張麗麗 倪善君 張戰(zhàn) 趙一洲 李鑫 毛艇 劉研 劉福才

（遼寧省鹽堿地利用研究所，遼寧盤錦124010）

土壤鹽漬化是影響土地生產(chǎn)力的重要障礙因子，嚴(yán)重制約了糧食生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。據(jù)估計(jì)，至2050年將有過(guò)半的耕地鹽漬化[1]。水稻是我國(guó)第一大糧食作物，鹽漬土占水稻栽培總面積的約1/5，且有日益擴(kuò)大和蔓延的趨勢(shì)。因此，如何在當(dāng)前人口不斷增加、耕地面積日趨減少及水資源日益匱乏的情況下，合理開(kāi)發(fā)、有效利用鹽漬土資源，培育耐鹽作物品種或者施加一些外源物質(zhì)等措施緩解土壤鹽漬化程度，增強(qiáng)作物耐鹽性，己成為國(guó)內(nèi)外科研工作者迫切解決的重大課題。

植物激素是植物自身產(chǎn)生的調(diào)節(jié)物質(zhì)，是植物脅迫響應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要成員，參與了植物對(duì)鹽漬生境的適應(yīng)性調(diào)節(jié)過(guò)程。研究激素調(diào)控植物對(duì)環(huán)境適應(yīng)的機(jī)制對(duì)提高作物耐鹽性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。赤霉素（GA）是一個(gè)較大的萜類化合物家族，在植物整個(gè)生命循環(huán)過(guò)程中起著重要的調(diào)控作用。前人關(guān)于GA3在植物伸長(zhǎng)生長(zhǎng)、細(xì)胞活性及蛋白質(zhì)表達(dá)等方面作用做了大量研究，并取得了一些進(jìn)展[3-5]。本文旨在研究外源赤霉素對(duì)鹽脅迫下不同耐鹽性水稻種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的緩釋作用，探討耐鹽性不同水稻對(duì)外源赤霉素響應(yīng)的差異，以期為進(jìn)一步揭示激素緩釋機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究選用耐鹽品種長(zhǎng)白9號(hào)和鹽敏感品種越光為試驗(yàn)材料。試驗(yàn)于2014年進(jìn)行。

1.2 種子萌發(fā)試驗(yàn)

隨機(jī)挑選飽滿的種子，經(jīng)3%H2O2消毒15 min，并用蒸餾水沖洗干凈，再用赤霉素浸種24 h，赤霉素濃度分別為0、25 mg/L、50 mg/L和100 mg/L 3個(gè)梯度。先在直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中放2層濾紙并進(jìn)行編號(hào)（Ⅰ-Ⅴ）除Ⅰ號(hào)培養(yǎng)皿中加入20 mL蒸餾水外其余4個(gè)加入20 mL 100 mM NaCl處理液，然后在每個(gè)培養(yǎng)皿中擺放40粒浸種24 h后的水稻種子，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，然后把所有處理都放在28℃恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)芽，每天換1次處理液。

1.3 幼苗培養(yǎng)和處理

前期試驗(yàn)結(jié)果表明，在100 mM NaCl脅迫下，供試材料幼苗生長(zhǎng)受到顯著抑制，可以作為研究赤霉素緩解鹽害的脅迫濃度。

種子經(jīng)消毒后，用去離子水洗凈，25℃浸種48 h，后28℃條件下催芽24 h，然后置于人工氣候箱中沙培，1周后用1/2木村營(yíng)養(yǎng)液[6]水培，溫度25℃，光/暗時(shí)間為14 h/10 h。培養(yǎng)至1葉1心期轉(zhuǎn)移至裝有1/2木村B營(yíng)養(yǎng)液的塑料箱中，1周后換成全木村B營(yíng)養(yǎng)液。幼苗用海綿固定在有孔的苯板上，外部用遮光紙遮光，培養(yǎng)室光/暗溫度28℃/20℃，光/暗時(shí)間為14 h/10 h。培養(yǎng)至3葉1心時(shí)，加入NaCl并噴施赤霉素物質(zhì)進(jìn)行處理。每種材料設(shè)5個(gè)處理，分別為對(duì)照（CK，0 mM Na-Cl+0 mg/L GA3）、G0（100 mM NaCl+0 mg/L GA3）、G1（100 mM NaCl+25 mg/L GA3）、G2（100 mM NaCl+50 mg/L GA3）和G3（100 mM NaCl+100 mg/L GA3），脅迫7 d后取樣進(jìn)行各指標(biāo)測(cè)定。

表1 赤霉素對(duì)NaCl脅迫下種子發(fā)芽的緩解效應(yīng)

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、芽長(zhǎng)和主胚根長(zhǎng)

以芽長(zhǎng)超過(guò)1/2種子長(zhǎng)度且根長(zhǎng)超過(guò)種子長(zhǎng)度為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)，連續(xù)統(tǒng)計(jì)7 d。第4 d和第7 d記錄發(fā)芽數(shù)，計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)。發(fā)芽率（%）=（發(fā)芽終期全部正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100，發(fā)芽勢(shì)（%）=（發(fā)芽前4 d全部正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100。10 d后隨機(jī)取10粒種子測(cè)定主胚根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)。

1.4.2 葉綠素含量

參照張憲政[7]的方法測(cè)定葉綠素含量（包括葉綠素總量、葉綠素a和葉綠素b）。

1.4.3 膜脂過(guò)氧化

參照張憲政[7]的方法測(cè)定葉片丙二醛含量、相對(duì)電導(dǎo)率和O2-含量。

1.4.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS軟件和Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源赤霉素對(duì)鹽脅迫下水稻種子發(fā)芽的影響

從表1可見(jiàn)，鹽脅迫使供試品種種子發(fā)芽率降低，不同品種間受影響程度不同。越光在G0處理下發(fā)芽率與CK相比降低了33.3%，長(zhǎng)白9號(hào)僅降低了3.6%。外源赤霉素處理提高了鹽脅迫下參試品種的發(fā)芽率。越光發(fā)芽率在G1、G2和G3處理下均高于G0處理；赤霉素對(duì)鹽脅迫下長(zhǎng)白9號(hào)發(fā)芽率的影響不大，G2處理略高。

鹽脅迫對(duì)耐鹽性不同品種種子發(fā)芽勢(shì)的抑制程度有所不同。在G0處理下，越光和長(zhǎng)白9號(hào)發(fā)芽勢(shì)均低于CK，分別比CK降低了54.4%和8.9%。赤霉素處理能緩解鹽脅迫對(duì)參試品種發(fā)芽勢(shì)的抑制程度，特別是對(duì)鹽敏感品種越光的緩解作用更明顯，與G0處理相比，G1、G2和G3處理發(fā)芽勢(shì)分別提高了30.7%、80.8%和53.8%。赤霉素對(duì)鹽脅迫下長(zhǎng)白9號(hào)的種子發(fā)芽略有緩解作用。

鹽脅迫下，水稻種子芽長(zhǎng)和主胚根長(zhǎng)生長(zhǎng)受到明顯抑制。赤霉素對(duì)鹽脅迫下芽長(zhǎng)和主胚根長(zhǎng)生長(zhǎng)存在一定促進(jìn)作用。G1、G2和G3處理與G0處理相比，長(zhǎng)白9號(hào)和越光的芽長(zhǎng)和主胚根長(zhǎng)均有不同程度的提高，且G2處理的效果要好于其他處理。表明外源赤霉素能有效緩解鹽脅迫對(duì)幼芽和根長(zhǎng)的抑制作用。

2.2 外源赤霉素對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗葉片葉綠素含量的影響

由圖1所示，參試品種在鹽脅迫下葉綠素總量、葉綠素a含量和葉綠素b含量均不同程度降低。葉面噴施赤霉素后，各參試品種的葉綠素總量和葉綠素a含量不同程度增加，而葉綠素b含量呈降低趨勢(shì)。

長(zhǎng)白9號(hào)葉綠素總量G0處理與CK相比降低了16.4%，G1、G2和G3處理與CK相比分別降低了3.9%、15.7%和11.1%；長(zhǎng)白9號(hào)葉綠素a含量G0處理與CK相比降低了17.8%，G1、G2和G3處理與CK相比分別降低了6.0%、10.6%和8.9%；葉綠素b含量G0處理與CK相比降低了14.9%，G1、G2和G3處理與CK相比分別降低了21.0%、30.9%和20.4%，以G2處理下降最明顯。

越光葉綠素總含量G0處理與CK相比降低了18.3%，G1、G2和G3處理與CK相比分別降低了8.4%、12.4%和23.3%，G1、G2處理與G0處理間差異達(dá)極顯著（P<0.01）。葉綠素a含量變化趨勢(shì)與葉綠素總量基本一致，G0處理與CK相比降低了18.1%，而G1、G2、G3與CK相比分別降低了0.3%、0.5%和14.5%，G1、G2處理與G0處理間差異達(dá)極顯著（P<0.01）。越光葉綠素b含量G0處理與CK相比降低了18.5%，G1、G2和G3處理與CK相比分別降低了28.5%、30.1%和47.4%，以G3處理下降最明顯。

圖1 外源赤霉素對(duì)鹽脅迫下水稻葉片葉綠素含量的緩解效應(yīng)

圖2 赤霉素對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗葉片丙二醛含量的影響

圖3 赤霉素對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

2.3 外源赤霉素對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗葉片膜脂過(guò)氧化的影響

圖4 赤霉素對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗葉片超氧陰離子自由基含量的影響

丙二醛（MDA）是膜脂過(guò)氧化作用的主要產(chǎn)物之一，其含量是反映細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。如圖2所示，G0處理使耐鹽性不同的2個(gè)水稻品種葉片MDA含量均極顯著增加，分別比CK升高41.5%和33.6%。葉面噴施赤霉素后，長(zhǎng)白9號(hào)和越光葉片MDA含量明顯降低，且二者變化趨勢(shì)一致。與G0處理相比，G1、G2和G3處理長(zhǎng)白9號(hào)葉片MDA含量分別降低了5.2%、14.2%和4.2%，越光則分別降低了18.3%、27.2%和5.4%。表明鹽脅迫下噴施赤霉素具有降低膜脂過(guò)氧化作用，減輕了對(duì)植物細(xì)胞的傷害。

如圖3所示，G0處理下，2個(gè)水稻品種葉片相對(duì)電導(dǎo)率與CK相比均極顯著增加，分別比CK升高了55.2%和30.6%。外源赤霉素處理可明顯降低葉片相對(duì)電導(dǎo)率。與G0處理相比，G1、G2和G3處理長(zhǎng)白9號(hào)相對(duì)電導(dǎo)率分別降低了4.2%、14.3%和1.7%，G2處理與G0處理之間差異極顯著（P<0.01）。越光葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化趨勢(shì)與長(zhǎng)白9號(hào)基本一致，與G0處理相比，G1、G2和G3處理分別降低了21.9%、30.2%和15.0%。

如圖4所示，未經(jīng)鹽脅迫處理，參試品種葉片中O2-的產(chǎn)生速率較低；G0處理導(dǎo)致2個(gè)水稻品種葉片O2-的產(chǎn)生速率均極顯著增加，分別比CK升高39.4%和35.9%。噴施外源赤霉素后參試品種葉片中O2-的產(chǎn)生速率顯著降低。與G0處理相比，G1、G2和G3處理長(zhǎng)白9號(hào)葉片中O2-的產(chǎn)生速率分別降低了5.0%、11.4%和7.8%，越光分別降低了9.2%、19.1%和13.7%。表明G2處理效果要好于G1、G3處理，越光降低幅度大于長(zhǎng)白9號(hào)。

3 討論

赤霉素是指具有赤霉烷骨架，并能刺激細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)的一類化合物的總稱，其最顯著的生理效應(yīng)就是促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，主要是促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)[8]。一定濃度赤霉素可以促進(jìn)多種作物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)[9-10]。前人研究結(jié)果表明，10 μmol/L GA3處理能顯著緩解一定濃度范圍內(nèi)的鹽脅迫對(duì)水稻種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的抑制作用[11]。本研究結(jié)果表明，本試驗(yàn)中不同濃度赤霉素均提高了鹽脅迫下水稻種子發(fā)芽率，并可以顯著地恢復(fù)鹽脅迫下種苗根和芽的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)。其中以G2處理效果最佳。這可能是鹽脅迫使植物的內(nèi)源赤霉素活性下降，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)受抑制，而外源赤霉素可以部分抵消這種影響，進(jìn)而提高水稻耐鹽性，這與前人研究結(jié)果一致[2]。也有研究認(rèn)為，這是由于赤霉素能促進(jìn)細(xì)胞對(duì)Ca2+的吸收，提高細(xì)胞質(zhì)中的Ca2+濃度，并活化ER上的Ca2+-ATPase活性，促進(jìn)Ca2+向ER中運(yùn)輸，提高ER活性，從而促進(jìn)種子萌發(fā)[12]。

葉綠體是植物細(xì)胞中對(duì)鹽分最敏感的細(xì)胞器，易受到鹽脅迫的傷害。當(dāng)植物遭受鹽脅迫時(shí)，葉綠體在葉肉細(xì)胞中的排列呈現(xiàn)紊亂，基粒間連接松馳，類囊體內(nèi)腔膨大，葉綠體雙層被膜部分出現(xiàn)損壞，脂質(zhì)小球增多[13]。本研究結(jié)果表明，鹽脅迫下耐鹽性不同的2個(gè)水稻品種葉綠素含量均顯著降低，噴施25～100 mg/L外源赤霉素均可以提高鹽脅迫下水稻葉片中葉綠素總量和葉綠素a含量，其中以50 mg/L效果最為明顯。表明外源赤霉素可以有效地抑制水稻葉片中葉綠素降解，這與徐鍇等[14]研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)中鹽脅迫下外施赤霉素導(dǎo)致葉片中葉綠素b含量繼續(xù)下降，其原因有待進(jìn)一步明確。

逆境脅迫可誘發(fā)植物細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生過(guò)量的活性氧，活性氧積累會(huì)造成膜、蛋白質(zhì)和DNA分子結(jié)構(gòu)等損傷[15]，活性氧代謝失調(diào)是逆境下需氧生物受害的普遍表現(xiàn)，也是逆境損傷的重要原因之一[16]，過(guò)多的活性氧還可導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化，并進(jìn)一步引起DNA斷裂，導(dǎo)致基因突變[17]，可以引起膜透性增大，外滲液中離子濃度升高，相對(duì)電導(dǎo)率增大，相對(duì)電導(dǎo)率是標(biāo)志膜受損傷即植物受脅迫傷害程度的指標(biāo)[18]，而MDA是活性氧啟動(dòng)膜脂氧化過(guò)程中產(chǎn)生的主要產(chǎn)物之一，其含量是衡量植物在逆境脅迫下活性氧傷害程度大小的常用指標(biāo)[19]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在鹽脅迫條件下耐鹽性不同的2個(gè)品種幼苗葉片的MDA、超氧陰離子自由基含量和相對(duì)電導(dǎo)率均顯著增加，而噴施25～100 mg/L外源赤霉素后，葉片MDA含量、超氧陰離子自由基含量和相對(duì)電導(dǎo)率均明顯下降，其中以50 mg/L的處理效果最為明顯。由此可見(jiàn)，外源赤霉素可以緩解鹽脅迫對(duì)水稻植株的損害，降低葉片的膜脂過(guò)氧化作用，減少活性氧的積累和產(chǎn)生，從而提高植物耐鹽能力，這可能是外源赤霉素處理提高水稻耐鹽性的原因之一。

綜上所述，外源赤霉素在一定濃度范圍內(nèi)能有效緩解鹽脅迫對(duì)水稻種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的傷害，其中以50 mg/L的濃度緩解效果最為明顯。而耐鹽性不同水稻品種長(zhǎng)白9號(hào)與越光對(duì)赤霉素響應(yīng)不同，緩解機(jī)制也不盡相同，有待進(jìn)一步明確。

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