NaCl脅迫對錦燈籠種子萌發(fā)和幼苗生理特征的影響

高 昆，韋加幸

(1.山西大同大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 大同 037009；2.山西大同大學(xué)設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心，山西 大同 037009)

錦燈籠(PhysalisalkekengiL.var.Franchetii)為茄科(Solanaceae)酸漿屬(Physalis)的干燥宿萼或帶果實的宿萼[1]，表面呈橙黃色燈籠狀，又稱燈籠草，多年生草本植物。錦燈籠植株適應(yīng)性很強，耐寒、耐熱、喜涼爽和濕潤氣候，在3～42 ℃的溫度范圍內(nèi)均能正常生長，對種植所需土壤要求不嚴(yán)格，我國大部分地區(qū)有分布。錦燈籠不僅可以藥用還可作為蔬果食用，其藥用的部位通常是其宿萼或帶宿萼的果實，具有清熱解毒、利咽化痰、利尿通淋等作用，主要用于咽痛音啞、痰熱咳嗽等癥狀,是常用的清熱解毒藥[2]。錦燈籠因其含有豐富的維生素、多種礦質(zhì)元素(如鉀、鎂、磷、鈣、銅、鐵、錳等)、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、粗纖維等[3]，因此常作為蔬果食用。

近年來關(guān)于錦燈籠的研究集中在其化學(xué)成分的提取及工藝優(yōu)化[4-5]、主要活性成分的藥理作用和分子機制的研究[2,6]等方面，其主要成分在抗腫瘤、抗炎、抗菌、抗氧化等方面具有顯著特征，且其產(chǎn)生作用的分子機制也隨著越來越多的相關(guān)研究而廣受關(guān)注[7]。

土壤鹽漬化一直是國內(nèi)外關(guān)注的重要生態(tài)環(huán)境問題，對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展影響巨大，據(jù)估計，全球約有20%的耕地受到鹽害的威脅[8]。我國的鹽漬化土地面積大、分布廣，主要分布于西北、華北和沿海地區(qū)，類型多[9]，是當(dāng)前我國經(jīng)濟發(fā)展所面臨的重大生態(tài)問題[10]。目前，我國有80%左右的鹽堿地尚未得到有效的開發(fā)利用，有著巨大開發(fā)潛力[11]。作物種植面積中約1/10土地是鹽堿化土壤[12]，嚴(yán)重制約著作物的產(chǎn)量。改良和利用鹽堿地需要選育和推廣耐鹽植物，目前國內(nèi)外研究錦燈籠耐鹽性還未見報道，本實驗以不同濃度的NaCl處理錦燈籠種子，研究NaCl脅迫下種子的發(fā)芽狀況和幼苗生理生化特性的變化，分析其抗鹽特性，為改良鹽堿地，提升土壤肥力水平，在干旱地區(qū)大面積鹽堿土上人工種植錦燈籠提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

挑選飽滿、均勻的市購錦燈籠種子為實驗材料。

1.2 實驗方法

1.2.1種子處理

將種子溫水浸泡10～12 h，讓種子能充分吸水，浸種結(jié)束后，撈出備用。

1.2.2種子培養(yǎng)

以20、40、60、80、100、120 mmol·L-1的NaCl溶液分別對錦燈籠種子進行培養(yǎng)，并以自來水為對照，在發(fā)芽盒中進行萌發(fā)，每個濃度設(shè)置3個重復(fù)。在潔凈的發(fā)芽盒中鋪置兩層預(yù)先消毒過的紗布，將錦燈籠種子整齊擺放在發(fā)芽盒中，每個發(fā)芽盒50粒，分別加不同濃度的NaCl溶液淹沒至種子的1/2處，之后放置于25 ℃、無光的人工氣候箱中，待種子基本萌發(fā)后，重新設(shè)置人工氣候箱為光暗周期分別為14 h和10 h，晝夜溫度分別為28 ℃和20 ℃，相對濕度為60%。每天觀察種子發(fā)芽情況及生長狀況，發(fā)芽盒內(nèi)的種子每隔2～3 d需移至上述處理的新發(fā)芽盒中，防止鹽分積累對種子生長造成影響，如若種子成苗不方便轉(zhuǎn)移，需每隔5 d更換NaCl溶液。更換溶液方法為：將發(fā)芽盒內(nèi)全部溶液小心倒出至無溶液成滴滴出，加入等量各濃度溶液至剛好浸濕紗布。

1.2.3 記 錄

種子萌發(fā)的標(biāo)志以露出白色的胚芽為準(zhǔn)，當(dāng)有種子露出胚芽且長度與種子直徑相當(dāng)時，此為種子萌發(fā)開始的時間，連續(xù)3 d不再有種子露出胚芽，則視為該處理種子萌發(fā)結(jié)束時間。自種子萌發(fā)開始，每天記錄種子發(fā)芽數(shù)，記錄至發(fā)芽期結(jié)束。發(fā)芽后第5天開始測定幼苗的株高(莖基部到生長點)，不同的處理組分別取5株幼苗測量。生長18 d后測定各項生理指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)計算及測定方法

發(fā)芽率(%)=(末次計數(shù)時發(fā)芽種子數(shù)/播種種子數(shù))×100%[13]；

發(fā)芽勢(%)=(初次計數(shù)時發(fā)芽種子數(shù)/播種種子數(shù))×100%[13]；

相對發(fā)芽率(%)=(鹽處理發(fā)芽率/對照發(fā)芽率)×100%[14]；

相對傷害率(%)=[(對照發(fā)芽率-各處理發(fā)芽率)/對照發(fā)芽率]×100%[15]；

丙二醛(MDA)含量及可溶性糖含量：硫代巴比妥酸比色法[16]；

過氧化物酶(POD)活性：愈創(chuàng)木酚法[16]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 20.0和Excel 2016軟件進行實驗數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 錦燈籠種子在NaCl脅迫下的萌發(fā)情況

表1表明，NaCl溶液濃度升高，錦燈籠種子的發(fā)芽率下降。對照組發(fā)芽率為79.4%，20 mmol·L-1NaCl濃度時為70.7%，比對照組下降8.7%，兩者不存在顯著差異(p>0.05)；40 mmol·L-1時為55.4%，下降了24.0%，與對照組之間具有顯著差異(p<0.05)；后4組NaCl處理，發(fā)芽率分別為30.10%、19.38%、13.37%、4%，發(fā)芽率分別降至對照組的37.9%、24.4%、16.8%、5%，均與對照組存在極顯著性差異(p<0.01)。說明低濃度NaCl對錦燈籠種子萌發(fā)抑制作用不明顯，隨著濃度的升高，抑制作用增強。

表1 NaCl脅迫下錦燈籠種子發(fā)芽指標(biāo)Table 1 Determination of seed germination indexes of P.alkekengi under NaCl stress

發(fā)芽勢是指種子發(fā)芽初期(規(guī)定日期內(nèi))正常種子發(fā)芽數(shù)占供試種子數(shù)的百分?jǐn)?shù)，發(fā)芽勢高則表示種子活力高，發(fā)芽整齊，出苗一致，增產(chǎn)潛力大[17]。

表1中，隨著NaCl濃度升高，錦燈籠種子的發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率均下降，濃度為20 mmol·L-1時，發(fā)芽勢最高，為90.70%，比對照組高5.31%，但二者不存在顯著性差異(p>0.05)；其他5個濃度下發(fā)芽勢分別為79.34%、56.7%、28.73%、27.37%和6%，與對照組相比分別下降了6.05%、28.69%、56.66%、58.02%和70.39%。除40 mmol·L-1組與對照組無顯著差異外，其余4組與對照組均有極顯著差異(p<0.01)。后5個NaCl濃度處理組，相對發(fā)芽率分別為70.2%、38.3%、22.2%、16.6%、5.1%，與對照組相比分別下降了29.8%、61.7%、77.7%、83.4%、94.9%，均與對照存在極顯著差異(p<0.01)。說明NaCl濃度越高，發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率下降越快。

錦燈籠的相對傷害率隨NaCl溶液濃度的升高呈上升趨勢。在NaCl溶液濃度為20、40 mmol·L-1處理下，相對傷害率為3.77%、7.05%，分別比對照組上升了3.77%、7.05%，不存在顯著差異(p>0.05)，說明濃度低于40 mmol·L-1時，鹽脅迫對錦燈籠種子萌發(fā)產(chǎn)生的鹽害作用較小；與對照組相比，在60 mmol·L-1NaCl濃度時，相對傷害率平均為33.23%，上升了33.31%，存在極顯著性差異(p<0.01)，表明此濃度處理下，對錦燈籠種子萌發(fā)產(chǎn)生的鹽害作用增大；錦燈籠種子在120 mmol·L-1NaCl濃度脅迫下相對傷害率達(dá)最大值，為97.65%。

2.2 NaCl脅迫對錦燈籠幼苗株高的影響

圖1表明，隨著NaCl溶液濃度的升高，錦燈籠呈現(xiàn)種子萌發(fā)時間延遲且幼苗平均株高逐漸降低的趨勢。對照組的平均株高最高，達(dá)3.93 cm，NaCl溶液濃度為20、40、60、80、100、120 mmol·L-1時，平均株高分別為3.27、1.94、1.27、0.58、0.3、0.2 cm，經(jīng)方差分析，對照組與各NaCl溶液處理組均存在顯著差異(p<0.05)。

自種子出芽第5天開始測量幼苗株高至第13天，40 mmol·L-1NaCl溶液處理的錦燈籠幼苗株高略高于20 mmol·L-1濃度下的幼苗株高，平均高出0.12 cm；第13天之后幼苗繼續(xù)生長，20 mmol·L-1NaCl溶液處理的幼苗株高明顯高于40 mmol·L-1時的幼苗株高，平均高0.64 cm。從圖1可見，13～18 d期間，80、100、120 mmol·L-1NaCl溶液處理的幼苗株高增長緩慢。這說明生長初期短時間內(nèi)，低濃度NaCl對錦燈籠幼苗生長沒有明顯的抑制作用，只有當(dāng)濃度升高且至生長加速時，才對幼苗產(chǎn)生明顯抑制作用。

方差分析結(jié)果顯示，除20 mmol·L-1與40 mmol·L-1NaCl處理的錦燈籠幼苗株高不存在顯著差異(p>0.05)外，其它各處理組間均達(dá)到顯著差異，而且100 mmol·L-1與120 mmol·L-1NaCl溶液處理下的幼苗平均株高極顯著低于對照組(p<0.01)，說明錦燈籠的幼苗能夠耐受低濃度的NaCl脅迫，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，100 mmol·L-1與120 mmol·L-1NaCl處理下部分幼苗葉片近頂端處發(fā)黃，出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象，說明高濃度NaCl使錦燈籠幼苗生長受到嚴(yán)重抑制，甚至傷害。

2.3 NaCl脅迫下錦燈籠幼苗MDA含量

植物器官或組織受到逆境脅迫后，因膜脂過氧化作用產(chǎn)生了MDA，其含量多少是衡量植物在逆境壓力下的細(xì)胞膜系統(tǒng)被傷害程度和對不良條件反應(yīng)強弱的重要指標(biāo)[18]。由圖2可知，不同濃度NaCl脅迫下錦燈籠幼苗MDA含量不同，與對照組比，隨著NaCl濃度增加，MDA含量呈先下降后上升的趨勢。對照組的MDA含量為1.991 9 nmol·g-1，NaCl溶液濃度20～120 mmol·L-1各處理組的MDA平均含量分別為1.681、2.037、2.107、2.432、2.477、2.570 nmol·g-1，分別是對照組的0.84倍、1.02倍、1.06倍、1.22倍、1.24倍、1.29倍。MDA含量在濃度為20 mmol·L-1NaCl溶液處理下為最小值，較對照下降了0.31 nmol·g-1，與對照組之間不存在顯著差異(p>0.05)；NaCl溶液濃度繼續(xù)升高，MDA含量逐漸增加，至120 mmol·L-1時達(dá)到最大值，且各組之間及與對照組之間均存在顯著性差異(p<0.05)。結(jié)果說明，較低濃度NaCl對細(xì)胞膜的傷害較小，而高濃度則較大，說明錦燈籠幼苗可以耐受低濃度的NaCl脅迫而使膜系統(tǒng)不至受害。

2.4 NaCl脅迫下錦燈籠幼苗可溶性糖含量

可溶性糖是錦燈籠的主要滲透調(diào)節(jié)劑之一，也是該植株合成有機溶質(zhì)的碳架保護和能量來源，對其細(xì)胞膜和原生質(zhì)膠體具有穩(wěn)定作用，在細(xì)胞內(nèi)無機離子濃度高時起著保護作用[19]。從圖3可看出，隨著NaCl溶液濃度，錦燈籠幼苗中可溶性糖含量整體呈上升的趨勢。20～80 mmol·L-1NaCl濃度下，可溶性糖含量分別為5.37、5.98、6.75、7.03 μmol·g-1，為對照組的1.30倍、1.44倍、1.62倍、1.69倍，與對照組間均無顯著性差異(p>0.05)；在NaCl溶液濃度為100 mmol·L-1和120 mmol·L-1時，可溶性糖含量是對照組的2.94倍和1.97倍，與對照組間存在著顯著性差異(p<0.05)。前4組NaCl 處理間相互不存在顯著差異(p>0.05)，但前4組NaCl 處理與后2組NaCl 處理之間存在顯著性差異(p<0.05)。

圖3中，在NaCl濃度為100 mmol·L-1時，幼苗可溶性糖含量明顯增加，且達(dá)到最高，這是細(xì)胞提高滲透壓，抵御鹽堿環(huán)境對其傷害做出的一種反應(yīng)，說明此濃度下植株抗鹽能力升高；在120 mmol·L-1NaCl時可溶性糖含量有所下降，說明細(xì)胞維持這種高滲透壓的能力具有一定限度，超過一定濃度，細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力減弱，導(dǎo)致產(chǎn)生的可溶性糖含量減少。觀察發(fā)現(xiàn)，120 mmol·L-1NaCl處理組幼苗出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象。

2.5 NaCl脅迫下錦燈籠幼苗POD活性

由圖4可知，隨著NaCl溶液濃度的升高，錦燈籠幼苗的POD活性整體呈先上升后下降的趨勢。對照組的POD活性為0.059 U·(min·mg)-1，不同的NaCl濃度下POD活性分別為0.066、0.079、0.090、0.107、0.091、0.071 U·(min·mg)-1，分別是對照組的1.12倍、1.34倍、1.53倍、1.81倍、1.54倍、1.20倍。在80 mmol·L-1NaCl時POD活性達(dá)到最大值，較對照組顯著升高了80.85%，與對照組之間存在顯著性差異(p<0.05)，在100 mmol·L-1NaCl時，POD活性比80 mmol·L-1NaCl下降0.076 U·(min·mg)-1，但仍高于對照組?？梢?，錦燈籠幼苗在一定濃度的NaCl脅迫下，可通過提高POD活性來清除細(xì)胞內(nèi)的活性氧物質(zhì)，但過高的濃度會使這種清除機制遭到破壞，從而使幼苗中的POD活性下降。

3 結(jié)論與討論

本實驗表明，不同濃度NaCl對錦燈籠種子萌發(fā)和幼苗生長的影響不同。NaCl濃度越高，錦燈籠種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率越低、相對傷害率越高，同時萌發(fā)所需時間延后，說明NaCl對種子萌發(fā)有抑制作用。與對照組相比，20 mmol·L-1NaCl處理下對錦燈籠種子萌發(fā)產(chǎn)生的鹽害作用不明顯，其它濃度鹽害作用明顯，表明萌發(fā)期的種子有一定的耐鹽能力。NaCl也影響錦燈籠幼苗的生長，株高分析表明，株高與NaCl濃度成反比，且影響在幼苗生長初期不明顯，快速生長階段顯著。

NaCl對錦燈籠幼苗的各生理指標(biāo)作用不同。與對照組比，隨著NaCl濃度升高，MDA含量呈先下降后上升的趨勢。20 mmol·L-1NaCl時出現(xiàn)MDA含量較對照下降，可能是因為較低濃度NaCl時細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性較高，抑制了MDA的產(chǎn)生，高濃度NaCl脅迫下產(chǎn)生了過多的MDA，是由于植株細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生以及清除的平衡機制遭到了破壞，抗氧化酶活性降低所導(dǎo)致。

滲透調(diào)節(jié)是NaCl脅迫下錦燈籠幼苗做出的一種積極響應(yīng)。本實驗中，隨NaCl脅迫強度增大，錦燈籠幼苗可溶性糖含量呈上升趨勢，且在100 mmol·L-1時達(dá)到最高值，之后又有所下降，說明錦燈籠細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力是有限度的，超過這個限度，滲透調(diào)節(jié)能力減弱，導(dǎo)致幼苗受害，出現(xiàn)幼苗萎蔫就是很好的見證。

錦燈籠幼苗的POD活性隨著NaCl濃度的升高，呈先升后降的趨勢。在80 mmol·L-1NaCl時POD活性達(dá)到最大值，之后又下降，但仍高于對照組。這可能是由于脅迫加劇，細(xì)胞活性氧物質(zhì)含量的增大激活了其他抗氧化酶類，整個抗氧化酶系統(tǒng)會由于相互協(xié)調(diào)作用從而導(dǎo)致POD活性下降。

本實驗結(jié)果表明，在所設(shè)定的NaCl濃度梯度范圍內(nèi)，錦燈籠種子萌發(fā)和幼苗生長都具有一定的抗鹽性，可以考慮在20 mmol·L-1NaCl濃度以下范圍的土壤中種植錦燈籠，達(dá)到改良土壤，提高土地利用效率的目的。