水楊酸浸種處理對黑麥草種子萌發(fā)及幼苗抗旱性的影響

劉 杰，楊絮茹，周蘊薇

(東北林業(yè)大學園林學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

適當?shù)耐庠次镔|(zhì)浸種處理可以殺滅種子細菌，防治苗期病蟲害，增加幼苗營養(yǎng)，提高種子萌發(fā)和促進幼苗生長。水楊酸(SA)是生物體內(nèi)普遍存在的酚類化合物之一，外施SA具有促進種子萌發(fā)、幼苗生長、誘導植物開花、控制離子吸收等多種生理作用[1-3]。王曉多等[4]報道，10～40 mg/L SA浸種后的豌豆(Pisumsativum)的幼苗根系活力得到了提高，有利于地下部根系的形成，改善幼苗的抗性。楊玲等[5]報道，SA浸種處理提高了水稻(Oryzasativa)的發(fā)芽率。但其促進效應也因其施用濃度而異，如穆瑞霞等[6]指出，當SA濃度大于5.00 mmol/L時，浸種處理可造成大蔥(Alliumfistulosum)種子死亡。

水分脅迫對植物的傷害在非生物脅迫中較為常見且對植物傷害較為嚴重。前人的研究表明，在水分脅迫條件下，活性氧的產(chǎn)生和清除系統(tǒng)受到破壞，活性氧過度積累，引起細胞膜的過氧化，進而破壞細胞膜和細胞器[7]；質(zhì)膜過氧化產(chǎn)物——丙二醛(MDA)的積累對膜和細胞造成進一步傷害[8]。適當?shù)耐庠次镔|(zhì)浸種處理不僅可以促進種子的萌發(fā)，還可能影響植物的抗旱性。許明麗等[9]報道，在種子吸脹和萌發(fā)期間用SA處理的小麥(Triticumaestivum)幼苗，可緩解水分脅迫導致的膜損傷；也有報道[10]認為，SA浸種可提高超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和抗壞血酸酶(AXP)活性從而減輕水分脅迫對玉米(Zeamays)幼苗的傷害。黑麥草(Loliumperenne)是重要的草坪草，在園林綠化中有廣泛的應用，但關于SA浸種對黑麥草種子萌發(fā)和幼苗抗旱性的影響尚未見報道。 本試驗擬通過研究不同濃度SA浸種處理對黑麥草種子萌發(fā)的影響，探討經(jīng)SA浸種處理后萌發(fā)的黑麥草幼苗對水分脅迫的生理反應，為SA在草坪草上的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

以黑麥草‘托亞’(L.perenne‘Taya’)為材料，選擇大小均勻、飽滿的種子分別用0.25、0.50和0.75 mmol/L 3個濃度的SA溶液浸泡24 h，用蒸餾水沖洗3次，備用。取100粒種子均勻擺放在墊有3層濕潤濾紙的玻璃培養(yǎng)皿內(nèi)，放入光照培養(yǎng)箱(光照3 000 lx，每天8 h，日溫設定為15℃，夜溫設為10℃)中，觀察并統(tǒng)計其萌發(fā)相關指標。以清水浸種作對照，重復3次。

幼苗水分脅迫試驗，用0.50 mmol/L濃度SA浸泡黑麥草草種24 h，待幼苗長至三葉一心時，用20%的PEG6000溶液進行水分脅迫處理，對照用經(jīng)清水浸種后萌發(fā)的幼苗進行相同的水分脅迫處理，在脅迫的第0、1、2、3、4天取黑麥草所有葉片測定相關生理指標。試驗重復3次。

發(fā)芽勢以第3天發(fā)芽種子數(shù)計算，發(fā)芽率以第7天發(fā)芽種子數(shù)計算，并測幼苗的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量。SOD、POD、過氧化氫酶(CAT)和MDA采用陳建勛[11]的方法測定，質(zhì)膜相對透性、游離脯氨酸采用李合生[12]的方法測定。數(shù)據(jù)均采用Excel和DPS 2000統(tǒng)計軟件分析。

2 結果與分析

2.1SA浸種對黑麥草種子萌發(fā)的影響 不同濃度SA浸種處理均可顯著提高黑麥草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢，以及幼苗的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，其中以0.50 mmol/L處理促進效應最為顯著(表1)。因此，選取0.50 mmol/L濃度SA對幼苗進行水分脅迫試驗。

表1 SA對黑麥草種子萌發(fā)幼苗生長的影響

2.2水分脅迫下SA浸種對黑麥草幼苗葉片質(zhì)膜透性和MDA含量的影響 隨水分脅迫時間的增長，對照與處理植株的質(zhì)膜相對透性均呈上升趨勢；處理植株質(zhì)膜相對透性顯著低于對照植株，如脅迫第4天，處理植株質(zhì)膜透性僅為對照植株的63.61%(圖 1)。

圖1 0.50 mmol/L SA浸種對水分脅迫下黑麥草幼苗葉片質(zhì)膜透性的影響

黑麥草幼苗受水分脅迫后，葉片中MDA含量隨脅迫時間的延長而增大。0.50 mmol/L SA處理的黑麥草幼苗的MDA增長幅度要明顯低于對照植株，如在脅迫第4天對照植株的MDA含量是處理植株的1.48倍(圖 2)。

圖2 0.50 mmol/L SA浸種對水分脅迫下黑麥草幼苗葉片MDA含量的影響

2.3水分脅迫下SA浸種對黑麥草幼苗葉片游離脯氨酸含量的影響 對照與SA處理植株黑麥草葉片中的脯氨酸含量均隨脅迫時間的延長而升高。但經(jīng)0.50 mmol/L SA處理的植株體內(nèi)脯氨酸含量顯著高于對照植株，在脅迫第4天差異達到最大，處理植株為對照植株的2.28倍(圖 3)。

圖3 0.50 mmol/L SA浸種對水分脅迫下黑麥草幼苗葉片游離脯氨酸含量的影響

2.4水分脅迫下SA浸種對黑麥草幼苗葉片POD、SOD和CAT活性的影響 水分脅迫下，對照植株與處理植株的POD和SOD活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，對照植株POD在第1天達到最大值，隨后緩慢下降；而處理植株在第2天達到最大值之后緩慢下降，且長時間維持較高水平(圖4)。對照植株與處理植株的SOD活性均在脅迫第2天時達到最大之后緩慢下降，但處理植株的SOD活性高于對照植株，表明水分脅迫下適宜濃度的SA處理，可以誘導葉片SOD活性的升高，從而增強植物的抗旱能力(圖4)。水分脅迫下，對照植株的CAT活性在水分脅迫第1天急劇升高，第2、3、4天一直是下降趨勢，處理植株一直處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，在第1天略有降低，在第2、3、4天緩慢升高，從第2天開始處理植株的CAT活性一直高于對照植株(圖4)。

圖4 0.50 mmol/L SA浸種對水分脅迫下黑麥草幼苗葉片POD、SOD和CAT活性的影響

3 討論

水分脅迫對植物傷害的機理之一是破壞膜系統(tǒng)的完整性，降低對外界物質(zhì)的選擇透過性。植物細胞主要是由膜系統(tǒng)組成的多分子動體系。膜結構功能傷害的機理可能是脫水引起構型改變、活性氧傷害、膜脂過氧化作用而降解膜蛋白等[13]。黑麥草在水分脅迫下，水楊酸處理使植株質(zhì)膜相對透性增長緩慢，說明水楊酸能緩解水分脅迫對黑麥草的傷害。本研究表明，水楊酸能夠有效地維持水分脅迫下葉片丙二醛的低含量，這與水楊酸對棉花(Gossypiumsp.)抗旱性的研究結果一致[14]?？赡苁峭庠此畻钏嵋种屏怂置{迫下黑麥草活性氧的產(chǎn)生，激發(fā)了抗氧化酶活性，緩解了丙二醛的增長；同時還可能是水楊酸降低了因丙二醛的積累與蛋白質(zhì)結合引起的蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間的交聯(lián)所導致的膜結構和功能的破壞，保護了質(zhì)膜，阻止了膜透性提高，從而延緩了黑麥草的缺水反應，表現(xiàn)為植物受旱害程度的減輕。

脯氨酸積累可以提高細胞的滲透勢，增強膜結構在缺水條件時的穩(wěn)定性，減少干旱對葉片細胞的傷害作用[15]。在水分脅迫過程中，植物體內(nèi)脯氨酸含量會發(fā)生適應性改變。本研究中，隨著水分脅迫強度的增大，對照植株與處理植株的脯氨酸含量都呈現(xiàn)上升趨勢，經(jīng)過水楊酸處理的植株在第1天之后大量積累，可能因為水楊酸激發(fā)了脯氨酸代謝過程中的D’-吡咯啉-5-羧酸合成酶和脯氨酸脫氫酶的活性,也不能排除水楊酸可能會阻止脯氨酸降解的因素。

水楊酸可能直接或間接地參與了抗氧化保護酶系統(tǒng)的生理響應過程。本研究表明，水楊酸能明顯影響水分脅迫下黑麥草的生理生化過程。在脅迫過程中，過氧化物酶和超氧化物歧化酶隨脅迫的加強呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，處理植株的過氧化物酶和超氧化物歧化酶活性始終高于對照植株，表明水楊酸浸種可提高植株水分脅迫期間過氧化物酶和超氧化物歧化酶活性，從而提高抗旱性，這與水楊酸浸種對玉米(Zeamays)幼苗抗旱性的研究結果相同[5]；處理植株與對照植株的過氧化氫酶活性在脅迫期間變化趨勢不同，對照植株的過氧化氫酶活性對水分脅迫反應敏感，而水楊酸處理植株的過氧化氫酶活性對水分脅迫的反應相對平穩(wěn)，這可能暗示水楊酸浸種處理可提高過氧化氫酶的穩(wěn)定性以抵御水分脅迫。超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶是植物體內(nèi)酶促防御系統(tǒng)的3個重要保護酶，保護酶活性的變化與植物的抗旱能力緊密相連，水楊酸浸種后超氧化物歧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶對水分脅迫的兩種不同反應機制及其可能的生理意義還有待進一步深入研究。

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