耿書德 吳燕 高青海

摘要 以西瓜品種“早佳8424”種子和幼苗為試材，研究鹽脅迫條件下，外源褪黑素（MT）浸種處理對西瓜種子萌發(fā)、西瓜幼苗生長、光合速率、根系活力、MDA含量和相對電導(dǎo)率等的影響。結(jié)果表明，與對照相比，鹽脅迫處理降低了西瓜種子萌發(fā)，外源25 μmol /L褪黑素浸種處理西瓜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢分別達(dá)74.2%和60.7%。鹽脅迫下，外源褪黑素浸種處理顯著提高西瓜幼苗根系活力和凈光合速率，進(jìn)而促進(jìn)了西瓜幼苗的生長，壯苗指數(shù)為0.13，為對照處理的86.7%。鹽脅迫處理下，外源褪黑素還有效降低西瓜幼苗葉片相對電導(dǎo)率和MDA含量，高濃度褪黑素緩解效果不明顯。

關(guān)鍵詞 西瓜;鹽脅迫;褪黑素;種子萌發(fā);幼苗生理特性

中圖分類號 S 651文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 0517-6611（2022）02-0052-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.02.015

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Effects of Exogenous Melatonin on Seed Germination and Physiological Characteristics of Watermelon Seedlings under Salt Stress

GENG Shu-de1，WU Yan2，GAO Qing-hai2 （1.Shandong Linyi Natural Resources Bureau，Linyi，Shandong251500;2.Anhui Science and Technology University，F(xiàn)engyang，Anhui233000）

Abstract The seeds and seedlings of watermelon variety “Zaojia8424” were used as materials to study the effects of exogenous melatonin （MT） on seed germination，seedling growth，photosynthetic rate，root activity，MDA content and relative conductivity of watermelon under salt stress.The results showed that the germination rate and germination potential of watermelon seeds treated with exogenous 25 μmol/L melatonin were 74.2% and 60.7% respectively.Under salt stress，exogenous melatonin treatment significantly increased root activity and net photosynthetic rate of watermelon seedlings，and then promoted the growth of watermelon seedlings，the index was 0.13，which reached 86.7% of the control treatment.Exogenous melatonin also decreased the relative conductivity and MDA content of watermelon seedling leaves under salt stress，but the effect of high concentration melatonin was not obvious.

Key words Watermelon;Salt stress;Melatonin;Seed germination;Physiological characteristics of seedling

基金項目 安徽省科技廳重大項目（202003b06020029）。

作者簡介 耿書德（1977—），男，山東臨邑人，農(nóng)藝師，從事植物生理及栽培技術(shù)研究與推廣。*通信作者，副教授，從事植物生理及栽培技術(shù)研究與推廣。

收稿日期 2021-05-26

西瓜（Citrullus lanatus）屬于葫蘆科西瓜屬作物，是重要的水果型蔬菜，在世界大多數(shù)國家均有栽培，我國栽培面積超過120萬hm2。在生產(chǎn)中西瓜忌連作，不耐鹽堿[1]，鹽脅迫也是引起西瓜連作障礙的重要因子，是影響植物生長發(fā)育的重要脅迫因子之一。近年來隨著不合理灌溉和化肥大量使用，土壤鹽漬化現(xiàn)象日益加劇[2]。研究表明，鹽脅迫不僅影響小麥等作物種子萌發(fā)[3-4]，而且還抑制作物生長，降低作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[5]。

褪黑素（melatonin，MT）是一類重要的吲哚類化合物，廣泛存在于動植物體內(nèi)[6]。研究表明，褪黑素主要是通過清除由鹽脅迫形成的活性氧而維持細(xì)胞膜的完整性和促進(jìn)黃瓜種子萌發(fā)[7]，低濃度的褪黑素處理促進(jìn)棉花種子萌發(fā)，高濃度褪黑素處理抑制棉花種子萌發(fā)[8]。

外源褪黑素還可以通過提高作物抗氧化酶活性降低膜質(zhì)過氧化，緩解鹽脅迫對作物生長的影響[9]。目前針對外源物質(zhì)褪黑素在多種作物上研究表明，其具有較好的生理調(diào)節(jié)作用，褪黑素是否可以提高鹽脅迫下西瓜種子萌發(fā)和幼苗耐鹽性目前尚不清楚。為此，筆者以西瓜為材料，通過浸種處理西瓜種子，研究外源物質(zhì)褪黑素對西瓜耐鹽性的影響，旨在為西瓜生產(chǎn)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 西瓜品種為“早佳8424”，種子購買于合肥豐樂種業(yè)股份有限公司。

1.2 試驗設(shè)計

選擇大小一致無病蟲害的西瓜種子，將精選西瓜種子在28 ℃條件下浸種24 h，中間換水6次，浸種處理分別為0、5、25、125 μmol/L MT溶液，對照用蒸餾水浸種。種子萌發(fā)試驗采用發(fā)芽盒紙床法，20 cm×30 cm發(fā)芽盒中墊入2層濾紙，把50粒西瓜種子整齊地擺放在濾紙上，然后緩緩加入150 mmol/L NaCl 溶液10 mL，對照處理加入蒸餾水，使濾紙充分潤濕，加蓋。每處理重復(fù)3次。然后將發(fā)芽盒放置在人工氣候箱中，溫度控制在28 ℃條件下催芽。每24 h更換濾紙并進(jìn)行鹽脅迫處理。

待種子發(fā)芽后開始統(tǒng)計發(fā)芽率。將發(fā)芽的種子播種于裝有基質(zhì)的50孔穴盤中，然后繼續(xù)在人工氣候箱中培養(yǎng)。培養(yǎng)過程中，每3 d澆灌一次150 mmol/L NaCl溶液，對照澆灌蒸餾水。在20 d時取樣測定西瓜幼苗的生理指標(biāo)，各生理指標(biāo)重復(fù)測定3次。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 發(fā)芽率和發(fā)芽勢。在28 ℃條件下催芽的西瓜種子第3天開始統(tǒng)計發(fā)芽率，第6天統(tǒng)計發(fā)芽勢。計算公式：

發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)種子總數(shù)×100%

發(fā)芽勢=規(guī)定天數(shù)發(fā)芽種子數(shù)種子總數(shù)×100%

1.3.2 西瓜植株鮮重。將處理20 d的西瓜幼苗用清水洗凈，植株表面的水分用紙巾吸干，盡量避免損壞根系與葉片，稱量西瓜整株鮮重，每個處理取5株，重復(fù)4次，取平均值。

1.3.3 西瓜葉片葉綠素含量和光合速率。

在鹽脅迫處理第19天時，利用手持式葉綠素儀（SPAD502-plus），選擇西瓜幼苗同一葉位葉片進(jìn)行測量，每個葉片測量5次，取平均值;凈光合速率采用光合儀（CIRAS-II）進(jìn)行測定，測定時溫度、光照強度控制在同一水平，選擇西瓜幼苗同一葉位的葉片，測量5株苗取平均值。

1.3.4 葉片相對電導(dǎo)率和MDA含量。

在鹽脅迫處理第20天時，進(jìn)行西瓜幼苗葉片相對電導(dǎo)率和丙二醛（MDA）含量測定，具體試驗步驟參照高俊鳳[10]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下外源褪黑素對西瓜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

由圖1和圖2可知，與對照相比，鹽脅迫處理顯著降低了西瓜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢，對西瓜種子的萌發(fā)產(chǎn)生了不利影響。外源褪黑素浸種處理可以提高西瓜種子萌發(fā)，發(fā)芽較為整齊，尤其是外源25 μmol/L褪黑素浸種處理的西瓜種子，在鹽脅迫下發(fā)芽率和發(fā)芽勢分別達(dá)74.2%和60.7%，而鹽脅迫處理的僅為60.4%和48.3%。高濃度的褪黑素浸種處理效果不顯著。說明鹽脅迫下，一定濃度的外源褪黑素浸種處理促進(jìn)西瓜種子萌發(fā)。

2.2 鹽脅迫下外源褪黑素對西瓜幼苗鮮重的影響

由圖3和圖4可知，與對照相比，鹽脅迫處理顯著降低了西瓜幼苗地上部鮮重和根系鮮重，抑制了西瓜幼苗的生長。外源褪黑素浸種處理可以促進(jìn)西瓜幼苗生長，尤其是外源25 μmol/L褪黑素浸種處理的西瓜，在鹽脅迫下西瓜幼苗地上部鮮重和根系鮮重分別為2.8和0.4 g/株，分別為對照處理的80.0%和88.9%，而鹽脅迫處理的西瓜幼苗地上部鮮重和根系鮮重僅為1.80和0.34 g/株。低濃度和高濃度的褪黑素浸種處理效果不如25 μmol/L褪黑素浸種處理明顯。說明鹽脅迫下，一定濃度的外源褪黑素浸種處理促進(jìn)西瓜幼苗生長。

2.3 鹽脅迫下外源褪黑素對西瓜幼苗壯苗指數(shù)和根系活力的影響

由圖5和圖6可知，與對照相比，鹽脅迫處理顯著降低了西瓜幼苗壯苗指數(shù)和根系活力，影響西瓜成苗和幼苗的生長。外源褪黑素浸種處理可以促進(jìn)西瓜幼苗生長，尤其是外源25 μmol/L褪黑素浸種處理的西瓜，在鹽脅迫下西瓜幼苗壯苗指數(shù)和根系活力分別為0.13和40.2 μg/（g·h），分別為對照處理的86.7%和90.3%，而鹽脅迫處理的西瓜幼苗壯苗指數(shù)僅為0.08。低濃度和高濃度的褪黑素浸種處理效果不如25 μmol/L褪黑素浸種處理明顯。說明鹽脅迫下一定濃度的外源褪黑素浸種處理促進(jìn)西瓜幼苗生長。

2.4 鹽脅迫下外源褪黑素對西瓜幼苗葉綠素含量和光合速率的影響

光合作用是植物重要的代謝活動。由圖7和圖8可知，與對照相比，鹽脅迫處理顯著降低了西瓜幼苗凈光合速率，對葉綠素含量影響不大。外源褪黑素浸種處理可以提高鹽脅迫下西瓜幼苗葉片凈光合速率，尤其是外源25 μmol/L褪黑素浸種處理的西瓜幼苗，在鹽脅迫下西瓜幼苗凈光合速率為12.4 μmol/（m2·s），為對照處理的86.1%，而鹽脅迫處理的西瓜幼苗凈光合速率僅為8.6 μmol/（m2·s）。低濃度和高濃度的褪黑素浸種處理效果不明顯。說明鹽脅迫下一定濃度的外源褪黑素浸種處理提高西瓜幼苗光合能力。

2.5 鹽脅迫下外源褪黑素對西瓜幼苗葉片相對電導(dǎo)率和MDA含量的影響

由圖9和圖10可知，與對照處理相比，鹽脅迫處理下西瓜幼苗葉片MDA含量和相對電導(dǎo)率顯著升高;外源褪黑素浸種處理可顯著降低西瓜幼苗MDA含量和相對電導(dǎo)率，不同濃度外源褪黑素浸種處理效果有所差異，其中25 μmol/L褪黑素處理緩解效果較好，西瓜幼苗MDA含量和相對電導(dǎo)率分別為2.3 nmol/g和26.3%，比鹽脅迫處理西瓜幼苗葉片MDA含量和相對電導(dǎo)率分別降低了20.7%和13.8%。說明鹽脅迫處理下，外源褪黑素浸種處理可以緩解西瓜幼苗葉片細(xì)胞膜受損程度。

3 結(jié)論與討論

陳莉等[11]研究表明，鹽脅迫抑制了棉花種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚根長，種子萌發(fā)后的生物量均明顯下降，外加低濃度褪黑素有利于促進(jìn)棉花種子萌發(fā)，高濃度的褪黑素處理效果不明顯。該研究結(jié)果表明，鹽脅迫處理降低了西瓜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢，外源25 μmol/L褪黑素處理可以緩解鹽脅迫對西瓜種子萌發(fā)的影響，提高西瓜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢。低濃度的外源褪黑素也具有緩解鹽脅迫下黃瓜種子萌發(fā)的生理功能[7]。外源褪黑素主要是通過維持細(xì)胞膜的完整性和減少電解質(zhì)滲漏來緩解低溫對番茄幼苗造成傷害[12-13]，該研究結(jié)果表明，鹽脅迫下西瓜幼苗葉片相對電導(dǎo)率和MDA含量顯著增加，外源褪黑素浸種處理可以顯著降低鹽脅迫對西瓜幼苗細(xì)胞膜的危害。

鹽脅迫下，香椿幼苗的生長受到顯著抑制，葉綠素含量和凈光合速率顯著降低，外源褪黑素處理增強香椿對營養(yǎng)元素的吸收，提高光合作用效率，從而提高香椿幼苗對鹽脅迫的抗性[14]。該研究結(jié)果表明，鹽脅迫處理降低了西瓜幼苗根系活力和凈光合速率，葉綠素含量差異不大。外源褪黑素浸種處理不僅提高西瓜幼苗根系活力，同時也顯著提高西瓜幼苗凈光合速率，促進(jìn)鹽脅迫下西瓜幼苗生長。高濃度褪黑素浸種處理緩解鹽脅迫效果不明顯。

參考文獻(xiàn)

[1]

韓志平，張海霞，高迎，等.水楊酸對鹽脅迫下西瓜種子萌發(fā)特性的影響[J].山西大同大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，27（5）：66-69.

[2] 王康君，樊繼偉，陳鳳，等.植物對鹽脅迫的響應(yīng)及耐鹽調(diào)控的研究進(jìn)展[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2018，30（12）：31-40.

[3] 喬佩，盧存福，李紅梅，等.鹽脅迫對誘變小麥種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013，21（6）：720-727.

[4] 陸昱成.鹽脅迫對2種春小麥新品種的萌發(fā)及相關(guān)酶活性的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（15）：18-20，25.

[5] 田家明，張冠初，羅莊田，等.生物有機肥對鹽堿土花生農(nóng)藝性狀及莢果發(fā)育的影響[J].花生學(xué)報，2020，49（1）：66-71.

[6] 趙燕，王東華，趙曦陽.植物中褪黑素的研究進(jìn)展[J].西北植物學(xué)報，2014，34（1）：196-205.

[7] ZHANG H J，ZHANG N，YANG R C，et al.Melatonin promotes seed germination under high salinity by regulating antioxidant systems，ABA and GA 4 interaction in cucumber （Cucumis sativus L.） [J].Journal of pineal research，2014，57（3）：269-279.

[8] XIAO S，LIU L T，WANG H，et al.Exogenous melatonin accelerates seed germination in cotton （Gossypium hirsutum L.）[J].PLoS One，2019，14（6）：1-18.

[9] 彭玲，李愛，楊漫，等.外施褪黑素對鹽脅迫下紅花生長和生理特性的影響[J].中藥材，2019，42（8）：1730-1737.

[10] 高俊鳳.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[11] 陳莉，劉連濤，馬彤彤，等.褪黑素對鹽脅迫下棉花種子抗氧化酶活性及萌發(fā)的影響[J].棉花學(xué)報，2019，31（5）：438-447.

[12] LEI X Y，ZHU R Y，ZHANG G Y，et al.Attenuation of cold-induced apoptosis by exogenous melatonin in carrot suspension cells：The possible involvement of polyamines[J].Journal of pineal research，2004，36（2）：126-131.

[13] 杜天浩.外源褪黑素對NaCl脅迫下番茄幼苗生理代謝和產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2016.

[14] 偶春，張敏，姚俠妹，等.褪黑素對鹽脅迫下香椿幼苗生長及離子吸收和光合作用的影響[J].西北植物學(xué)報，2019，39（12）：2226-2234.