常青山， 張利霞， 劉龍昌， 張巧明， 王 寧， 鄭軼琦， 田彭偉， 王倩倩

(1.河南科技大學(xué) 林學(xué)院， 河南 洛陽 471003； 2.河南科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 河南 洛陽 471003)

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殼聚糖浸種對(duì)鹽脅迫苜蓿種子萌發(fā)受阻的緩解作用

常青山1， 張利霞2*， 劉龍昌1， 張巧明1， 王 寧1， 鄭軼琦1， 田彭偉1， 王倩倩1

(1.河南科技大學(xué) 林學(xué)院， 河南 洛陽 471003； 2.河南科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 河南 洛陽 471003)

為解決苜蓿種子萌發(fā)的鹽害問題，采用不同濃度殼聚糖溶液(50～250 mmol/L)對(duì)苜蓿進(jìn)行浸種處理，在100 mmol/L NaCl脅迫下進(jìn)行苜蓿種子的萌發(fā)試驗(yàn)。結(jié)果表明：與清水對(duì)照相比，鹽脅迫顯著抑制苜蓿種子的萌發(fā)，殼聚糖50～200 mmol/L溶液浸種處理后，鹽脅迫苜蓿種子的萌發(fā)效果均有不同程度升高，其中以150 mg/L殼聚糖處理對(duì)鹽脅迫下苜蓿種子萌發(fā)的緩解效果最好，其根長(zhǎng)、活力指數(shù)、苗高、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率分別比鹽脅迫對(duì)照組高7.82倍、52.27%、47.92%、22.68%、16.28%和15.67%。

苜蓿； 殼聚糖； 鹽脅迫； 種子萌發(fā); 緩解作用

苜蓿(MedicagosativaL.)俗稱金花菜，品類繁多，栽培歷史悠久，在世界范圍內(nèi)被廣泛種植[1]，其中最有名的是紫花苜蓿。紫花苜蓿是一種多年生優(yōu)質(zhì)豆科牧草，有“牧草之王”的美稱。其莖中含有豐富的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、氨基酸、維生素和胡蘿卜素，葉片中粗蛋白含量高達(dá)36.50%，其總能、消化能、代謝能也很高[2]，是替代禾本科牧草的首選。我國存在大量的鹽漬化土地，約占全國可利用土地的4.88%，耕地中的鹽漬化面積達(dá)6.62%[3]。雖然苜蓿的葉片具有排鹽機(jī)制，但是不同品種間的耐鹽性差別很大[4]，耐鹽性也隨個(gè)體發(fā)育階段發(fā)生變化，其中種子萌發(fā)時(shí)是對(duì)鹽脅迫最敏感的時(shí)期[5-6]。因此，探究鹽脅迫下苜蓿種子的處理方法對(duì)于擴(kuò)大我國苜蓿的種植面積具有重要意義。

殼聚糖(Chitosan，CTS)又稱幾丁聚糖、殼糖胺、脫乙?；讱べ|(zhì)和基多酸等，是甲殼素(chitin)脫乙酰基的衍生物。作為一種生物聚合物，廣泛存在于昆蟲的表皮、蟹蝦的外殼以及微生物的細(xì)胞壁里。在植物遭到生物逆境脅迫時(shí)作為天然誘導(dǎo)因子，通過促進(jìn)植物細(xì)胞次生代謝產(chǎn)物的形成，激活編碼苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia lyase，PAL)和蛋白酶抑制子基因的轉(zhuǎn)錄等，參與植物細(xì)胞的防衛(wèi)反應(yīng)機(jī)制。殼聚糖也能在植物遭到非生物逆境時(shí)引發(fā)植物體的防衛(wèi)反應(yīng)機(jī)制，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域[7]，能夠促進(jìn)番茄[8]、大豆[9]、黃瓜[10]、水稻[11]等種子的萌發(fā)。殼聚糖通過誘導(dǎo)植物細(xì)胞木質(zhì)膠、蛋白質(zhì)抑制因子、木質(zhì)素等物質(zhì)的合成，參與植物細(xì)胞對(duì)病原菌侵染的防衛(wèi)反應(yīng)，有效提高植物的抗病性[12]；通過提高抗氧化酶類(SOD，POD，CAT，APX)的活性，增強(qiáng)幼苗的抗冷性[13]，對(duì)黃瓜幼苗抗鹽性具有協(xié)同作用[12]。但目前有關(guān)殼聚糖浸種對(duì)鹽脅迫下苜蓿種子萌發(fā)受阻的緩解作用研究鮮見報(bào)道。為此，筆者于2014年3月以苜蓿種子為材料，研究不同濃度殼聚糖溶液浸種對(duì)鹽脅迫下苜蓿種子萌發(fā)特性的影響，為解決苜蓿種子萌發(fā)的鹽害問題提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

紫花苜蓿(M.sativa)：品種名為標(biāo)桿，購于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。培養(yǎng)箱：GXZ-280B型光照培養(yǎng)箱(寧波江南儀器制造廠生產(chǎn))，培養(yǎng)溫度(21±1)℃，每天光照12 h，光照度66%。

1.2 試驗(yàn)方法

設(shè)1個(gè)清水對(duì)照組(CK1)、1個(gè)鹽脅迫對(duì)照組(CK2)和7個(gè)處理組(T1～T7)，重復(fù)4次。準(zhǔn)確稱取殼聚糖固體粉末1.000 0 g，先以1%醋酸配成母液，然后將其稀釋為50 mg/L (T1)、100 mg/L (T2)、125 mg/L (T3)、150 mg/L (T4)、175 mg/L (T5)、200 mg/L(T6)、250 mg/L(T7)的殼聚糖試驗(yàn)用溶液。選取籽粒飽滿、大小基本一致的苜蓿種子，用0.1%的氯化汞溶液消毒10～15 min，再經(jīng)去離子水漂洗3次并用吸水紙吸干表面水分，然后在各殼聚糖溶液及去離子水(CK)中浸泡12 h，用去離子水漂洗種子3次，吸水紙吸干種子表面水分。將浸種處理的種子放入預(yù)先鋪上2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿50粒，重復(fù)4次，間距一致。每個(gè)培養(yǎng)皿加入100 mmol/L NaCl溶液10 mL進(jìn)行脅迫，清水對(duì)照組(CK1)加等量去離子水。每天稱重補(bǔ)水保證鹽脅迫濃度不變，打開培養(yǎng)皿與外界換氣5 min，每24 h觀察記錄發(fā)芽情況；最后1 d記錄最終發(fā)芽數(shù)，幼苗鮮重、苗高與根長(zhǎng)。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用《牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程GB/T2930.11-2008》規(guī)定的苜蓿末次計(jì)數(shù)時(shí)間(第10天)，每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽的種子數(shù)，10 d后計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等指標(biāo)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用軟件SPSS 16.0進(jìn)行單因素方差分析和多重比較(Duncan新復(fù)極差法)。

為避免單個(gè)指標(biāo)的片面性，全面地反映殼聚糖浸種對(duì)鹽脅迫下苜蓿種子萌發(fā)的影響能力[14]，采用隸屬函數(shù)法分別對(duì)各處理效果進(jìn)行綜合評(píng)定，評(píng)定值越大，表明殼聚糖溶液浸種對(duì)苜蓿在鹽脅迫下萌發(fā)能力的提高作用越明顯。

隸屬函數(shù)值計(jì)算公式:

R(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

反隸屬函數(shù)值計(jì)算公式:

R(Xj)=1-(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中，Xj為第j個(gè)綜合指標(biāo)，Xmin和Xmax分別為第j個(gè)綜合指標(biāo)的最小值和最大值。若所測(cè)指標(biāo)與抗性指標(biāo)正相關(guān)則采用公式(1)，反之采用公式(2)。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子萌發(fā)

從表1看出，在鹽脅迫條件下，殼聚糖浸種的苜蓿種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)呈先增加后降低趨勢(shì)。T4處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均達(dá)最高，分別比CK2增加15.67%、16.28%、22.68%和52.27%。發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)除T7處理外，其余殼聚糖處理均高于CK2，低于CK1，其中T3～T5處理與CK2相比差異均顯著。發(fā)芽指數(shù)T4處理顯著高于CK2，顯著低于CK1，其余處理與CK2差異不顯著?；盍χ笖?shù)CK1與其余處理間差異顯著；除T7處理外，T1～T6處理的活力指數(shù)顯著高于CK2。

2.2 幼苗生長(zhǎng)

從表1看出，隨殼聚糖處理濃度增加幼苗鮮重先增加后降低。鮮重T1～T6處理均顯著高于CK2，其中T3和T4處理分別比CK2增加20.82%和24.56%；T4處理與CK1間差異不顯著，其余處理均顯著低于CK1。幼苗根長(zhǎng)、苗高除T7處理外，其他殼聚糖處理組均顯著大于CK2，其中T3和T4處理分別比CK2增加6.64倍和7.82倍、39.17%和47.92%；所有殼聚糖處理組的根長(zhǎng)均低于CK1。T3和T4處理的苗高略高于CK1，但差異不顯著。

表1 各處理苜蓿種子的萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)情況

表2 各處理苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)分析

Table 2 Subordinate function analysis and indexes of seeds germination ofM.sativaunder salt stress

處理Treatment發(fā)芽率Germinationrate發(fā)芽勢(shì)Germinationenergy發(fā)芽指數(shù)Germinationindex活力指數(shù)Vigorindex鮮重Freshweight根長(zhǎng)Rootlength苗高Seedlingheight綜合評(píng)定Comprehensiveevaluationvalue排名OrderCK11.0001.0001.0001.0001.0001.0000.8046.8041CK20.1820.3370.0060.0390.1090.0400.0000.7138T10.3770.4230.2120.2510.4030.1460.5872.3987T20.4940.5380.2280.3660.6940.4490.6853.4535T30.6490.7400.2320.3940.7640.6880.8154.2843T41.0000.9420.4440.5770.8820.8031.0005.6482T50.6880.7120.1200.3340.8000.5050.9894.1484T60.5320.5380.0330.2540.7250.2520.6522.9886T70.0000.0000.0000.0000.0000.0000.1300.1309

2.3 綜合評(píng)定

從表2可知，殼聚糖浸種處理對(duì)鹽脅迫苜蓿種子萌發(fā)能力的影響濃度為150 mg/L>125 mg/L>175 mg/L>100 mg/L>200 mg/L>50 mg/L>0 mg/L>250 mg/L。綜合評(píng)定值CK1最大，T7處理最小，其余處于兩者之間，說明在鹽脅迫下苜蓿種子萌發(fā)生長(zhǎng)明顯受到抑制，而過高濃度的殼聚糖處理也會(huì)抑制其種子萌發(fā)。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，與鹽脅迫對(duì)照相比，殼聚糖50～200 mg/L溶液處理可提高苜蓿種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及幼苗的苗高、根長(zhǎng)與鮮重。其中，殼聚糖150 mg/L對(duì)鹽脅迫下苜蓿種子萌發(fā)的緩解效果最好，該浸種處理下的根長(zhǎng)、活力指數(shù)、苗高、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率分別比鹽脅迫對(duì)照組高7.82倍、52.27%、47.92%、22.68%、16.28%和15.67%。殼聚糖濃度在250 mg/L時(shí)苜蓿種子的萌發(fā)低于鹽脅迫對(duì)照組，表現(xiàn)為抑制，原因是過高濃度的殼聚糖對(duì)植株生長(zhǎng)具有一定的抑制作用[9]，苜蓿種子受到鹽脅迫和過高濃度殼聚糖抑制雙重影響所致。秦峰梅等[15]研究表明，鹽脅迫顯著抑制苜蓿根系的生長(zhǎng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，鹽脅迫對(duì)根長(zhǎng)的抑制作用大于對(duì)苗高的影響，殼聚糖浸種處理可有效減少鹽脅迫對(duì)幼苗苗高和根生長(zhǎng)的影響，與殼聚糖在大豆上的研究結(jié)果一致[9]。原因可能是胚根直接與鹽接觸，隨著殼聚糖對(duì)鹽脅迫的緩解，首先表現(xiàn)在胚根上，胚芽受到的緩解效果滯后于胚根。

殼聚糖浸種可有效提高鹽脅迫下苜蓿種子的萌發(fā)能力，隨著殼聚糖處理濃度的增加，苜蓿在鹽脅迫下的種子萌發(fā)能力逐漸提高，其中以150 mg/L處理效果最好，超過150 mg/L后苜蓿種子的萌發(fā)能力和幼苗生長(zhǎng)效果降低。該結(jié)果對(duì)鹽漬化土壤環(huán)境下苜蓿牧場(chǎng)建植有一定的參考作用，應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐或者其他草坪草種是否有明顯的緩解效果有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

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(責(zé)任編輯： 馮 衛(wèi))

Relieving Effects on Germination ofMedicagosativaSeeds under Salt Stress Soaking in Chitosan

CHANG Qingshan1， ZHANG Lixia2*， LIU Longchang1， ZHANG Qiaoming1，WANG Ning1， ZHENG Yiqi1， TIAN Pengwei1， WANG Qianqian1

(1.CollegeofForestry，HenanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang，Hennan471003； 2.CollegeofAgriculture，HenanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang，Hennan471003,China)

In order to solve problem of salt injury in germination ofM.sativaseeds，the effects of seeds soaking in chitosan solutions with different concentrations (50～250 mmol/L) on germination characteristics of the seeds ofM.sativaunder 100 mmol/L NaCl stress were studied. Results: The seed growth ofM.sativaunder salt stress were obviously inhibited compared with the control (water). The seed germination indexes were improved in different extent after 50～200 mmol/L chitosan treatment, the treatment in 150 mmol/L chitosan could get the best relieving effect, the values of root length, vigor index, seedling length, germination index, germination energy，and germination percentage of the seeds in 150 mmol/L Chitosan improved 7.82 times，52.27%，47.92%，22.68%，16.28% and 15.67% higher than in the salt stress treatment respectively.

Medicagosativa； chitosan； salt stress； seed germination;relieving effects

2014-09-02； 2015-02-01修回

河南科技大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目“氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)夏枯草積累重金屬的調(diào)控作用研究”(4026-13480038)

常青山(1979-)，男，講師，博士，從事園林植物抗逆生理研究。E-mail:mehero2010@126.com

*通訊作者：張利霞(1982-)，女，講師，博士，從事植物逆境生理研究。E-mail: hkdzlx@126.com

1001-3601(2015)05-0239-0069-03

S541.037

A