹽分脅迫下玉米幼苗的干物重積累速率[26，27]。鹽脅迫對種子影響機理主要有2個方面，一是滲透作用，植物細胞內(nèi)滲透勢大于細胞外滲透勢，細胞失水致使植物缺水形成生理干旱，二是離子毒害作用，Na+等離子滲入細胞后使原生質(zhì)凝集和葉綠素被破壞，蛋白質(zhì)合成受到抑制，產(chǎn)生丁二胺、戊二胺等[28，29]。已有研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，NO提高植物耐鹽性的機理一方面與其能提高植株的抗氧化能力有關，另一方面也與其能調(diào)節(jié)植物離子平衡相關[30-33]。試驗結(jié)果表明，外源NO在一定程度上緩解了鹽脅迫對扁蓿豆幼苗的發(fā)芽率、芽長和根長的影響，但存在濃度效應，適宜濃度(0.5 mmol/L)的NO處理才表現(xiàn)出對鹽脅迫的緩解效應；另外，NO具有毒害和保護生物細胞的雙重性[5]，因此，過低和過高濃度的NO無緩解效應。

外源 NO供體SNP對鹽脅迫下種子萌發(fā)和幼苗生長的調(diào)節(jié)作用可能還需要葡萄糖和果糖信號的參與[29]，種植于土壤的種子，包括溫度、水分及土壤理化和酶學性質(zhì)都對其萌發(fā)產(chǎn)生重要影響[23]。因此，扁蓿豆種子萌發(fā)期耐鹽能力的調(diào)控及機理還有待于進一步研究。

外源NO對NaCl脅迫下扁蓿豆種子的萌發(fā)和幼苗的生長緩解具有劑量效應，以0.05 mmol/L的NO處理效果最好，顯著提高了扁蓿豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、芽長、根長和活力指數(shù)。

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