外源水楊酸對鹽脅迫下菜豆種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響

張鳳銀，陳禪友，胡志輝，許麗彬

（1.江漢大學生命科學學院，武漢 430056；2.湖北省豆類（蔬菜）植物工程技術研究中心，武漢 430056）

土壤鹽漬是影響植物生長、限制作物生產(chǎn)力的主要非生物逆境因素之一[1-4]。隨著設施蔬菜業(yè)的發(fā)展，因設施內(nèi)地溫高、蒸發(fā)量大、無雨水淋溶的小氣候及栽培作物時施肥量大等特點，易引起土壤次生鹽漬[5]，已成為制約蔬菜高產(chǎn)、優(yōu)質、可持續(xù)發(fā)展的主要因素[6]。因此，長期以來，植物耐鹽機理以及如何提高植物的耐鹽性、增加鹽脅迫下作物產(chǎn)量，一直是人們關注的焦點。目前研究發(fā)現(xiàn)，添加外源物質調(diào)控植物體抗氧化組分是解決非生物逆境脅迫對植物傷害行之有效的方法。水楊酸（Salicylic acid，SA）是植物體內(nèi)廣泛存在的一種簡單的酚酸類物質，也是一種新的植物內(nèi)源激素。據(jù)報道，在菊花[7]、棉花[8]、生菜[9]、黃瓜[10]、番茄[11]、花椰菜[12]等植物上添加外源SA能提高其抗鹽性。

菜豆（Phaseolus vulgaris L.）又稱蕓豆（俗稱二季豆或四季豆），屬豆科菜豆屬植物，在我國栽培廣泛，屬重要出口農(nóng)產(chǎn)品。菜豆在種植過程中也經(jīng)常受到鹽脅迫，給生產(chǎn)帶來不同程度的損失。但到目前為止，鹽脅迫下菜豆生理特性研究及外源SA對鹽脅迫下菜豆種子萌發(fā)及幼苗生長的影響少見報道。為明確SA對菜豆耐鹽性影響的生理機制，本研究以菜豆種子為試驗材料，在NaCl鹽脅迫下，分析不同濃度外源SA對菜豆種子萌發(fā)、幼苗生長指標以及生理指標的影響，探討SA對菜豆耐鹽性的影響，旨在為實際生產(chǎn)中緩解菜豆鹽害提供理論和技術依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在武漢市江漢大學生命科學學院實驗中心進行。以紅花白莢的菜豆種子為試驗材料（購于武漢市大東門蔬菜種子市場）。SA，化學純，由上海國藥集團生產(chǎn)。NaCl，分析純，含量≥99.5%，由北京化學試劑公司生產(chǎn)。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗共設8個處理：0 g·L-1NaCl+0 g·L-1SA（蒸餾水，記為CK1）；7 g·L-1NaCl+0 g·L-1SA（記為CK2）；7 g·L-1NaCl+0.25 g·L-1SA；7 g·L-1NaCl+0.5 g·L-1SA；7 g·L-1NaCl+1.0 g·L-1SA；7 g·L-1NaCl+1.5 g·L-1SA；7 g·L-1NaCl+2.0 g·L-1；7 g·L-1NaCl+2.5 g·L-1SA。

1.2.2 菜豆種子處理

菜豆種子經(jīng)粒選后，用0.1%高錳酸鉀溶液消毒10 min，蒸餾水漂洗3次，然后用蒸餾水浸種4 h。將浸種后的種子置入鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿100粒，沿培養(yǎng)皿的壁分別加入上述處理溶液，并保持濾紙濕潤。處理后的種子在溫度25℃、濕度85%恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每天更換濾紙，并加入原處理溶液，保持濾紙濕潤。每個處理重復3次。從培養(yǎng)次日開始統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)（以胚根長為種子長度的一半作為發(fā)芽標準）。發(fā)芽試驗進行7 d，測定并計算種子萌發(fā)相關指標（發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)）及幼苗的生長（芽長、主根長、側根數(shù)）和生理指標（SOD活性、MDA含量）。

1.3 指標測定

1.3.1 種子萌發(fā)指標

種子萌發(fā)第4天測定發(fā)芽勢，第7天測定發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。計算公式如下：

發(fā)芽勢（%）=第4天發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100%；發(fā)芽率（%）=第7天發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100%；發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt，式中，Gt為在t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應的發(fā)芽日數(shù)。

1.3.2 幼苗生理指標

超氧化物歧化酶活性采用氮藍四唑（NBT）法測定[13]；丙二醛含量采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法測定[13]。以上指標均重復測定3次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2003進行整理，并用DPS 2000統(tǒng)計軟件進行方差分析和多重比較，顯著性檢驗采用鄧肯氏新復極差方法。

2 結果與分析

2.1 外源SA對NaCl鹽脅迫下菜豆種子萌發(fā)的影響

由表1可知，CK2發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)與CK1相比存在顯著差異（P＜0.05），前者發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)分別較后者降低19%、16%和7%。因此，鹽脅迫延緩菜豆種子萌發(fā)速度、降低種子的萌發(fā)活力，抑制種子萌發(fā)。但在鹽脅迫下添加外源SA，菜豆種子萌發(fā)相關指標隨外源SA濃度的增加均呈先升高后下降的趨勢。其中以添加0.5 g·L-1SA處理效果最佳，其發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)分別較CK2處理提高了21%、30%和11%。當SA濃度超過2.0 g·L-1則加重鹽脅迫對種子萌發(fā)的抑制作用，SA濃度為2.5g·L-1時發(fā)芽率極低，僅為7%。

表1 不同濃度SA對NaCl鹽脅迫下菜豆種子萌發(fā)的影響Table1 Effects of different concentrations of SA on seed germination of kidney bean under NaCl stress

2.2 外源SA對NaCl鹽脅迫下菜豆幼苗生長的影響

由表2可知，CK1和CK2處理的菜豆幼苗側根數(shù)差異不顯著（P＞0.05），但經(jīng)過CK2處理的幼苗芽長、主根長顯著短于CK1處理（P＜0.05）。因此，鹽脅迫抑制菜豆幼苗生長。在NaCl鹽脅迫下，隨添加外源SA濃度的增加，菜豆幼苗的芽長、主根長以及側根數(shù)均呈先增加后下降的趨勢。其中，0.5g·L-1SA緩解鹽脅迫效果最佳，不僅其菜豆幼苗芽長、根長及側根數(shù)顯著高于CK2處理，而且芽長和側根數(shù)也顯著高于CK1處理。當SA濃度超過1.5 g·L-1時，SA濃度越高，對幼苗生長抑制越嚴重。

表2 不同濃度SA對NaCl鹽脅迫下菜豆幼苗生長的影響Table2 Effects of different concentrations of SA on seedling growth of kidney bean under NaCl stress

2.3 不同濃度SA對NaCl鹽脅迫下菜豆幼苗SOD酶活性的影響

SOD是植物細胞膜的重要保護酶，通過清除超氧陰離子自由基，保護細胞膜的完整性。SOD活性常作為植物抗逆性的重要生理指標之一。由表3可知，CK2處理幼苗SOD活性顯著低于CK1處理（P＜0.05），表明遭受鹽脅迫后，菜豆幼苗體內(nèi)SOD活性降低。在鹽脅迫下，隨添加外源SA濃度的增加，菜豆幼苗體內(nèi)SOD活性呈先升高后降低的變化趨勢。其中添加0.25～1.5 g·L-1SA均能顯著提高SOD活性，且以0.5 g·L-1SA處理的菜豆幼苗SOD活性最高。因此，鹽脅迫降低菜豆幼苗SOD活性，適宜濃度SA處理能提高菜豆幼苗SOD活性，保護細胞膜完整。

2.4 不同濃度SA對NaCl鹽脅迫下菜豆幼苗MDA含量的影響

MDA是膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物，反映膜系統(tǒng)受傷害程度的重要標志之一。由表3可知，CK2處理幼苗中MDA含量顯著高于CK1處理（P＜0.05），說明經(jīng)過鹽脅迫后膜系統(tǒng)受到破壞。與CK2相比，通過添加0.25～0.5 g·L-1SA的處理能顯著降低菜豆幼苗的MDA含量，緩解鹽脅迫對膜的破壞，添加1.0～2.0 g·L-1SA對MDA含量無影響，而2.5 g·L-1SA反而顯著提高MDA含量。

表3 不同濃度SA對NaCl鹽脅迫下菜豆幼苗SOD活性及MDA含量的影響Table3 Effects of different concentrations of SA on SOD activity and MDA content of kidney bean seedlings under NaCl stress

3 討論與結論

植物種子萌發(fā)和幼苗期是鹽脅迫最敏感的階段之一[14]。此階段若受到鹽脅迫，輕者會降低種子的發(fā)芽率，延遲出苗時間；重者則會導致種子不能發(fā)芽或幼苗死亡[15-18]。本試驗結果表明，在NaCl處理下菜豆種子萌發(fā)延緩，發(fā)芽率降低，幼苗主根、側根以及芽的生長均受到明顯抑制。

鹽脅迫引起種子萌發(fā)和植物生長抑制的原因主要為滲透脅迫引起植物細胞生理缺水，或細胞質膜遭破壞，導致溶質外滲，或離子毒害致細胞膜的選擇透性遭破壞，使細胞的生理功能遭到破壞[19]。在本試驗中，菜豆幼苗的細胞膜保護酶SOD活性降低，而反映細胞膜受傷害程度的MDA含量增加，說明菜豆受鹽脅迫后，其細胞膜遭到破壞。SOD是一種誘導酶，Kumara等發(fā)現(xiàn)用100 mmol·L-1NaCl處理能顯著提高非洲菊體內(nèi)的SOD活性[20]，王玉萍等報道用125 mmol·L-1NaCl處理也能顯著提高花椰菜幼苗SOD活性[12]，作者在預備試驗中設置不同濃度NaCl處理菜豆，并沒有發(fā)現(xiàn)提高SOD活性的處理，說明NaCl處理是否能提高SOD活性可能與植物種類有關或者與NaCl處理濃度有關，有待進一步研究。

本研究結果也表明，適宜濃度的SA能顯著提高菜豆幼苗抗氧化酶的活性，有效清除活性氧，緩解鹽脅迫導致的氧化傷害，從而提高菜豆種子的發(fā)芽力，促進幼苗生長。與報道[10,12]結果一致，SA對菜豆種子萌發(fā)和幼苗生長的影響與濃度有關，即低濃度時，緩解鹽脅迫對種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用，高濃度時，則加重鹽脅迫對種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用。在本研究中，0.25～0.5 g·L-1SA能緩解菜豆鹽脅迫作用，超過1.0 g·L-1SA則加重鹽脅迫作用。

菜豆在NaCl鹽脅迫下，種子萌發(fā)和幼苗生長均受到抑制，添加SA能緩解鹽脅迫，且以0.5 g·L-1SA為佳。

[1]劉劍光,肖松華,吳巧娟,等.鹽脅迫對棉種萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學,2010(5):124-125.

[2]Silveira J G,Melo A R B,Viegas R A,et al.Salinity induced effects on nitrogen assimilation related to growth in cowpea plants[J].Environmental and Experimental Botany,2001,46:171-179.

[3]Khan M H,Panda S K.Alterations in root lipid peroxidation and antioxidative responses in two rice cultivars under NaCl-salinity stress[J].Acta Physiologiae Plantarum,2008,30:81-89.

[4]趙可夫.植物抗鹽生理[M].北京:科學出版社,1993:11-20.

[5]史慶華,朱祝軍,Al-aghabary K,等.滲鹽脅迫對番茄抗氧化酶和ATP酶及焦磷酸酶活性的影響[J].植物生理與分子生物學學報,2004,30(3):311-316.

[6]張志剛,尚慶茂.水楊酸和殼聚糖對NaCl脅迫下黃瓜種子萌發(fā)的促進作用[J].中國蔬菜,2008(8):26-29.

[7]郭春曉,鄭成淑,謝紅英,等.鹽脅迫下外源水楊酸對菊花根系離子含量和APTase及PPase活性的影響[J].園藝學報,2011,38(6):1167-1172.

[8]朱偉,袁超,馬宗斌,等.水楊酸對鹽脅迫下棉花種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報,2009,21(10):17-19.

[9]何俊瑜,任艷芳.外源水楊酸對NaCl脅迫下生菜幼苗生長和光合性能的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)大學學報:自然科學版,2009,35(6):628-631.

[10]孫麗娜,曲敏,任廣濤,等.水楊酸對鹽脅迫下黃瓜種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報,2006,34(4):449-453.

[11]宿越,李天來,楊鳳軍,等.外源水楊酸對NaCl脅迫下番茄幼苗保護酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質含量的影響[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報,2009,40(3):273-276.

[12]王玉萍,董雯,張鑫,等.水楊酸對鹽脅迫下花椰菜種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響[J].草業(yè)學報,2012,21(1):213-219.

[13]李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京:高等教育出版社,2000.

[14]王寶山,趙可夫,鄒琦.作物耐鹽機理研究進展及提高作物抗鹽性的對策[J].植物學通報,1997,14(增):25-30.

[15]石元容.鹽堿土改良[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1986:7.

[16]楊建偉,劉征,杜麗,等.鹽脅迫對三櫻椒種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學,2012,40(2):120-122.

[17]李存楨,劉小京,黃瑋,等.不同鹽分脅迫對中亞濱藜種子萌發(fā)及其恢復的影響[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報,2005,28(6):1-3,14.

[18]姚啟倫,張維.NaCl脅迫對玉米自交系種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2010,38(5):2294-2296.

[19]劉洪蘭,李景富,許向陽,等.NaCl脅迫對不同番茄種子萌芽的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報,2008,39(5):28-33.

[20]Kumara G D K,Xia Y,Zhu J,et al.Effects of exogenous salicylic acid on antioxidative enzyme activities and physiological characteristics in gerbera(Gerbera jamesonii L.)grown under NaCl stress[J].浙江大學學報:農(nóng)業(yè)與生命科學版,2010,36(6):591-601.