魚蛋白多肽對鹽脅迫下甜糯玉米種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響

劉金龍， 辛寒曉， 范學(xué)明， 劉麗英， 孫中濤

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東泰安 271018； 2.山東佐田氏生物科技有限公司，山東濟南 250000)

通信作者：孫中濤，博士，副教授，主要從事微生物工程與酶工程研究。E-mail：zhtsun@sdau.edu.cn。

甜糯玉米，又稱水果玉米，是我國玉米產(chǎn)業(yè)中的特色品種之一[1]，因其具有籽粒香甜、口味鮮美及營養(yǎng)價值較高等優(yōu)點而備受大眾青睞[2]，并在食品加工、工業(yè)及飼料生產(chǎn)等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用[3]。近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，甜糯玉米種植面積不斷擴大，但由于人為及自然環(huán)境等因素的影響，我國耕地次生鹽漬化日趨嚴重，鹽堿地面積呈現(xiàn)逐年增加的趨勢[4]，鹽脅迫是影響甜糯玉米種子萌發(fā)、幼苗生長及產(chǎn)量提高的主要非生物脅迫因素之一。有研究表明，種子在萌發(fā)階段對鹽脅迫比較敏感，施用外源物質(zhì)能有效緩解鹽脅迫對作物生長的抑制[5-8]。因此，探討甜糯玉米耐鹽性機理具有重要意義。

魚蛋白多肽是魚蛋白的水解產(chǎn)物，主要是從帶魚、羅非魚等海洋生物中提取的高分子化合物。周兆禧等研究表明，多肽是一類植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物生長、發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用[9]。近年來，國內(nèi)外對于魚蛋白多肽的研究十分活躍，但大多集中于食品開發(fā)、飼料生產(chǎn)和醫(yī)療保健研發(fā)等領(lǐng)域[10-12]，而對其緩解鹽脅迫方面的研究未見報道。

為研究魚蛋白多肽對鹽脅迫條件下甜糯玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，選用京科糯2010為試驗材料，以魚蛋白多肽溶液進行浸種預(yù)處理，初步探討其在鹽脅迫下對甜糯玉米種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響，旨在為鹽堿地區(qū)推廣種植甜糯玉米以及魚蛋白多肽應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為京科糯2010，購自泰安市泰山區(qū)農(nóng)大種業(yè)；魚蛋白多肽(純度>86.57%)由山東佐田氏生物科技有限公司提供；NaCl(分析純)購自天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 甜糯玉米種子的萌發(fā)試驗 根據(jù)前期甜糯玉米耐鹽性預(yù)試驗的結(jié)果，本研究在中度(150 mmol/L)NaCl脅迫下進行種子萌發(fā)試驗。精選飽滿一致的甜糯玉米種子，用 0.1% HgCl2溶液處理15 min，蒸餾水沖洗干凈，自然晾干，分別用不同濃度的魚蛋白多肽溶液浸種48 h，浸種結(jié)束后用蒸餾水沖洗干凈，備用，將種子分別播種于2%水瓊脂上[13]，并置于25 ℃人工氣候箱內(nèi)培養(yǎng)。共設(shè)6個處理，試驗組：以不同濃度的魚蛋白多肽溶液(濃度設(shè)置為S：0；T1：0.2%；T2：0.4%；T3：0.6%；T4：0.8%)浸種處理，并將種子置于含150 mmol/L NaCl的水瓊脂上；對照組(CK)：以等量蒸餾水浸種處理，并將種子置于不含NaCl的水瓊脂上。每處理6次重復(fù)，每皿放置50粒種子。每天記錄各處理種子的發(fā)芽數(shù)，并計算種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)。培養(yǎng)8 d后測其芽長、根長、芽鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、芽干質(zhì)量和根干質(zhì)量等相關(guān)指標。

1.2.2 甜糯玉米幼苗的盆栽試驗 精選飽滿一致的甜糯玉米種子，經(jīng)表面消毒后，于25 ℃黑暗催芽，待幼苗培養(yǎng)至2葉1心，取長勢一致的幼苗移栽至裝有蛭石的塑料花盆(上直徑25 cm、下直徑15 cm、高20 cm)。培養(yǎng)條件為：(25±2)℃/(20±2)℃(黑暗/光照)，光—暗周期為12 h—12 h，光照度 1 000 μmol/(m2·s)，相對濕度(60±5)%。設(shè)置6個處理：對照組(CK)，Hoagland營養(yǎng)液處理幼苗；試驗組：(S1)NaCl處理幼苗(含有150 mmol/L NaCl的Hoagland營養(yǎng)液)；(S2)150 mmol/L NaCl的Hoagland營養(yǎng)液+葉面噴施0.2%魚蛋白多肽處理幼苗；(S3)150 mmol/L NaCl的Hoagland營養(yǎng)液+葉面噴施0.4%魚蛋白多肽處理幼苗；(S4)150 mmol/L NaCl的Hoagland營養(yǎng)液+葉面噴施0.6%魚蛋白多肽處理幼苗；(S5)150 mmol/L NaCl的Hoagland營養(yǎng)液+葉面噴施0.8%魚蛋白多肽處理幼苗。每盆移栽4株幼苗，每個處理重復(fù)6次，在鹽脅迫第6天分別測定幼苗的相關(guān)生理指標。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 種子萌發(fā)的各項指標測定[14]

發(fā)芽率=(n7/N)×100%；

發(fā)芽勢=(n4/N)×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt。

式中：n4為第4天發(fā)芽的種子數(shù)；n7為第7天發(fā)芽的種子數(shù)；N為供試種子總數(shù)；Gt為第t天發(fā)芽勢；Dt為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)。

在鹽脅迫第8天后，從每個處理隨機選取10株玉米幼苗，測定其芽長、根長，稱取玉米芽鮮質(zhì)量與根鮮質(zhì)量，再將鮮樣品材料置于105 ℃殺青30 min，80 ℃烘至恒質(zhì)量后分別測定芽與根干質(zhì)量。

1.3.2 幼苗葉片葉綠素含量的測定 鹽脅迫幼苗第6天后，取盆栽幼苗功能葉片中部位0.1 g，加入10 mL 96%乙醇，黑暗處放置40 h后，測定D665 nm、D649 nm和D470 nm值。

1.3.3 幼苗葉片生理指標的測定 粗酶液的制備參考趙瑩等的方法[15]；超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性測定參照王學(xué)奎的方法[16]；丙二醛(MDA)的測定參照鄒琦的方法[17]。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理與分析 試驗采用Excel 2010和Origin 8.5軟件進行數(shù)據(jù)處理與繪圖，采用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 魚蛋白多肽對鹽脅迫下甜糯玉米種子萌發(fā)的影響

由表1可知，在鹽脅迫下，甜糯玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)顯著降低，分別比對照組降低39.08%、49.41%、43.01%。不同濃度的魚蛋白多肽溶液對甜糯玉米種子處理，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，其中以0.6%的魚蛋白多肽溶液預(yù)處理效果最佳，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)比鹽處理組分別提高47.17%、51.16%、64.15%。

表1 不同濃度魚蛋白多肽對鹽脅迫下的甜糯玉米種子萌發(fā)的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下表同。

2.2 魚蛋白多肽對鹽脅迫下甜糯玉米幼苗芽長、根長及生物量的影響

由表2可知，在鹽脅迫下，甜糯玉米幼苗的芽長、根長、芽鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、芽干質(zhì)量和根干質(zhì)量顯著降低，分別比對照組降低66.52%、61.58%、70.34%、47.22%、58.06%、61.84%。甜糯玉米種子經(jīng)不同濃度的魚蛋白多肽浸種處理后，表現(xiàn)出不同的萌發(fā)效應(yīng)，且不同處理間差異顯著，其中以0.6%的魚蛋白多肽溶液緩解效果最佳，其幼苗的芽長、根長、芽鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、芽干質(zhì)量和根干質(zhì)量分別比鹽處理組增加77.29%、81.37%、88.66%、36.40%、61.54%、113.79%。

2.3 魚蛋白多肽對鹽脅迫下甜糯玉米幼苗葉綠素含量的影響

由表3可知，在鹽脅迫下，甜糯玉米幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b含量都顯著降低，分別比對照降低48.20%、72.05%、57.05%。而在鹽脅迫同時，葉面噴施不同濃度的魚蛋白多肽，甜糯玉米幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b含量均有不同程度提高，其中葉面噴施0.6%的魚蛋白多肽溶液預(yù)處理效果最佳，甜糯玉米幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量分別比鹽處理組提高31.84%、84.38%、52.08%。

2.4 魚蛋白多肽對鹽脅迫下甜糯玉米幼苗葉片MDA含量的影響

表2 不同濃度魚蛋白多肽對鹽脅迫下的甜糯玉米幼苗生長的影響

表3 不同濃度的魚蛋白多肽對鹽脅迫下幼苗葉片葉綠素含量的影響

量明顯提高，且與對照組差異顯著。不同濃度的魚蛋白多肽對幼苗噴施處理，幼苗葉片中MDA含量均有不同程度降低，除S3和S5處理間差異不顯著外，其余處理間差異顯著，且0.6%的魚蛋白多肽溶液葉片噴施效果最佳，比鹽處理組降低38.10%。

2.5 魚蛋白多肽對鹽脅迫下甜糯玉米幼苗抗氧化酶活性的影響

POD、CAT活性顯著降低，與對照組相比分別降低52.97%、58.06%、50.07%。不同濃度的魚蛋白多肽對甜糯玉米幼苗葉片噴施處理后，幼苗葉片的SOD、POD、CAT活性與鹽處理組相比均有不同程度的提高，其中葉片噴施0.6%的魚蛋白多肽溶液處理效果最佳，其幼苗葉片的SOD、POD、CAT活性與鹽處理組相比分別提高70.11%、73.08%、38.12%。

3 結(jié)論與討論

土壤鹽漬化是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，如何在鹽脅迫下緩解種子萌發(fā)及促進幼苗生長是當前農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的關(guān)鍵問題。有研究表明，多肽是一類新型植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以增強作物對非生物逆境的適應(yīng)性，減輕逆境對作物造成的傷害[18-19]。本研究結(jié)果表明，在150 mmol/L NaCl脅迫下，甜糯玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及幼苗生物量明顯低于對照，表明鹽脅迫對甜糯玉米種子的萌發(fā)和幼苗的生長有明顯抑制作用，這與王玉芳等[20]、王芳等[21]的研究結(jié)果相似。不同濃度的魚蛋白多肽溶液對甜糯玉米種子預(yù)處理后，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及幼苗生物量均呈現(xiàn)先升高后下降趨勢，其中0.6%的魚蛋白多肽溶液處理效果最佳，說明 0.6% 的魚蛋白多肽能有效減輕鹽脅迫對甜糯玉米種子萌發(fā)及幼苗生物量積累造成的抑制作用，可提高種子萌發(fā)率，促進幼苗生長，該研究結(jié)果與5-磺基水楊酸[22]、γ-氨基丁酸[23]等在玉米上的緩解效果類似。

葉綠素是參與植物光合作用的重要色素，其含量可反映逆境下植物生長發(fā)育狀況及光合能力強弱，同時也是衡量作物耐鹽性的參考指標之一[24-25]。本研究表明，在 150 mmol/L NaCl脅迫下，甜糯玉米幼苗葉綠素含量明顯降低，幼苗葉片噴施0.6%的魚蛋白多肽溶液后，幼苗葉綠素含量明顯提高，說明鹽脅迫明顯降低甜糯玉米葉綠素含量，影響光合作用正常進行，而適宜濃度的魚蛋白多肽溶液對甜糯玉米幼苗處理后，幼苗色素的合成明顯提高。這與陳銀萍等[26]和程麗萍等[27]的研究結(jié)果相似。

植物在逆境條件下生長，往往會發(fā)生膜脂過氧化作用，MDA作為膜脂過氧化作用的終產(chǎn)物，其含量的多少可作為細胞膜脂損傷程度的體現(xiàn)，是衡量植物抗逆性強弱的重要生理指標之一[28]。本研究結(jié)果表明，在150 mmol/L NaCl脅迫下，甜糯玉米幼苗葉片MDA含量明顯上升，葉面噴施0.6%的魚蛋白多肽后，葉片MDA顯著降低，說明適宜濃度的魚蛋白多肽可以減輕甜糯玉米鹽脅迫下膜脂過氧化程度，從而緩解鹽脅迫對細胞膜的傷害，該結(jié)果與張翯等的研究[29]相一致。

在逆境脅迫下，植物體內(nèi)往往會產(chǎn)生大量活性氧，SOD、POD、CAT是植物機體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)的重要組成成分，在清除活性氧等方面發(fā)揮著重要作用[30]。本研究得出在 150 mmol/L NaCl脅迫下，甜糯玉米幼苗葉片的SOD、POD、CAT活性顯著降低，幼苗葉面噴施0.6%的魚蛋白多肽后，其葉片的SOD、POD、CAT活性顯著提高，表明適宜濃度的魚蛋白多肽可以增強鹽脅迫下幼苗的抗性，提高鹽脅迫下幼苗葉片的SOD、POD、CAT活性，有利于及時清除活性氧或其他過氧化物自由基，進而提高幼苗對鹽脅迫逆境的抗性，該結(jié)果與水楊酸[31]、外源維生素[32]、腐殖酸[33]等在玉米上的緩解效果相似。

綜上可知，鹽脅迫明顯抑制甜糯玉米種子萌發(fā)與幼苗生長。魚蛋白多肽溶液對甜糯玉米種子預(yù)處理，能有效提高種子萌發(fā)率與幼苗生物量，緩解萌發(fā)期鹽脅迫對種子造成的抑制作用，葉面噴施魚蛋白多肽溶液顯著提高鹽脅迫下幼苗葉片葉綠素含量與抗氧化酶活性，明顯降低MDA含量，很大程度上提高甜糯玉米幼苗對鹽脅迫的適應(yīng)能力。魚蛋白多肽浸種和葉面噴施處理的最佳濃度為0.6%。

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