鹽脅迫對莧菜種子的發(fā)芽及幼苗生長的影響

王廷芹,甘秋霞,李倩茹

(廣東海洋大學(xué) 濱海農(nóng)業(yè)學(xué)院,廣東 湛江 524088)

莧菜原產(chǎn)我國，品種很多，而人們通常使用的主要是人工種植的赤莧和綠莧[1]。隨著人們的食用營養(yǎng)水平提高，莧菜這種優(yōu)質(zhì)多用途的蔬菜已引起了人們的關(guān)注[2]。莧菜葉里含有高濃度的賴氨酸，可補(bǔ)充谷物中氨基酸不足的缺陷，對促進(jìn)生長發(fā)育有良好的作用，具有清熱解毒之效[3]。

同時，莧菜富含多種維生素，被稱為“菜中維生素丸”。莧菜還可當(dāng)飼料添加劑，生產(chǎn)天然的飲料和兒童營養(yǎng)食品[4]。 莧菜在鹽分脅迫中的金屬離子及營養(yǎng)元素蓄積差異[5]，鹽脅迫下鎘的亞細(xì)胞分布及轉(zhuǎn)運(yùn)[6]，莧菜對水分脅迫適應(yīng)性[7]等。外源物GA3(赤霉素)對莧菜幼苗的生長促進(jìn)作用最強(qiáng)[8]。有人研究硫?qū)η{菜的生長[9]、磷肥對莧菜生長的影響[10]。還有赤霉素[11]、Pb(鉛)[12]、鈷[13]等脅迫下對莧菜的影響。

鹽漬土在我國分布廣泛，西北、華北、東北及沿海是我國鹽漬土的主要集中分布地區(qū)，耕地中也有大量鹽漬化土壤分布[14]。通常，大棚在使用3年以后，土壤含鹽量在0.10 %～0.38 %[15]。土壤中鹽分不斷增加，有人研究不同地區(qū)土壤鹽漬化的動態(tài)變化[16-18]。

因此，在土壤鹽漬化越來越嚴(yán)重、而莧菜對人們生活有比較重要作用的情況下，探究鹽脅迫下對莧菜種子發(fā)芽和幼苗生長的影響，為莧菜適應(yīng)鹽脅迫提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

由山東省禾之元種業(yè)提供花紅莧菜，早熟品種。

試驗在廣東海洋大學(xué)興農(nóng)樓316的人工氣候箱中進(jìn)行。NaCl溶液濃度為0、40、80、120、160和200 mmol/L。期間，培養(yǎng)皿中的濾紙保持濕潤狀態(tài)，每隔兩天進(jìn)行濾紙的更換。測定其發(fā)芽率[19]、發(fā)芽指數(shù)[19]、相對鹽害率[19]、相對發(fā)芽率[20]、發(fā)芽勢[21]。同時使用穴盤進(jìn)行種子播種，用NaCl溶液進(jìn)行澆灌，分別在播后的第6天、第12天、第18天進(jìn)行取樣測定根長度[21]、莖高度[21]、根莖之比[22]、可溶性蛋白含量[23]、硝酸鹽含量[23]、電導(dǎo)率[24]、丙二醛含量[25]、SOD活性[26]、CAT活性[27]、POD活性[28]。

用SPSS和Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，進(jìn)行多重差異比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對莧菜種子發(fā)芽質(zhì)量的影響

2.1.1鹽脅迫對莧菜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

由表1中可以看出，隨著鹽脅迫程度不斷增大，莧菜種子的發(fā)芽率呈逐漸下降的趨勢，且當(dāng)鹽濃度達(dá)到160 mmol/L時，種子的發(fā)芽率與CK差異顯著(P<0.05)，發(fā)芽率驟然下降，與CK相比下降52%，其顯著抑制種子發(fā)芽。

在規(guī)定的時間內(nèi)，種子的發(fā)芽勢與CK有顯著性差異，當(dāng)鹽濃度為40和80 mmol/L時，生長勢與CK的差異不大，后期的生長速度與CK一致。從120 mmol/L的鹽濃度開始，種子的生長勢與CK差異顯著，鹽濃度為160 mmol/L時，生長勢較CK下降了60%，說明高濃度的鹽脅迫嚴(yán)重抑制了莧菜種子的萌發(fā)，并給種子萌發(fā)造成了一定的致死傷害。

表1 鹽脅迫對莧菜種子發(fā)芽的影響Tab.1 Effects of salt stress on the germination of amaranth seeds

2.1.2鹽脅迫對莧菜種子相對發(fā)芽率和相對鹽害率的影響

由表2中可以看出，在鹽濃度≥120 mmol/L時，各處理間的相對發(fā)芽率和相對鹽害率呈顯著性差異(P<0.05)。40、80和120 mmol/L的相對發(fā)芽率與CK無顯著差異，鹽濃度對莧菜種子的影響不大，莧菜種子對低濃度的鹽脅迫有一定的抗鹽性。當(dāng)鹽濃度為160 mmol/L時，相對發(fā)芽率的差異性明顯，濃度過高，出現(xiàn)抑制發(fā)芽的現(xiàn)象。160 mmol/L處理下莧菜種子的相對鹽害率與CK差異顯著，種子萌發(fā)受到明顯抑制。

2.2 鹽脅迫對莧菜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

2.2.1鹽脅迫對莧菜幼苗根長度的影響

由表3中可知，播后6 d，各處理的根系長度無明顯變化。播后18 d，高濃度處理的莧菜幼苗的根長與CK有顯著差異，且處理的根長比CK都低。濃度越高，對根系長度影響越明顯，說明根系細(xì)胞內(nèi)水分不平衡導(dǎo)致根系生長緩慢。在高濃度脅迫下，根系生長受到抑制，較低濃度處理下的根系開始逐漸伸長。

表2 鹽脅迫對莧菜種子相對發(fā)芽率和相對鹽害率的影響Tab.2 Effects of salt stress on relative germination rate and relative salt injury rate of amaranth seeds

表3 鹽脅迫對莧菜幼苗根的影響Tab.3 Effects of salt stress on roots of amaranth seedlings

2.2.2鹽脅迫對莧菜幼苗莖高度的影響

由表4可知，隨著鹽濃度的增加，莧菜幼苗莖高與CK成負(fù)相關(guān)。播后6 d，低濃度處理的莧菜幼苗莖高與CK無明顯差異；120 mmol/L處理的莖高與CK有顯著差異，說明高鹽脅迫處理的莧菜幼苗生長速度也比較緩慢，鹽濃度過高抑制根系的吸收，從而影響幼苗莖的生長。莧菜幼苗生長過程中，NaCl濃度為40 mmol/L時，莖的生長速度比CK低，莖高與CK差異顯著，且處理的莧菜幼苗生長比CK慢，說明鹽脅迫對莧菜幼苗莖伸長有抑制作用。

表4 鹽脅迫對莧菜幼苗莖的影響Tab.4 Effects of salt stress on the stems of amaranth seedlings

2.2.3鹽脅迫對莧菜幼苗根莖比的影響

表5中，播后的6 d和12 d， 120 mmol/L處理的根莖比比CK偏高，是CK的1.5倍，與CK呈現(xiàn)顯著差異性(P<0.05)。播后的6 d、12 d，低濃度處理與CK的根莖比無明顯變化，說明根部吸收供給地上部的速率一樣。播后18 d，各濃度處理的莧菜幼苗的根莖比都比對照高，且呈顯著性差異，說明在鹽脅迫下，莧菜表現(xiàn)出抑制地上部生長的趨勢。

表5 鹽脅迫對莧菜幼苗根莖比的影響Tab.5 Effects of salt stress on root-shoot ratio of amaranth seedlings

2.3 鹽脅迫對莧菜幼苗生理指標(biāo)的影響

2.3.1鹽脅迫對莧菜幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

由表6可得，40～80 mmol/L的NaCl溶液處理種植的莧菜幼苗的可溶性蛋白質(zhì)含量總體偏低。低濃度鹽脅迫下，莧菜的可溶性蛋白質(zhì)含量比CK低，出現(xiàn)顯著性差異。120 mmol/L的鹽濃度處理的蛋白質(zhì)含量與對照無顯著差異。隨著處理天數(shù)增加，160 mmol/L高濃度鹽處理的蛋白質(zhì)含量快速下降，播后6 d和播后12 d的可溶性蛋白質(zhì)含量顯著比對照高，播后18 d時，顯著比對照低，說明鹽處理抑制了蛋白質(zhì)的合成。

表6 鹽脅迫對莧菜幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響Tab.6 Effects of salt stress on soluble protein content in amaranth seedlings

2.3.2鹽脅迫對莧菜幼苗葉片硝酸鹽含量的影響

由表7中可以看出，鹽濃度在40～120 mmol/L之間時，莧菜幼苗的硝酸鹽含量都比CK偏大，高濃度(160 mmol/L)處理的莧菜幼苗的硝酸鹽含量比CK低。莧菜生長過程中，80 mmol/L NaCl溶液處理的硝酸鹽含量比CK高，鹽脅迫下的莧菜幼苗硝酸鹽含量積累較多。

表7 鹽脅迫對莧菜幼苗葉片硝酸鹽含量的影響Tab.7 Effects of salt stress on nitrate content in leaf of amaranth seedlings

2.3.3鹽脅迫對莧菜幼苗質(zhì)膜透性的影響

從表8中可以發(fā)現(xiàn)，隨著鹽脅迫程度增大，細(xì)胞質(zhì)膜透性增大。高濃度處理的莧菜幼苗受逆境傷害程度最高，與對照差異顯著。播后18 d，40 mmol/L處理的細(xì)胞質(zhì)膜透性是CK的兩倍，其它處理的莧菜幼苗的細(xì)胞膜傷害更大。鹽脅迫下，莧菜細(xì)胞膜會受到一定程度的傷害，導(dǎo)致其抗性降低。

表8 鹽脅迫對莧菜幼苗質(zhì)膜通透性的影響Tab.8 Effects of salt stress on membrane permeability of amaranth seedlings

2.3.4鹽脅迫對莧菜幼苗丙二醛(MDA)含量的影響

表9中，莧菜幼苗中MDA的含量在不斷地增加，脂質(zhì)過氧化物效果增強(qiáng)。播后6、12和18 d，40 mmol/L處理的MDA含量與CK無顯著差異。莧菜幼苗生長過程中，120和160 mmol/L處理的丙二醛含量與CK顯著差異。播后18 d，80 mmol/L處理的MDA含量與CK也差異顯著，說明在高鹽脅迫下，莧菜幼苗衰老的速度比較快。高濃度鹽處理導(dǎo)致丙二醛(MDA)含量急劇上升。

表9 鹽脅迫對莧菜幼苗丙二醛(MDA)含量的影響Tab.9 Effects of salt stress on MDA content in amaranth seedlings

2.3.5鹽脅迫對莧菜幼苗超氧歧化酶(SOD)活性的影響

由表10中看出，播后6 d，80 mmol/L處理莧菜幼苗的SOD活性比CK高，且差異顯著；160 mmol/L處理的莧菜幼苗SOD活性則比CK低，為CK的0.5倍。播后18 d，其他處理的SOD活性比CK低，高濃度和低濃度處理的SOD活性與CK差異不明顯。

表10 鹽脅迫對莧菜幼苗超氧歧化酶(SOD)活性的影響Tab.10 Effects of salt stress on SOD activity in amaranth seedlings

2.3.6鹽脅迫對莧菜幼苗過氧化氫酶(CAT)活性的影響

表11中，莧菜生長的過程中，40 mmol/L處理的幼苗CAT活性與CK無顯著差異，說明低濃度鹽脅迫下處理的莧菜幼苗CAT活性與CK變化不大。80 mmol/L處理的幼苗與CK差異顯著，說明高濃度處理的莧菜幼苗因細(xì)胞膜受到Na+的脅迫而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)CAT活性增加，緩解逆境情況。同時，在高濃度下CAT活性都是比CK高。

表11 鹽脅迫對莧菜幼苗過氧化氫酶(CAT)活性的影響Tab.11 Effects of salt stress on CAT activity in amaranth seedlings

2.3.7鹽脅迫對莧菜幼苗過氧化物酶(POD)活性的影響

由表12中可得，不同濃度鹽處理對莧菜幼苗的過氧化物酶(POD)活性呈現(xiàn)正相關(guān)。整個幼苗生長過程中，CK的POD活性最低，因此其根系老化的程度最弱。高濃度處理的POD活性比CK高，最高可達(dá)對照的5倍。由于鹽濃度逐漸提高，生長發(fā)育受到抑制。

表12 鹽脅迫對莧菜幼苗過氧化物酶(POD)活性的影響Tab.12 Effects of salt stress on POD activity in amaranth seedlings

3 討論

鹽脅迫使植物生長發(fā)育緩慢，苗期耐鹽性對生產(chǎn)實(shí)踐很重要[29]。本試驗中，鹽脅迫下莧菜種子的發(fā)芽率呈現(xiàn)下降的趨勢， Na+濃度的不斷提高，嚴(yán)重影響了植物組織細(xì)胞膜的通透性，導(dǎo)致生理干旱、生長受阻等，幼苗的生長速率與鹽脅迫相關(guān)[30]。

在鹽堿脅迫下，植物的氧化損傷能力增強(qiáng)，能夠有效的維系植物細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的正常生理代謝[31-33]。丙二醛(MDA)是生物膜上脂質(zhì)過氧化物反應(yīng)的產(chǎn)物，為植物衰老的指標(biāo)。本試驗中，丙二醛含量不斷上升，其植株衰老的速率加快。

植物的生長量與其抗逆性有明顯的關(guān)系，生長受到抑制的程度越大，受逆境脅迫就越明顯[34]。植物細(xì)胞質(zhì)膜受到的損害越大，抗性越弱；反之則抗性越強(qiáng)[35]。植物在正常條件下，活性氧的形成和清除之間保持著一種動態(tài)平衡[36]。當(dāng)受到外界逆境脅迫時，植物通常會利用自身的抗氧化酶系統(tǒng)和抗氧化劑對活性氧進(jìn)行消除，從而提高自身抗逆性[37]。在本試驗中，隨著鹽脅迫程度的增加，其電導(dǎo)率也在不斷地升高，同時CAT活性不斷上升，鹽脅迫改變其細(xì)胞膜透性，致使細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)大量外滲，導(dǎo)致組織浸泡液的電導(dǎo)率增大，逆境傷害程度增大，抗逆性增大。同時POD活性也在隨著脅迫強(qiáng)度的增加而不斷上升，根系的老化也在不斷地加快，地上部的營養(yǎng)就有可能會供應(yīng)不足，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化反應(yīng)加強(qiáng)。超氧化物歧化酶 (SOD) 是膜系統(tǒng)有關(guān)的因子，在植物遭受逆境脅迫時，可以利用抗氧化酶系統(tǒng)來清除氧自由基, 以防止氧化損傷[38]。 本試驗中，SOD活性在播后6 d時，低濃度下的幼苗與CK無明顯的差異，而高濃度下處理的幼苗與CK有差異顯著?？扇苄缘鞍缀吭诩?xì)胞內(nèi)的積累對于降低細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的滲透勢、平衡原生質(zhì)體內(nèi)的滲透壓等具有比較重要作用[39]。本試驗發(fā)現(xiàn)，高濃度鹽處理的可溶性蛋白含量、硝酸鹽含量與CK存在顯著差異。無論是發(fā)芽階段還是幼苗階段，莧菜對低濃度鹽處理有一定抗性。