外源物質對鹽脅迫下香石竹種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

韋占云 黃燕芬 張生 王倩

摘? ? 要：為探究外源物質對香石竹種子萌發(fā)及幼苗生長受鹽脅迫的緩解作用，設置5～25 mmol·L-1濃度的二氯化鈣和0.5～2.0 mmol·L-1濃度的水楊酸對鹽脅迫下的香石竹種子進行浸種、育苗試驗。試驗結果表明，不同濃度的二氯化鈣及水楊酸對1.5% 氯化鈉溶液脅迫下的香石竹種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數、活力指數及幼苗的株高、主根長、葉長、葉寬、鮮質量均具有提高作用，其中15 mmol·L-1的二氯化鈣或1.0 mmol·L-1的水楊酸效果最顯著，超過此濃度效果逐漸下降，表明此濃度對香石竹種子萌發(fā)及幼苗生長受鹽脅迫的緩解作用最強;二氯化鈣和水楊酸正交組合試驗證明10 mmol·L-1 二氯化鈣 + 2.0 mmol·L-1 水楊酸復合配比使用能顯著提高1.5% 氯化鈉脅迫下香石竹種子的上述指標，對其受鹽脅迫的緩解作用較其他組合強。因此，試驗結果說明，適宜濃度下外源二氯化鈣和水楊酸能緩解鹽脅迫對香石竹種子萌發(fā)和幼苗生長的傷害，二者復合配比使用也具有緩解作用，但是效果不及單獨使用好。

關鍵詞：香石竹種子;外源鈣;水楊酸;鹽脅迫;緩解

中圖分類號：S681.5? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.10.016

Effects of Exogenous Substances on Seed Germination and Seedling Growth of Carnation under Salt Stress

WEI Zhanyun1， HUANG Yanfen1，2， ZHANG Sheng1， WANG Qian1

（1.School of Biological Sciences， Guizhou Normal University， Guiyang， Guizhou 550018，China; 2. Guizhou Characteristic Key Laboratory of Biological Resource Exploitation and Utilization， Guizhou， Guiyang 550018，China）

Abstract：In order to explore the alleviating effect of exogenous substances on carnation seed germination and seedling growth under salt stress， 5～25 mmol·L-1 calcium chloride and 0.5～2.0 mmol·L-1 salicylic acid were used to soak and raise seedlings of carnation seeds under salt stress. The results showed that different concentrations of calcium dichloride and salicylic acid could improve the germination potential， germination rate， germination index， vigor index， plant height， main root length， leaf length， leaf width and fresh weight of carnation seeds under 1.5% sodium chloride solution stress. Among them， 15 mmol·L-1 calcium dichloride or 1.0 mmol·L-1 salicylic acid had the most significant effect， and the effect decreased gradually beyond this concentration， indicating that this concentration had the strongest alleviation effect on carnation seed germination and seedling growth under salt stress. Orthogonal combination test of calcium dichloride and salicylic acid showed that the combination of 10 mmol·L-1 calcium dichloride and 2.0 mmol·L-1 salicylic acid could significantly improve the above indexes of carnation seeds under 1.5% sodium chloride stress， and the mitigation effect on salt stress was stronger than other combinations. Therefore， the experimental results showed that exogenous calcium dichloride and salicylic acid could relieve the damage of salt stress to carnation seed germination and seedling growth under appropriate concentrations， and the combined use of the two also had relief effect， but the effect was not as good as that of single use.

Key words： carnation seed; calciumchloride; salicylic acid; salt stress; relieve

隨著工業(yè)化進程的加速，加上氣候和不合理灌溉施肥等，土地鹽堿化問題已嚴重威脅到農牧業(yè)發(fā)展和國家糧食安全[1]，受到多個國家的重視[2]。鹽堿脅迫影響植物外部形態(tài)、內部結構以及各種代謝過程，使植物從萌發(fā)到生長到衰老死亡都受到傷害。目前，許多地方除通過降低土壤鹽分為作物生長提供良好的土壤環(huán)境來解除鹽脅迫外，還通過選育栽種耐鹽植物品種解決鹽脅迫問題。香石竹（Dianthus caryophyllus L.）又稱康乃馨，是石竹科石竹屬的多年生草本植物，也是世界上普遍栽培的商業(yè)性切花的主要品種之一，具有極高的觀賞價值和經濟價值[3-4]。據楊凱等[5]報道，香石竹受鹽脅迫時發(fā)芽率和發(fā)芽勢不斷降低，根系活力也逐漸降低，直接影響植株生長。進年來國內外關于外源Ca2+、水楊酸（Sali-cylic acid，SA）對鹽脅迫下植物種子及幼苗生長影響的研究有較多的報道，如賀滉等[6]。研究結果表明氯化鈣能提高鹽脅迫下種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢發(fā)芽指數等。連佳等[7]研究表明氯化鈣能降低金葉過路黃的MDA含量、提高葉片中可溶性糖和增強SOD活性。朱偉等[8]研究結果顯示一定濃度CaCl2溶液浸種可提高棉花幼苗的抗鹽能力。黃玉梅等[9]研究發(fā)現，使用1.0 mmol·L-1的SA可以有效緩解鹽脅迫下百日草種子的發(fā)芽率及幼苗株高等多種指標，增加抗性氧化酶活性，增強其鹽脅迫的耐受性，減少鹽脅迫的損傷[9]。彭浩等[10]研究表明，單獨使用或復合使用低濃度SA和ABA均能顯著提高玉米的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和株高等多項生理指標;郭春曉等[11]研究結果發(fā)現，外源SA可以調節(jié)鹽脅迫下菊花對鉀、鈣、鎂的選擇性吸收和轉運，減少鹽脅迫對切花菊的傷害。因此，通過施加適量的外源物質提高植物抗鹽能力也是一條重要途徑[12]。種子萌發(fā)及苗期生長性狀常用作評價抗逆性的重要指標[13]，本研究擬通過探討香石竹在鹽脅迫下經外源Ca2+、SA處理后的種子萌發(fā)及幼苗生長的情況，尋找Ca2+、SA的最適濃度使其能夠顯著消減鹽分對香石竹種子萌發(fā)及幼苗生長的脅迫，為合理利用Ca2+、SA解決香石竹栽培鹽害問題和培育抗鹽香石竹品種提供參考。

1 材料和方法

1.1 材 料

香石竹種子由北京南無科貿有限責任公司提供。

1.2 儀器與藥品

藥品：氯化鈉、氯化鈣和水楊酸均為分析純，天津市致遠化學試劑有限公司生產。

儀器：DHP-9272恒溫培養(yǎng)箱（深圳市良誼實驗室儀器有限公司）、ME204E電子天平（南京貝登電子商務有限公司）。

1.3 方 法

1.3.1 鹽脅迫處理 楊凱等[5]的研究發(fā)現香石竹種子在1.0 % NaCl濃度脅迫下發(fā)芽率在10%以下，植株生長不好，根尖顏色為深褐色。本試驗在此基礎上設置不同濃度鹽溶液對香石竹種子進行鹽脅迫處理，探討本試驗條件下香石竹種子的耐鹽情況。用10% 次氯酸鈉溶液對顆粒飽滿的香石竹種子消毒15 min，后用蒸餾水漂洗數次。將種子置于鋪雙層濾紙的培養(yǎng)皿上，分別加入質量分數為0.4%，0.8%，1.2%、1.5%和1.8% 的NaCl溶液。每組50粒種子，以蒸餾水為對照，每組重復3次。在溫度25 ℃、濕度70%～ 80%、光照8 h·d-1的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每天定時觀察發(fā)芽情況，第7天計算發(fā)芽率。

1.3.2 Ca2+、SA浸種 經表面消毒的香石竹種子置于1.5% NaCl溶液中浸泡24 h。將浸泡后的種子每50粒置于一個鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿，并在每個培養(yǎng)皿里分別加入0.0，5.0，10.0，15.0，20.0和25.0 mmol·L-1的CaCl2溶液和0.0，0.1，0.5，1.0，1.5，2.0 mmol·L-1的SA溶液進行培養(yǎng)，培養(yǎng)條件同1.3.1。至胚軸約2 cm長時，移植到鋪有基質的育苗盤中于室內培養(yǎng)，保證均勻光照，每2 d澆灌1次營養(yǎng)液。每天定時觀察種子發(fā)芽及幼苗生長情況。試驗設置3次重復。

根據上述試驗結果設計正交試驗（表1），篩選Ca2+、SA兩種因素的最佳組合水平。試驗方法同上。每處理設置3次重復。

1.4 指標觀測

以胚根伸出種皮為發(fā)芽標準，浸種次日記為第1 天，第3 天統(tǒng)計不同處理種子的發(fā)芽勢，第7天統(tǒng)計不同處理種子的發(fā)芽率、活力指數和發(fā)芽指數。第12天從各培養(yǎng)皿中隨機選20株測定幼苗生長指標，主要觀測株高、主根長、葉長、葉寬、鮮質量。

1.5 數據處理

應用 Excel 2010 制表，SPSS 24.0軟件進行統(tǒng)計學分析。正態(tài)分布數據用平均值±標準差表示，采用t檢驗檢測各組間差異。多組差異比較采用單因素方差分析，組間比較采用 LSD-t 檢驗，以P<0. 05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果與分析

2.1 不同濃度NaCl溶液對香石竹種子萌發(fā)的脅迫作用

鹽脅迫會抑制植物的營養(yǎng)生長和生殖生長，在植物的萌發(fā)階段和幼苗階段尤為敏感，極易受到鹽脅迫的毒害作用[14]。由表2可看出，隨著NaCl溶液濃度的升高，香石竹種子發(fā)芽率及幼苗長勢呈現降低趨勢，表現出種子萌發(fā)和幼苗生長均受到不同程度的抑制和傷害，且除0.4% 濃度外各處理濃度之間以及與正常對照組比香石竹種子發(fā)芽率差異達顯著（P<0.05），在1.5% 濃度處理種子發(fā)芽率降至40%，且僅有較弱的幼苗長勢。由此確定1.5% NaCl溶液為本試驗研究的鹽脅迫處理濃度。

2.2 Ca2+和SA單獨處理對鹽脅迫下香石竹種子萌發(fā)的影響

干旱、鹽脅迫、低溫及缺氧均可引起Ca2+濃度增加，微小的Ca2+濃度變化可顯著地影響細胞的生理生化活動[15]。SA是植物體內的一種激素，也是信號分子，它可以調節(jié)植物的生長發(fā)育，參與光合作用，誘導植物產生抗逆性，抵制不利因素造成的影響[16]。由表3可見，香石竹種子未受1.5% NaCl鹽溶液脅迫的CK1組，其發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數、活力指數均顯著高于受1.5% NaCl鹽溶液脅迫的CK2組。使用5、10、15、25 mmol·L-1 的CaCl2溶液和0.1，0.5，1.0，1.5，2.0 mmol·L-1的SA處理受1.5% NaCl溶液脅迫的香石竹種子，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數、活力指數均顯著高于受鹽脅迫未使用CaCl2溶液處理的CK2組。在試驗濃度范圍內，隨著Ca2+濃度升高，4項指標值呈先升高后降低的趨勢，其中15 mmol·L-1Ca2+濃度處理組最高，之后逐漸下降，至25 mmol·L-1時最低。隨著SA濃度升高，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數、活力指數也呈先增強后減弱的趨勢。1.0、1.5 mmol·L-1處理組各項指標值均與其他處理存在顯著差異。各項指標最高值均出現在1.0 mmol·L-1濃度，其次在1.5 mmol·L-1處理組。因此，從試驗結果可知，試驗濃度范圍內Ca2+、 SA均能緩解1.5% NaCl脅迫對香石竹種子萌發(fā)的抑制作用，但濃度過高緩解作用減弱，15 mmol·L-1 Ca2+濃度或1.0 mmol·L-1 SA處理效果最佳。

2.3 Ca2+和SA組合處理對鹽脅迫下香石竹種子萌發(fā)的影響

由表4結果可知，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數、活力指數4項主要萌發(fā)指標均以處理7效果為最好，其次是處理2，最低的是處理6。其中處理7與其他處理間各項指標值的差異顯著（P< 0.05）。相比較說明在本試驗條件下，10.0 mmol·L-1 Ca2++2.0 mmol·L-1 SA為Ca2+和SA緩解鹽脅迫對香石竹種子萌發(fā)影響的最適濃度組合。

2.4 Ca2+和SA單獨使用對鹽脅迫下香石竹幼苗生長的影響

由表5可知，未受鹽溶液脅迫的香石竹幼苗CK1組，其株高、主根長、葉長、葉寬和鮮質量均顯著高于受1.5% NaCl鹽溶液脅迫的CK2組。在分別用5，10，15和25 mmol·L-1 的CaCl2溶液處理的受1.5% NaCl鹽溶液脅迫的香石竹種子幼苗中，僅15 mmol·L-1處理各項指標值均與CK1組差異不顯著，與CK2差異顯著。此外，15 mmol·L-1處理除株高與20 mmol·L-1處理，葉寬與10 mmol·L-1處理，鮮質量與10，20 mmol·L-1處理的差異不顯著外，與各處理的其余指標差異顯著，并且其值最高;在受1.5% 鹽脅迫用0.1～2.0 mmol·L-1的SA處理的香石竹種子的幼苗中，隨著SA濃度的升高，各處理的株高、主根長、葉長、葉寬和鮮質量呈先升后降的趨勢，其中，1.0 mmol·L-1處理各項指標值均與CK2組差異顯著，僅與0.5 mmol·L-1處理的葉寬和鮮質量，1.0 mmol·L-1 處理的株高、葉寬，1.5 mmol·L-1處理的株高、葉寬差異不顯著，而與各處理的其他指標存在顯著差異，并且所有處理各項指標最高值均出現在1.0 mmol·L-1處理。因此，說明Ca2+、 SA均能緩解種子萌發(fā)受1.5% NaCl脅迫的香石竹幼苗的生長抑制，但濃度過高緩解作用減弱，以15 mmol·L-1 Ca2+ 或1.0 mmol·L-1 SA效果最好。

2.5 Ca2+和SA組合處理對鹽脅迫下香石竹幼苗生長的影響

由表6可知，在Ca2+ + SA 不同濃度組合處理中，對于種子受鹽脅迫緩解作用最大的處理7對于幼苗生長的促進作用最顯著：從株高來看，處理7與處理3、4、5、6、9間差異顯著（P< 0.05），僅與處理1、2、8差異不顯著（P>0.05）;主根長與各處理差異顯著;葉長、鮮質量與其他處理相比除處理2、8外均差異顯著;葉寬除處理2外顯著均顯著，且各處理指標中處理7均為最大值。綜合可見處理7為Ca2+ 和SA緩解鹽脅迫對香石竹幼苗生長的最佳濃度組合。

3 結論與討論

本研究結果表明，1.5% NaCl溶液脅迫下香石竹種子萌發(fā)的發(fā)芽率及幼苗長勢均顯著降低，這些變化抑制幼苗生長。楊凱等[5]研究鹽脅迫對香石竹種子萌發(fā)及幼苗生長的影響也得到相似結論;在本試驗濃度范圍內單獨使用Ca2+和SA處理1.5% NaCl脅迫下香石竹種子，其發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數、活力指數、幼苗株高、主根長、葉長、葉寬、鮮質量等指標值均明顯呈先上升后下降的趨勢，其中15 mmol·L-1 Ca2+ 和1.0 mmol·L-1 SA的指標值與其它濃度處理的指標值呈顯著差異，具有顯著的緩解鹽脅迫作用，并且Ca2+ 緩解鹽脅迫的效果好于SA。張會靈等[17]的研究也表明Ca2+能提高豌豆種子發(fā)芽率，促進幼苗生長。郝轉[18]的研究結果認為低濃度的SA能有效提高黑果枸杞種子的發(fā)芽率，均與本研究結果有相似之處;Ca2+和SA配比組合正交試驗結果10 mmol·L-1 Ca2++2.0 mmol·L-1處理緩解鹽脅迫效果顯著高于其他處理，但比Ca2+和SA單獨使用時緩解鹽脅迫作用弱，說明提高香石竹抗鹽作用時本試驗濃度下的Ca2+和SA配合使用與單獨使用相比并不具有較好的效應，其機理有待于深入研究。在采用Ca2+和SA緩解鹽對香石竹種子萌發(fā)及幼苗生長的影響時，單獨使用15 mmol·L-1 Ca2+或1.0 mmol·L-1 SA即可取得較二者組合使用好的效果，簡單方便省工省時。

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收稿日期：2020-06-27

基金項目：貴州省一流師資團隊建設項目（〔黔教高發(fā)（2017）158〕）

作者簡介：韋占云（1999—），女，貴州冊亨人，在讀本科生，主要從事特色植物資源的開發(fā)利用方面研究。

通訊作者簡介：黃燕芬（1967—），女，貴州貴陽人，教授，主要從事特色植物資源開發(fā)利用方面研究。