殼聚糖浸種對鹽脅迫苜蓿種子萌發(fā)受阻的緩解作用

常青山， 張利霞， 劉龍昌， 張巧明， 王 寧， 鄭軼琦， 田彭偉， 王倩倩

(1.河南科技大學 林學院， 河南 洛陽 471003； 2.河南科技大學 農(nóng)學院， 河南 洛陽 471003)

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殼聚糖浸種對鹽脅迫苜蓿種子萌發(fā)受阻的緩解作用

常青山1， 張利霞2*， 劉龍昌1， 張巧明1， 王 寧1， 鄭軼琦1， 田彭偉1， 王倩倩1

(1.河南科技大學 林學院， 河南 洛陽 471003； 2.河南科技大學 農(nóng)學院， 河南 洛陽 471003)

為解決苜蓿種子萌發(fā)的鹽害問題，采用不同濃度殼聚糖溶液(50～250 mmol/L)對苜蓿進行浸種處理，在100 mmol/L NaCl脅迫下進行苜蓿種子的萌發(fā)試驗。結(jié)果表明：與清水對照相比，鹽脅迫顯著抑制苜蓿種子的萌發(fā)，殼聚糖50～200 mmol/L溶液浸種處理后，鹽脅迫苜蓿種子的萌發(fā)效果均有不同程度升高，其中以150 mg/L殼聚糖處理對鹽脅迫下苜蓿種子萌發(fā)的緩解效果最好，其根長、活力指數(shù)、苗高、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢和發(fā)芽率分別比鹽脅迫對照組高7.82倍、52.27%、47.92%、22.68%、16.28%和15.67%。

苜蓿； 殼聚糖； 鹽脅迫； 種子萌發(fā); 緩解作用

苜蓿(MedicagosativaL.)俗稱金花菜，品類繁多，栽培歷史悠久，在世界范圍內(nèi)被廣泛種植[1]，其中最有名的是紫花苜蓿。紫花苜蓿是一種多年生優(yōu)質(zhì)豆科牧草，有“牧草之王”的美稱。其莖中含有豐富的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、氨基酸、維生素和胡蘿卜素，葉片中粗蛋白含量高達36.50%，其總能、消化能、代謝能也很高[2]，是替代禾本科牧草的首選。我國存在大量的鹽漬化土地，約占全國可利用土地的4.88%，耕地中的鹽漬化面積達6.62%[3]。雖然苜蓿的葉片具有排鹽機制，但是不同品種間的耐鹽性差別很大[4]，耐鹽性也隨個體發(fā)育階段發(fā)生變化，其中種子萌發(fā)時是對鹽脅迫最敏感的時期[5-6]。因此，探究鹽脅迫下苜蓿種子的處理方法對于擴大我國苜蓿的種植面積具有重要意義。

殼聚糖(Chitosan，CTS)又稱幾丁聚糖、殼糖胺、脫乙?；讱べ|(zhì)和基多酸等，是甲殼素(chitin)脫乙?；难苌?。作為一種生物聚合物，廣泛存在于昆蟲的表皮、蟹蝦的外殼以及微生物的細胞壁里。在植物遭到生物逆境脅迫時作為天然誘導因子，通過促進植物細胞次生代謝產(chǎn)物的形成，激活編碼苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia lyase，PAL)和蛋白酶抑制子基因的轉(zhuǎn)錄等，參與植物細胞的防衛(wèi)反應(yīng)機制。殼聚糖也能在植物遭到非生物逆境時引發(fā)植物體的防衛(wèi)反應(yīng)機制，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域[7]，能夠促進番茄[8]、大豆[9]、黃瓜[10]、水稻[11]等種子的萌發(fā)。殼聚糖通過誘導植物細胞木質(zhì)膠、蛋白質(zhì)抑制因子、木質(zhì)素等物質(zhì)的合成，參與植物細胞對病原菌侵染的防衛(wèi)反應(yīng)，有效提高植物的抗病性[12]；通過提高抗氧化酶類(SOD，POD，CAT，APX)的活性，增強幼苗的抗冷性[13]，對黃瓜幼苗抗鹽性具有協(xié)同作用[12]。但目前有關(guān)殼聚糖浸種對鹽脅迫下苜蓿種子萌發(fā)受阻的緩解作用研究鮮見報道。為此，筆者于2014年3月以苜蓿種子為材料，研究不同濃度殼聚糖溶液浸種對鹽脅迫下苜蓿種子萌發(fā)特性的影響，為解決苜蓿種子萌發(fā)的鹽害問題提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

紫花苜蓿(M.sativa)：品種名為標桿，購于江蘇省農(nóng)業(yè)科學院。培養(yǎng)箱：GXZ-280B型光照培養(yǎng)箱(寧波江南儀器制造廠生產(chǎn))，培養(yǎng)溫度(21±1)℃，每天光照12 h，光照度66%。

1.2 試驗方法

設(shè)1個清水對照組(CK1)、1個鹽脅迫對照組(CK2)和7個處理組(T1～T7)，重復4次。準確稱取殼聚糖固體粉末1.000 0 g，先以1%醋酸配成母液，然后將其稀釋為50 mg/L (T1)、100 mg/L (T2)、125 mg/L (T3)、150 mg/L (T4)、175 mg/L (T5)、200 mg/L(T6)、250 mg/L(T7)的殼聚糖試驗用溶液。選取籽粒飽滿、大小基本一致的苜蓿種子，用0.1%的氯化汞溶液消毒10～15 min，再經(jīng)去離子水漂洗3次并用吸水紙吸干表面水分，然后在各殼聚糖溶液及去離子水(CK)中浸泡12 h，用去離子水漂洗種子3次，吸水紙吸干種子表面水分。將浸種處理的種子放入預先鋪上2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿50粒，重復4次，間距一致。每個培養(yǎng)皿加入100 mmol/L NaCl溶液10 mL進行脅迫，清水對照組(CK1)加等量去離子水。每天稱重補水保證鹽脅迫濃度不變，打開培養(yǎng)皿與外界換氣5 min，每24 h觀察記錄發(fā)芽情況；最后1 d記錄最終發(fā)芽數(shù)，幼苗鮮重、苗高與根長。

1.3 統(tǒng)計分析

采用《牧草種子檢驗規(guī)程GB/T2930.11-2008》規(guī)定的苜蓿末次計數(shù)時間(第10天)，每天統(tǒng)計發(fā)芽的種子數(shù)，10 d后計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等指標。試驗數(shù)據(jù)用軟件SPSS 16.0進行單因素方差分析和多重比較(Duncan新復極差法)。

為避免單個指標的片面性，全面地反映殼聚糖浸種對鹽脅迫下苜蓿種子萌發(fā)的影響能力[14]，采用隸屬函數(shù)法分別對各處理效果進行綜合評定，評定值越大，表明殼聚糖溶液浸種對苜蓿在鹽脅迫下萌發(fā)能力的提高作用越明顯。

隸屬函數(shù)值計算公式:

R(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

反隸屬函數(shù)值計算公式:

R(Xj)=1-(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中，Xj為第j個綜合指標，Xmin和Xmax分別為第j個綜合指標的最小值和最大值。若所測指標與抗性指標正相關(guān)則采用公式(1)，反之采用公式(2)。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子萌發(fā)

從表1看出，在鹽脅迫條件下，殼聚糖浸種的苜蓿種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)呈先增加后降低趨勢。T4處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均達最高，分別比CK2增加15.67%、16.28%、22.68%和52.27%。發(fā)芽率、發(fā)芽勢除T7處理外，其余殼聚糖處理均高于CK2，低于CK1，其中T3～T5處理與CK2相比差異均顯著。發(fā)芽指數(shù)T4處理顯著高于CK2，顯著低于CK1，其余處理與CK2差異不顯著?；盍χ笖?shù)CK1與其余處理間差異顯著；除T7處理外，T1～T6處理的活力指數(shù)顯著高于CK2。

2.2 幼苗生長

從表1看出，隨殼聚糖處理濃度增加幼苗鮮重先增加后降低。鮮重T1～T6處理均顯著高于CK2，其中T3和T4處理分別比CK2增加20.82%和24.56%；T4處理與CK1間差異不顯著，其余處理均顯著低于CK1。幼苗根長、苗高除T7處理外，其他殼聚糖處理組均顯著大于CK2，其中T3和T4處理分別比CK2增加6.64倍和7.82倍、39.17%和47.92%；所有殼聚糖處理組的根長均低于CK1。T3和T4處理的苗高略高于CK1，但差異不顯著。

表1 各處理苜蓿種子的萌發(fā)及幼苗生長情況

表2 各處理苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長指標的隸屬函數(shù)分析

Table 2 Subordinate function analysis and indexes of seeds germination ofM.sativaunder salt stress

處理Treatment發(fā)芽率Germinationrate發(fā)芽勢Germinationenergy發(fā)芽指數(shù)Germinationindex活力指數(shù)Vigorindex鮮重Freshweight根長Rootlength苗高Seedlingheight綜合評定Comprehensiveevaluationvalue排名OrderCK11.0001.0001.0001.0001.0001.0000.8046.8041CK20.1820.3370.0060.0390.1090.0400.0000.7138T10.3770.4230.2120.2510.4030.1460.5872.3987T20.4940.5380.2280.3660.6940.4490.6853.4535T30.6490.7400.2320.3940.7640.6880.8154.2843T41.0000.9420.4440.5770.8820.8031.0005.6482T50.6880.7120.1200.3340.8000.5050.9894.1484T60.5320.5380.0330.2540.7250.2520.6522.9886T70.0000.0000.0000.0000.0000.0000.1300.1309

2.3 綜合評定

從表2可知，殼聚糖浸種處理對鹽脅迫苜蓿種子萌發(fā)能力的影響濃度為150 mg/L>125 mg/L>175 mg/L>100 mg/L>200 mg/L>50 mg/L>0 mg/L>250 mg/L。綜合評定值CK1最大，T7處理最小，其余處于兩者之間，說明在鹽脅迫下苜蓿種子萌發(fā)生長明顯受到抑制，而過高濃度的殼聚糖處理也會抑制其種子萌發(fā)。

3 結(jié)論與討論

試驗結(jié)果表明，與鹽脅迫對照相比，殼聚糖50～200 mg/L溶液處理可提高苜蓿種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及幼苗的苗高、根長與鮮重。其中，殼聚糖150 mg/L對鹽脅迫下苜蓿種子萌發(fā)的緩解效果最好，該浸種處理下的根長、活力指數(shù)、苗高、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢和發(fā)芽率分別比鹽脅迫對照組高7.82倍、52.27%、47.92%、22.68%、16.28%和15.67%。殼聚糖濃度在250 mg/L時苜蓿種子的萌發(fā)低于鹽脅迫對照組，表現(xiàn)為抑制，原因是過高濃度的殼聚糖對植株生長具有一定的抑制作用[9]，苜蓿種子受到鹽脅迫和過高濃度殼聚糖抑制雙重影響所致。秦峰梅等[15]研究表明，鹽脅迫顯著抑制苜蓿根系的生長。試驗結(jié)果表明，鹽脅迫對根長的抑制作用大于對苗高的影響，殼聚糖浸種處理可有效減少鹽脅迫對幼苗苗高和根生長的影響，與殼聚糖在大豆上的研究結(jié)果一致[9]。原因可能是胚根直接與鹽接觸，隨著殼聚糖對鹽脅迫的緩解，首先表現(xiàn)在胚根上，胚芽受到的緩解效果滯后于胚根。

殼聚糖浸種可有效提高鹽脅迫下苜蓿種子的萌發(fā)能力，隨著殼聚糖處理濃度的增加，苜蓿在鹽脅迫下的種子萌發(fā)能力逐漸提高，其中以150 mg/L處理效果最好，超過150 mg/L后苜蓿種子的萌發(fā)能力和幼苗生長效果降低。該結(jié)果對鹽漬化土壤環(huán)境下苜蓿牧場建植有一定的參考作用，應(yīng)用于生產(chǎn)實踐或者其他草坪草種是否有明顯的緩解效果有待于進一步驗證。

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(責任編輯： 馮 衛(wèi))

Relieving Effects on Germination ofMedicagosativaSeeds under Salt Stress Soaking in Chitosan

CHANG Qingshan1， ZHANG Lixia2*， LIU Longchang1， ZHANG Qiaoming1，WANG Ning1， ZHENG Yiqi1， TIAN Pengwei1， WANG Qianqian1

(1.CollegeofForestry，HenanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang，Hennan471003； 2.CollegeofAgriculture，HenanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang，Hennan471003,China)

In order to solve problem of salt injury in germination ofM.sativaseeds，the effects of seeds soaking in chitosan solutions with different concentrations (50～250 mmol/L) on germination characteristics of the seeds ofM.sativaunder 100 mmol/L NaCl stress were studied. Results: The seed growth ofM.sativaunder salt stress were obviously inhibited compared with the control (water). The seed germination indexes were improved in different extent after 50～200 mmol/L chitosan treatment, the treatment in 150 mmol/L chitosan could get the best relieving effect, the values of root length, vigor index, seedling length, germination index, germination energy，and germination percentage of the seeds in 150 mmol/L Chitosan improved 7.82 times，52.27%，47.92%，22.68%，16.28% and 15.67% higher than in the salt stress treatment respectively.

Medicagosativa； chitosan； salt stress； seed germination;relieving effects

2014-09-02； 2015-02-01修回

河南科技大學博士科研啟動基金項目“氮素營養(yǎng)對夏枯草積累重金屬的調(diào)控作用研究”(4026-13480038)

常青山(1979-)，男，講師，博士，從事園林植物抗逆生理研究。E-mail:mehero2010@126.com

*通訊作者：張利霞(1982-)，女，講師，博士，從事植物逆境生理研究。E-mail: hkdzlx@126.com

1001-3601(2015)05-0239-0069-03

S541.037

A