劉志洋， 劉 巖

(長(zhǎng)春科技學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130600)

桔梗(Platycodongrandiflorus)為桔?？平酃俣嗄晟荼局参铮性碥铡⒔酃Ｋ帷⒔酃Ｌ?、菊糖等多種成分，具有抗炎、抗腫瘤、降血糖、降血脂、鎮(zhèn)靜、解熱等功效[1-2]，已被廣泛應(yīng)用于中藥產(chǎn)品、畜禽飼料添加劑及保健品的開(kāi)發(fā)中[3-4]。種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)是植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵階段，目前關(guān)于桔梗種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的研究多集中在干旱、低溫、水分脅迫和浸種處理等方面[5-8]，而關(guān)于鹽堿脅迫的研究鮮有報(bào)道。近年來(lái)，桔梗在吉林省得到了廣泛種植和推廣，特別是在西部地區(qū)，桔梗的種植面積在不斷擴(kuò)大，但是土地鹽堿化已成為制約桔梗種植的重要因素。本試驗(yàn)通過(guò)模擬吉林省西部土壤的鹽堿條件，研究不同鹽濃度脅迫對(duì)桔梗種子萌發(fā)和幼苗生理特征的影響，以期為吉林省西部地區(qū)種植桔梗提供參考。

1 材料與方法

本試驗(yàn)于2016年7—10月在長(zhǎng)春科技學(xué)院醫(yī)藥學(xué)院實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。

1.1 試驗(yàn)材料

桔梗種子購(gòu)自茗州種業(yè)種植有限公司，經(jīng)長(zhǎng)春科技學(xué)院醫(yī)藥學(xué)院專家鑒定為桔梗(Platycodongrandiflorus)種子。

1.2 主要試劑

次氯酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉等常規(guī)分析純?cè)噭?gòu)自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.3 主要儀器

光照培養(yǎng)箱(型號(hào)為GZH-158A)，購(gòu)自杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司；高壓滅菌鍋(型號(hào)為MLS 3780)，購(gòu)自日本三洋株式會(huì)社；分析天平(型號(hào)為XS105DU)，購(gòu)自梅特勒-托利多公司。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別用NaHCO3、Na2CO3配制成濃度為50、100、150、200、250 mmol/L的脅迫溶液。采用濾紙紙上發(fā)芽法，將優(yōu)質(zhì)桔梗種子用1% NaClO溶液消毒4 min后，用蒸餾水清洗干凈，然后均勻排列在墊有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿100粒，分別用5 mL不同鹽堿濃度的溶液進(jìn)行處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，以蒸餾水處理為對(duì)照(CK)，在溫度為25 ℃、光照度為4 000 lx、光—暗周期為12 h—12 h的條件下進(jìn)行培養(yǎng)，每天于同一時(shí)間統(tǒng)計(jì)種子的發(fā)芽情況，發(fā)芽后第3天計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，第10天計(jì)算發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。選擇長(zhǎng)勢(shì)良好的桔梗幼苗，用蒸餾水沖洗干凈后，用Hoagland液進(jìn)行培養(yǎng)至定苗，每個(gè)蛭石缽選擇生長(zhǎng)一致的幼苗20株，待生長(zhǎng)至4葉期時(shí)，分別加入上述不同濃度的脅迫溶液，以蒸餾水為對(duì)照，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，連續(xù)脅迫處理7 d，測(cè)定各處理組桔梗葉片的生理指標(biāo)。

1.5 種子萌發(fā)指標(biāo)測(cè)定

相關(guān)公式如下：

發(fā)芽勢(shì)=(3 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽率=(10 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt，其中Dt為發(fā)芽時(shí)間，Gt為對(duì)應(yīng)時(shí)間的發(fā)芽種子數(shù)；

相對(duì)鹽害率=(對(duì)照發(fā)芽率-脅迫發(fā)芽率)/對(duì)照發(fā)芽 率×100%。

種子萌發(fā)后第12天，分別從每個(gè)重復(fù)中取10株幼苗，測(cè)量胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)，并計(jì)算根芽比，同時(shí)稱量幼苗鮮質(zhì)量。根芽比=(胚根長(zhǎng)/胚芽長(zhǎng))×100%。

1.6 幼苗生理指標(biāo)的測(cè)定

參考相關(guān)文獻(xiàn)測(cè)定桔梗葉片超氧化物歧化酶(superoxide dismultase，簡(jiǎn)稱SOD)、過(guò)氧化物酶(peroxidase，簡(jiǎn)稱POD)活性及丙二醛(malondialdehyde，簡(jiǎn)稱MDA)含量[9]。

1.7 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

用SPSS 19.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響

鹽堿脅迫對(duì)種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)鹽害率的影響如表1所示?？梢钥闯?，隨著脅迫溶液濃度的增加，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)逐漸降低，相對(duì)鹽害率則逐漸增加；當(dāng)鹽濃度為50 mmol/L時(shí)，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照組相比有不同程度的增加，相對(duì)鹽害率降低，但差異均不顯著；當(dāng)鹽濃度≥100 mmol/L時(shí)，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)顯著低于對(duì)照組(P<0.05)，相對(duì)鹽害率則顯著高于對(duì)照組(P<0.05)；當(dāng)NaHCO3、Na2CO3的濃度= 250 mmol/L 時(shí)，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)為0，相對(duì)鹽害率達(dá)到100%。

NaHCO3、Na2CO32種脅迫溶液對(duì)種子萌發(fā)的影響存在一定的差異，當(dāng)濃度為150 mmol/L時(shí)，Na2CO3處理組種子的發(fā)芽勢(shì)顯著低于NaHCO3組；當(dāng)濃度為200 mmol/L時(shí)，Na2CO3處理組種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)顯著低于NaHCO3組，Na2CO3處理則表現(xiàn)出更強(qiáng)的脅迫和抑制作用。

表1 鹽堿脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響

2.2 鹽堿脅迫對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響

鹽堿脅迫對(duì)幼苗芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量和根芽比的影響如表2所示。可以看出，隨著鹽堿濃度的增加，幼苗芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量和根芽比逐漸降低，當(dāng)鹽濃度達(dá)到250 mmol/L時(shí)，幼苗不能生長(zhǎng)。當(dāng)鹽濃度為0、50、100 mmol/L時(shí)，桔梗幼苗的芽長(zhǎng)、鮮質(zhì)量和根芽比差異不顯著，但均顯著高于其他處理組(P<0.05)；當(dāng)鹽濃度為150、200 mmol/L時(shí)，桔梗幼苗的芽長(zhǎng)差異不顯著，但均高于鹽濃度為250 mmol/L的處理組(P<0.05)；當(dāng)鹽濃度為150 mmol/L時(shí)，根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量和根芽比均顯著高于鹽濃度為200 mmol/L的處理組(P<0.05)。

在相同鹽濃度條件下，NaHCO3、Na2CO3脅迫對(duì)幼苗的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量和根芽比無(wú)顯著影響。

表2 鹽堿脅迫對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響

2.3 鹽堿脅迫對(duì)幼苗生理指標(biāo)的影響

不同濃度鹽堿脅迫對(duì)桔梗幼苗葉片中MDA含量、POD和SOD活性的影響如表3所示?？梢钥闯?，隨著脅迫濃度的增加，幼苗葉片中的MDA含量逐漸增加，當(dāng)鹽脅迫溶液濃度大于100 mmol/L時(shí)，MDA含量顯著高于對(duì)照組；當(dāng)鹽濃度為150 mmol/L時(shí)，Na2CO3脅迫組的MDA含量顯著高于NaHCO3脅迫組(P<0.05)，說(shuō)明在Na2CO3脅迫下桔梗的膜脂過(guò)氧化程度高于NaHCO3脅迫，對(duì)桔梗幼苗的損傷較大；在其他濃度下，Na2CO3脅迫組的MDA含量略高于NaHCO3脅迫組，但差異不顯著。

由表3還可以看出，POD活性隨著脅迫濃度的增加而逐漸升高，當(dāng)鹽濃度為100 mmol/L時(shí)達(dá)到最大值，之后逐漸降低；當(dāng)鹽濃度為50 mmol/L時(shí)，POD活性顯著高于對(duì)照組(P<0.05)；當(dāng)鹽濃度為100 mmol/L時(shí)，POD活性顯著高于除鹽濃度為50 mmol/L外的其他處理組(P<0.05)；當(dāng)鹽濃度為150 mmol/L時(shí)，POD活性下降，與對(duì)照組差異不顯著；當(dāng)鹽濃度為200、250 mmol/L時(shí)，POD活性顯著下降(P<0.05)，低于對(duì)照組。此外可以看出，不同類型的鹽堿處理對(duì)POD活性無(wú)顯著影響。

由表3還可見(jiàn)，SOD活性先升高后逐漸降低，當(dāng)鹽濃度為100 mmol/L時(shí)，SOD活性達(dá)到最大值，并顯著高于其他處理組(P<0.05)；當(dāng)鹽濃度為150 mmol/L時(shí)，SOD活性顯著高于對(duì)照組(P<0.05)；當(dāng)鹽濃度為200、250 mmol/L時(shí)，SOD活性顯著下降，顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。此外，不同類型鹽堿處理對(duì)SOD活性無(wú)顯著影響。

表3 鹽堿脅迫對(duì)幼苗生理特征的影響

3 討論與結(jié)論

種子萌發(fā)過(guò)程中對(duì)鹽分最為敏感，種子在吸收水分的同時(shí)也吸收萌發(fā)液中的鹽離子，從而降低種子內(nèi)水勢(shì)，利于種子的萌發(fā)，但是濃度過(guò)高可導(dǎo)致離子毒害和滲透脅迫[10-11]。研究表明，桔梗具有一定的耐鹽堿能力[12]，桔梗受到鹽堿脅迫后，脯氨酸、可溶性糖等有機(jī)溶質(zhì)的大量積累可提高植物的抗脅迫能力，降低脅迫傷害[13]。在本研究中，當(dāng)鹽堿脅迫濃度≤50 mmol/L時(shí)，對(duì)桔梗種子的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)無(wú)顯著影響，并在一定程度上促進(jìn)了種子的萌發(fā)；當(dāng)鹽濃 度≥100 mmol/L 時(shí)，桔梗種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)均受到了不同程度的抑制；當(dāng)鹽濃度達(dá)到250 mmol/L時(shí)，桔梗種子不能萌發(fā)生長(zhǎng)。張曉燕等研究指出，當(dāng)NaCl濃度≤100 mmol/L時(shí)，桔梗細(xì)胞膜的相對(duì)透性可通過(guò)自身調(diào)節(jié)適應(yīng)鹽濃度的變化，但當(dāng)鹽濃度大于100 mmol/L時(shí)，細(xì)胞膜透性則逐漸增加[14]，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

由于毒害機(jī)制的差異，不同類型鹽堿對(duì)種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的脅迫作用存在差別，堿性鹽的脅迫作用強(qiáng)于中性鹽，而且堿性鹽的pH值可抑制水分的吸收并破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能[11，15]。本研究中NaHCO3、Na2CO3屬于堿性鹽，當(dāng)鹽濃度為200 mmol/L時(shí)，Na2CO3處理組種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)顯著低于NaHCO3組，這可能是由于在相同濃度下Na2CO3脅迫溶液的堿性稍強(qiáng)，產(chǎn)生pH值脅迫造成的。本研究發(fā)現(xiàn)，在相同鹽濃度條件下，NaHCO3、Na2CO3脅迫對(duì)幼苗的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量和根芽比無(wú)顯著影響。

MDA是膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，其大小反映了膜的受損程度[16]。SOD、POD分別是植物抗氧化系統(tǒng)的重要組成和活性較高的適應(yīng)性酶，能直接反映植物修復(fù)能力和受損程度[17]。徐芬芬研究發(fā)現(xiàn)，隨著Na+濃度的增長(zhǎng)，菠菜幼苗MDA含量逐漸增加，SOD、POD活性則呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，與本研究結(jié)果一致[16]。在本研究中，當(dāng)鹽堿濃度 ≤100 mmol/L 時(shí)，桔梗SOD、POD活性增加，表明低濃度鹽堿脅迫激發(fā)了桔梗種子的保護(hù)酶活性。本研究發(fā)現(xiàn)，NaHCO3、Na2CO32種脅迫溶液對(duì)桔梗SOD、POD活性的抑制無(wú)顯著差異，但可顯著影響MDA含量，表明Na2CO3脅迫對(duì)桔梗幼苗的抑制作用強(qiáng)于NaHCO3脅迫溶液，這與脅迫溶液的pH值脅迫有關(guān)，在相同濃度條件下，高pH值不但會(huì)消耗植物更多的能量，還可造成結(jié)構(gòu)和功能的損傷[18]。

綜上，不同濃度的NaHCO3、Na2CO3對(duì)桔梗種子萌發(fā)和幼苗生理的影響不同，隨著鹽堿脅迫溶液濃度的增加，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、幼苗芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量、根芽比逐漸降低，MDA含量逐漸升高，SOD、POD活性則先升高后降低；當(dāng)鹽濃度≤50 mmol/L時(shí)，脅迫溶液對(duì)桔梗種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)無(wú)顯著影響；當(dāng)鹽濃度為100 mmol/L時(shí)，桔梗幼苗丙二醛含量與對(duì)照差異不顯著，且超氧化物歧化酶和過(guò)氧化物酶活性達(dá)到最大值；當(dāng)鹽濃度達(dá)到250 mmol/L時(shí)，桔梗種子不能萌發(fā)和生長(zhǎng)。初步判斷，桔梗種子可在濃度不高于 100 mmol/L 的NaHCO3、Na2CO3脅迫處理下萌發(fā)和生長(zhǎng)，Na2CO3脅迫對(duì)桔梗幼苗的抑制作用強(qiáng)于NaHCO3脅迫。