油菜素內(nèi)酯浸種對(duì)鹽脅迫番茄種子萌發(fā)的影響及其生理機(jī)制

范翠枝,吳馨怡,關(guān) 欣,鄭春芳,趙海燕,顧志壯,劉偉成,陳 軍,鄭青松,5,*

1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 江蘇省海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210095 2 溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 溫州 325035 3 浙江省海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖研究所 浙江省近岸水域生物資源開(kāi)發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 溫州 325005 4 蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院園藝科技學(xué)院, 蘇州 215008 5 綿陽(yáng)師范學(xué)院, 綿陽(yáng) 621000

全世界鹽漬化土壤面積超過(guò)10億hm2,成為一個(gè)威脅土壤生產(chǎn)力的典型問(wèn)題,且愈演愈烈[1]。預(yù)計(jì)到2050年,全球50%的耕地鹽漬化[2]。中國(guó)鹽漬化土壤面積近1億hm2,在全球各國(guó)排第3位,嚴(yán)重抑制植物生長(zhǎng),降低了農(nóng)業(yè)產(chǎn)量,也限制了經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活質(zhì)量[3]。番茄(Solanumlycopersicum)屬茄科(Solanaceae),一年生或多年生草本植物,對(duì)鹽中度敏感,主要種植在世界溫暖和干旱地區(qū),而這些地區(qū)的土壤往往鹽度比較高[4]。在設(shè)施栽培中番茄也是種植最為普遍、廣泛的蔬菜品種之一,而設(shè)施栽培往往會(huì)導(dǎo)致土壤快速鹽漬化[5]。我國(guó)作為番茄生產(chǎn)第一大國(guó),番茄耐鹽性及其調(diào)控研究由此就顯得格外重要。

油菜素甾醇類(lèi)化合物(Brassinosteroids, BRs)是第六類(lèi)植物生長(zhǎng)物質(zhì),屬于類(lèi)固醇類(lèi),廣泛地存在于植物界中,與傳統(tǒng)的五大類(lèi)植物激素相比,其作用機(jī)理獨(dú)特、生理效應(yīng)廣泛、生理活性極高,且施用劑量遠(yuǎn)比五大類(lèi)激素要低[6]。BRs不僅在植物的正常生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程中扮演著必不可少的角色,而且它們能夠緩解各種環(huán)境脅迫,例如干旱、低溫、高溫、重金屬脅迫和鹽漬等[7]。BRs調(diào)控番茄正常的生長(zhǎng)發(fā)育和抗逆性均見(jiàn)諸于一些國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)告,主要集中在BRs調(diào)控番茄的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗氧化能力和光合作用等方面[8- 9],總體來(lái)說(shuō),目前相關(guān)研究文獻(xiàn)較少,全面而深入的研究極為匱缺；其中BRs調(diào)控番茄抗鹽的文獻(xiàn)如Zhu等[10]研究表明BRs誘導(dǎo)番茄幼苗耐鹽性過(guò)程中,乙烯和H2O2起了重要的作用。S?ylemez等[11]在番茄苗期進(jìn)行鹽脅迫,每10 d噴施1次0.5 μmol/L EBL,發(fā)現(xiàn)EBL噴施明顯改善鹽脅迫下番茄生長(zhǎng)、水分狀況、營(yíng)養(yǎng)吸收、離子穩(wěn)態(tài)和氧化還原穩(wěn)態(tài),顯著提高番茄果實(shí)產(chǎn)量。最近的番茄全生育期試驗(yàn)表明0.01 μmol/L EBL噴施明顯促進(jìn)植株生長(zhǎng)、開(kāi)花和坐果,提高番茄耐鹽性,其中內(nèi)源多胺代謝變化發(fā)揮了重要作用[4]。Ylmaz-Gokdogan和Burun[12]在番茄組培苗上的試驗(yàn)也表明,1—2 μmol/L EBL可明顯緩解植株鹽害,使用下胚軸為外植體的緩解鹽害效果要高于子葉作為外植體的。BRs-EMS抑制子(BRI1-EMS- Suppressor1)被多種脅迫激活,尤其是鹽脅迫條件,表明作為BRs誘導(dǎo)基因表達(dá)中的重要的轉(zhuǎn)錄因子,在抵抗逆境中發(fā)揮著重要的作用[13]。作物在萌發(fā)期和幼苗期對(duì)環(huán)境因素往往最為敏感[14],Yanelis等[15]探討了75 mmol/L NaCl脅迫下BRs的同系物螺旋甾烷(Biobras- 16)調(diào)控兩個(gè)番茄品種的種子萌發(fā),發(fā)現(xiàn)10-7mol/L Biobras- 16可促進(jìn)番茄品種INCA 9(1)的萌發(fā),但是對(duì)番茄品種Amalia沒(méi)有促進(jìn)萌發(fā)的效應(yīng),10-6mol/L Biobras- 16則進(jìn)一步抑制番茄種子的萌發(fā)；分別用10-7mol/L EBL、10-7mol/L Biobras- 16和10-5mol/L BRz(BRs生物合成抑制劑)對(duì)番茄浸種4 h,然后置于75 mmol/L NaCl脅迫下7 d,發(fā)現(xiàn)EBL和Biobras- 16均能緩解鹽脅迫對(duì)番茄種子萌發(fā)的抑制,而B(niǎo)Rz則進(jìn)一步抑制萌發(fā)；EBL可緩解鹽脅迫對(duì)番茄莖長(zhǎng)和種苗鮮重的抑制,但是進(jìn)一步抑制根長(zhǎng)[16]。這兩篇古巴期刊上發(fā)表的論文[15- 16]對(duì)鹽脅迫番茄種子萌發(fā)中的EBL調(diào)控做了一些初步的探討,此外檢索不到BRs調(diào)控番茄萌發(fā)階段耐鹽性的研究文獻(xiàn)。BRs施用提高植物抗逆性、推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成為研究熱點(diǎn)的今天,加強(qiáng)BRs施用調(diào)控番茄萌發(fā)階段耐鹽性的研究就顯得迫切。本研究以番茄“合作903”為材料,分析10-11、10-10、10-9、10-8、10-7、10-6、10-5mol/L EBL浸種處理后在不同濃度NaCl脅迫條件下的萌發(fā)和生長(zhǎng)變化,并探討外源EBL對(duì)高鹽脅迫下番茄種子萌發(fā)生長(zhǎng)過(guò)程中活性氧代謝、溶質(zhì)積累以及抗氧化酶活性等生理活動(dòng)的變化,以期找出最適EBL浸種濃度施用方式,為番茄的抗鹽栽培以及應(yīng)用EBL緩解植物鹽害提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和處理

以番茄(Solanumlycopersicum)品種“合作903”為試驗(yàn)材料。挑選大小一致、飽滿(mǎn)的種子經(jīng) 70%乙醇清洗 1 min,然后用20% NaClO潤(rùn)洗 10 min,最后用蒸餾水沖洗干凈,用吸水紙吸干后分別用10-11、10-10、10-9、10-8、10-7、10-6、10-5mol/L 2,4-表油菜素內(nèi)酯(EBL,2,4-epibrassinolide)浸種24 h,分別表示為EBL1、EBL2、EBL3、EBL4、EBL5、EBL6,EBL7,蒸餾水浸種24 h為對(duì)照。浸種完后取出種子清洗干凈,選取健壯、飽滿(mǎn)、大小一致的番茄種子轉(zhuǎn)入直徑12 cm、高度5 cm的硬塑料發(fā)芽盒中,進(jìn)行不同鹽處理,即向發(fā)芽盒中加入分別為0、50、100、150、175 mmol/L NaCl溶液,每個(gè)處理設(shè)置5個(gè)重復(fù),置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行暗培養(yǎng)7 d,培養(yǎng)期間始終保持濾紙濕潤(rùn),即傾斜時(shí)盒底無(wú)溶液集聚。以胚根露出長(zhǎng)度為種子的1/2為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn),每天統(tǒng)計(jì)各處理的發(fā)芽率,第7天收樣進(jìn)行下列指標(biāo)的測(cè)定和計(jì)算。

1.2 種苗根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)、鮮重、含水量的測(cè)定和計(jì)算

用最小刻度為1 mm的鋼尺量取在發(fā)芽盒中萌發(fā)7 d的種苗根長(zhǎng)和下胚軸長(zhǎng)度。用萬(wàn)分之一電子天平(Sartorius, USA)量取番茄萌發(fā)種子的鮮重(FW),在105 ℃殺青15 min后于75 ℃烘干至恒重,稱(chēng)得干重(DW)。按下列公式計(jì)算含水量。

番茄萌發(fā)種子含水量(%FW) =[(FW-DW) /FW] ×100

1.3 發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、種子活力指數(shù)、含水量的測(cè)定和計(jì)算

每天統(tǒng)計(jì)各處理的發(fā)芽率,按照李志萍等[17]文獻(xiàn)計(jì)算發(fā)芽指數(shù)(GI)和種子活力指數(shù)(SVI)。

發(fā)芽率(%)=(規(guī)定天數(shù)內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供檢測(cè)的種子數(shù))×100

GI=ΣGt/Dt(Gt指時(shí)間t的發(fā)芽數(shù),Dt指相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù))

SVI=單株種苗鮮重×發(fā)芽指數(shù)

1.4 超氧陰離子自由基、過(guò)氧化氫、丙二醛、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量的測(cè)定

1.5 番茄萌發(fā)種子保護(hù)酶系統(tǒng)活性的測(cè)定

稱(chēng)取0.5 g 鮮樣用5 mL 0.05mol/L磷酸緩沖液(pH=7.8)進(jìn)行冰浴研磨,離心(4000 r/min,4℃)15 min,取上清液進(jìn)行相應(yīng)抗氧化酶活性測(cè)定。超氧化物歧化酶(SOD,Superoxide dismutase)活性采用氮藍(lán)四唑(NBT,Azoblue tetrazole)還原法測(cè)定[20],SOD活性單以抑制NBT光化還原的50%為一個(gè)酶活性單位(U)表示；過(guò)氧化氫酶(CAT,catalase)活性采用紫外吸收法測(cè)定[20],以每分鐘OD240減少0.1的酶量為1個(gè)酶活性單位(U)；過(guò)氧化物酶(POD,Peroxidase)活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測(cè)定[19],以每分鐘A470變化0.01為1個(gè)過(guò)氧化物酶活性單位(U)。測(cè)定時(shí)方法略有修改。

1.7 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

利用Microsoft Excel、SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計(jì)分析,數(shù)據(jù)均為“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”格式,采用Duncan新復(fù)極差測(cè)驗(yàn)法(P<0.05)進(jìn)行單因素顯著性方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度NaCl處理下,不同濃度EBL浸種對(duì)番茄種子發(fā)芽率的調(diào)控效應(yīng)

非鹽脅迫下,與EBL0(清水浸種)處理相比,EBL1—EBL5處理,即10-11、10-10、10-9、10-8、10-7mol/L EBL浸種,對(duì)番茄種子發(fā)芽沒(méi)有顯著影響(P>0.05),EBL6、EBL7(10-6、10-5mol/L EBL浸種)推遲萌發(fā),顯著降低番茄種子7 d的萌發(fā)率(圖1)。50 mmol/L NaCl脅迫明顯推遲番茄種子發(fā)芽,但沒(méi)有顯著降低7 d的發(fā)芽率；50 mmol/L NaCl脅迫下,EBL1—EBL6處理不影響7 d的種子發(fā)芽率；EBL7處理顯著降低了番茄種子7 d的發(fā)芽率(P>0.05)。100 mmol/L NaCl脅迫下,EBL1—EBL5處理,對(duì)種子萌發(fā)無(wú)顯著影響,EBL6和EBL7處理顯著推遲和降低了番茄種子的發(fā)芽率,尤其是EBL7處理的(圖1)。150 mmol/L NaCl脅迫下,EBL1—EBL4處理7 d,即10-11、10-10、10-9、10-8mol/L EBL處理不同程度的提高番茄種子的萌發(fā)率,其中EBL3、EBL4處理,即10-9、10-8mol/L EBL促進(jìn)發(fā)芽率達(dá)到顯著水平(P<0.05),分別比150 mmol/L NaCl脅迫下發(fā)芽率增加82%和59%。EBL5、EBL6和EBL7處理,即10-7、10-6、10-5mol/L EBL不同程度降低了番茄種子的發(fā)芽率,其中EBL6、EBL7處理,即10-6、10-5mol/L EBL降低發(fā)芽率達(dá)到顯著水平,分別比150 mmol/L NaCl脅迫下發(fā)芽率降低65%和91%。175 mmol/L NaCl脅迫下的EBL促進(jìn)效應(yīng)和抑制效應(yīng)更為明顯,EBL2—EBL4處理7 d,即10-10、10-9、10-8mol/L EBL處理促進(jìn)發(fā)芽率分別達(dá)到35%、87%和59%。EBL5、EBL6和EBL7處理,即10-7、10-6、10-5mol/L EBL分別比150 mmol/L NaCl脅迫下發(fā)芽率降低27%、66%和92%(圖1)。

圖1 不同濃度NaCl處理下,不同濃度EBL浸種對(duì)番茄種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effect of seed soaking with different concentration of EBL on germination rate of tomato seeds under different concentration of NaClEBL：2,4-表油菜素內(nèi)酯(EBL,2,4-epibrassinolide);EBL0：清水浸種,EBL1：10-11 mol/L 24-EBL浸種,EBL2：10-10 mol/L 24-EBL浸種,EBL3：10-9 mol/L 24-EBL浸種,EBL4：10-8 mol/L 24-EBL浸種,EBL5：10-7 mol/L 24-EBL浸種,EBL6：10-6 mol/L 24-EBL浸種,EBL7：10-5 mol/L 24-EBL浸種;同一簇柱上不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

2.2 不同濃度NaCl處理下,不同濃度EBL浸種對(duì)番茄種子下胚軸和根長(zhǎng)的調(diào)控效應(yīng)

非鹽脅迫下,與EBL0相比,隨著EBL浸種濃度的上升,番茄種子胚根長(zhǎng)增加,在EBL3處理,即10-9mol/L EBL浸種,番茄胚根長(zhǎng)達(dá)最大值；當(dāng)EBL浸種濃度進(jìn)一步上升,胚根長(zhǎng)逐漸顯著下降,EBL5—EBL7顯著抑制胚根長(zhǎng)。非鹽脅迫下,EBL1—EBL6處理的番茄下胚軸長(zhǎng)與EBL0處理的差異均不顯著(P>0.05),EBL7(10-5mol/L EBL浸種)處理顯著降低下胚軸長(zhǎng)度(P<0.05)。50 mmol/L NaCl脅迫下7 d,番茄萌發(fā)種子胚根長(zhǎng)和下胚軸長(zhǎng)與對(duì)照差異均不顯著,隨著EBL浸種濃度的上升,番茄種子胚根和下胚軸長(zhǎng)均先上升、再下降,其中胚根長(zhǎng)的變幅要比下胚軸的更為明顯,且在EBL3,即10-9mol/L EBL浸種處理胚根長(zhǎng)和下胚軸長(zhǎng)均達(dá)到最大值,甚至顯著高于非鹽處理組的,隨著EBL浸種濃度的增加,胚根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)逐漸顯示為抑制效應(yīng),根長(zhǎng)的抑制效應(yīng)尤為明顯(圖2)。100 mmol/L NaCl脅迫顯著抑制根長(zhǎng)與下胚軸長(zhǎng),下胚軸長(zhǎng)的抑制更為明顯,隨著EBL浸種濃度的上升,番茄種子根長(zhǎng)和下胚軸長(zhǎng)均先上升、再下降,且同樣在EBL3,即10-9mol/L EBL浸種處理根長(zhǎng)和下胚軸均達(dá)到最大值,其中根長(zhǎng)與對(duì)照差異不顯著,隨著EBL浸種濃度的增加,根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)逐漸顯示為抑制效應(yīng),根長(zhǎng)的抑制效應(yīng)尤為明顯(圖2)。150、175 mmol/L NaCl脅迫均極顯著抑制根長(zhǎng)與下胚軸長(zhǎng),隨著EBL浸種濃度的上升,番茄種子根長(zhǎng)和下胚軸長(zhǎng)均先上升、再下降,且同樣在EBL3,即10-9mol/L EBL浸種處理根長(zhǎng)和下胚軸均達(dá)到最大值(圖2)。

圖2 不同濃度NaCl處理下,不同濃度EBL浸種對(duì)番茄萌發(fā)種子胚根長(zhǎng)和下胚軸長(zhǎng)的影響Fig.2 Effect of seed soaking with different concentration of EBL on root length and hypocotyl of germinated tomato seeds under different concentration of NaCl

2.3 不同濃度NaCl處理下,不同濃度EBL浸種對(duì)番茄萌發(fā)種子鮮重和種子活力指數(shù)的調(diào)控效應(yīng)

由圖3可知,非鹽處理下,EBL1—EBL3(10-11—10-9mol/L EBL)處理的萌發(fā)種子鮮重(FW)和種子活力指數(shù)(SVI)與清水浸種的相比沒(méi)有顯著差異(P>0.05),EBL4—EBL7浸種處理(10-8—10-5mol/L EBL)下,隨著浸種EBL濃度的增加,番茄萌發(fā)種子FW和SVI顯著性遞減(P<0.05)。50 mmol/L NaCl處理下,其FW明顯高于非鹽處理的,鹽脅迫下隨著EBL浸種濃度的增加,種苗FW先上升,再下降,在EBL2處理(10-10mol/L EBL)下FW達(dá)到最大值,但是EBL0、EBL1、EBL2、EBL3處理下FW差異不顯著,而EBL6和EBL7處理(10-6、10-5mol/L EBL)的種子FW顯著低于EBL0。50 mmol/L NaCl處理下,隨著EBL浸種濃度的增加,SVI出現(xiàn)先增加后下降,但是增幅均未達(dá)到顯著水平,EBL5處理(10-7mol/L EBL)的SVI顯著下降,EBL濃度進(jìn)一步增加,SVI顯著降低。100、150、175 mmol/L NaCl處理下,隨著EBL浸種濃度的增加,萌發(fā)種子FW和SVI均出現(xiàn)先上升后下降的現(xiàn)象,且均在EBL3處理(10-9mol/L EBL)下,其FW和SVI均達(dá)到最大值。0、50、100、150、175 mmol/L NaCl處理下,輔以EBL3處理(10-9mol/L EBL),萌發(fā)種子FW分別比各自對(duì)照增加2%、4%、21%、13%、14%,SVI分別比各自不加EBL處理的增加-7%、7%、21%、103%、151%。EBL浸種濃度過(guò)高對(duì)番茄萌發(fā)種子FW和SVI有顯著的抑制效應(yīng),0、50、100、150、175 mmol/L NaCl處理下,EBL7處理(10-5mol/L EBL),萌發(fā)種子鮮重分別比各自對(duì)照降低30%、26%、42%、14%、3%,SVI分別比各自對(duì)照降低47%、54%、84%、94%和97%。

圖3 不同濃度NaCl處理下,不同濃度EBL浸種對(duì)番茄萌發(fā)種子鮮重和種子活力指數(shù)的影響Fig.3 Effect of seed soaking with different concentration of EBL on fresh weight and seed vigor index of germinated tomato seeds under different concentration of NaCl不同濃度NaCl處理下,不同濃度EBL浸種對(duì)番茄萌發(fā)種子鮮重和種子活力的影響

2.4 鹽處理下EBL3浸種對(duì)番茄萌發(fā)種子含水量、活性氧和丙二醛含量的調(diào)控效應(yīng)

圖4 150 mmol/L NaCl處理下10-9 mol/L EBL浸種對(duì)番茄萌發(fā)種子含水量的影響Fig.4 Effect of seed soaking with 10-9 mol/L EBL on water content of germinated tomato seeds under 150 mmol/L NaCl condition Control：清水浸種,EBL3：10-9 mol/L 24-EBL浸種,S150：150 mmol/L NaCl處理,S150+EBL3：10-9 mol/L 24-EBL浸種+150 mmol/L NaCl處理

圖5 150 mmol/L NaCl處理下10-9 mol/L EBL浸種對(duì)番茄萌發(fā)種子和丙二醛(MDA)含量的影響Fig.5 Effect of seed soaking with 10-9 mol/L EBL on contents of H2O2 and malondialdehyde (MDA) of germinated tomato seeds under 150 mmol/L NaCl condition

2.5 鹽處理下EBL3浸種對(duì)番茄萌發(fā)種子脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量的調(diào)控效應(yīng)

圖6顯示,與對(duì)照相比,EBL3浸種處理下,除了以DW為基礎(chǔ)計(jì)的脯氨酸(Pro)含量顯著下降外(P<0.05),種子Pro、可溶性糖(SS)和可溶性蛋白(SP)含量均無(wú)顯著變化(P>0.05)。150 mmol/L NaCl處理下,以FW為基礎(chǔ)計(jì),萌發(fā)種子Pro、SS、SP含量均顯著上升(P<0.05),以DW為基礎(chǔ)計(jì),萌發(fā)種子Pro、SS、SP含量均顯著下降(P<0.05)。與鹽處理相比,鹽脅迫輔以EBL3浸種處理下,無(wú)論以FW還是DW為基礎(chǔ)計(jì),萌發(fā)種子的Pro均顯著下降,而SS、SP含量均顯著上升。

圖6 150 mmol/L NaCl處理下10-9 mol/L EBL浸種對(duì)番茄萌發(fā)種子脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響Fig.6 Effect of seed soaking with 10-9 mol/L EBL on contents of proline, soluble sugar and soluble protein of germinated tomato seeds under 150 mmol/L NaCl condition

2.6 鹽處理下EBL3浸種對(duì)番茄萌發(fā)種子保護(hù)酶活性的調(diào)控效應(yīng)

分別以以萌發(fā)種子FW和SP為基礎(chǔ)計(jì),分析了保護(hù)酶活性的變化。與對(duì)照相比,EBL3處理的番茄萌發(fā)種子POD活性均顯著上升(P<0.05),CAT活性均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),而SOD活性差均異不顯著(P>0.05)(圖7)。鹽脅迫下,以FW為基礎(chǔ)計(jì),萌發(fā)種子的3種酶活性均顯著上升；以SP為基礎(chǔ)計(jì),萌發(fā)種子的3種酶活性均顯著下降。與鹽脅迫相比,鹽脅迫輔以EBL3浸種處理下,SOD和POD活性均顯著上升,而其CAT活性均無(wú)顯著變化(圖7)。

圖7 150 mmol/L NaCl處理下10-9 mol/L EBL浸種對(duì)番茄萌發(fā)種子保護(hù)酶超氧化物岐化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)和過(guò)氧化物酶(POD)活性的影響Fig.7 Effect of seed soaking with 10-9 mol/L EBL on protective enzyme activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and peroxidase (POD) of germinated tomato seeds under 150 mmol/L NaCl condition

3 討論與結(jié)論

土壤鹽漬化已經(jīng)構(gòu)成世界上農(nóng)作物生產(chǎn)的主要限制因素之一。除了選育耐鹽品種外,采用外源植物生長(zhǎng)物質(zhì)或化學(xué)物質(zhì)提高作物耐鹽性也成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[21-22]。本研究針對(duì)EBL對(duì)植物耐鹽性的調(diào)節(jié)的濃度效應(yīng)報(bào)道不一,開(kāi)展了EBL一系列濃度浸種24 h應(yīng)對(duì)不同強(qiáng)度鹽脅迫調(diào)控番茄種子萌發(fā)的探討,發(fā)現(xiàn)在正常條件下,過(guò)高的EBL浸種濃度,即10-6、10-5mol/L EBL,顯著延遲番茄種子萌發(fā),降低7 d的種子發(fā)芽率和鮮重,對(duì)根長(zhǎng)的抑制明顯高于對(duì)下胚軸長(zhǎng)的抑制,顯著降低種子活力指數(shù)。10-7mol/L EBL雖然對(duì)7 d的番茄種子萌發(fā)率沒(méi)有顯著影響,但是對(duì)其萌發(fā)的種子根長(zhǎng)、種苗鮮重的抑制很顯著。古巴Larré等[22]用10-8、10-7、10-6mol/L EBL浸種鹽敏感水稻和耐鹽水稻種子2 h,然后置于100 mmol/L NaCl處理下,發(fā)現(xiàn)鹽敏感水稻“BRS Querência”的發(fā)芽率和活力指數(shù)的抑制可以被EBL浸種處理緩解,且EBL濃度越高,緩解鹽害的效果越好；而耐鹽水稻的發(fā)芽率和活力指數(shù)在鹽脅迫下并不顯著下降,輔以10-8mol/L EBL浸種處理發(fā)芽率和活力指數(shù)則上升,EBL濃度為10-7mol/L EBL,其發(fā)芽率和活力指數(shù)與鹽脅迫的差異不顯著,輔以10-6mol/L EBL浸種處理發(fā)芽率和活力指數(shù)則顯著下降。本研究在不同濃度NaCl的鹽脅迫下,10-7mol/L EBL對(duì)番茄種子發(fā)芽率、根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)、鮮重等影響不明顯,或者表現(xiàn)出抑制作用,不存在促進(jìn)效應(yīng)。本研究的特色和創(chuàng)新在于全面探討了濃度效應(yīng),發(fā)現(xiàn)無(wú)論在正常條件、還是不同強(qiáng)度的鹽脅迫下,10-11mol/L EBL對(duì)萌發(fā)各指標(biāo)影響不顯著,10-10—10-8mol/L EBL表現(xiàn)出不同程度的促進(jìn)萌發(fā)的現(xiàn)象,其中10-9mol/L EBL表現(xiàn)出的促進(jìn)萌發(fā)最為顯著。閆慧萍等[23]發(fā)現(xiàn)180 mmol/L NaCl脅迫下,0.025、0.05、0.1、0.2 mg/L EBL浸種玉米種子12 h,對(duì)提高玉米株高、根長(zhǎng)、單株干鮮重、發(fā)芽率均有促進(jìn)作用,其中0.05 mg/L EBL(相當(dāng)于1.05×10-7mol/L)浸種的促進(jìn)效果最佳。閆慧萍等[23]還發(fā)現(xiàn)在冷脅迫下,0.1 mg/L EBL浸種玉米種子12 h,對(duì)提高玉米株高、根長(zhǎng)、單株干鮮重、發(fā)芽率促進(jìn)作用最佳,這表明脅迫下EBL促進(jìn)作物萌發(fā)出苗,不同的作物物種、甚至不同的品種、不同脅迫類(lèi)型等都會(huì)存在著施用濃度的差異。

BRs 處理通?？梢哉{(diào)控相關(guān)抗氧化防御系統(tǒng)的活性,保持細(xì)胞內(nèi)外離子平衡,降低膜脂過(guò)氧化物MDA 的產(chǎn)生,用以保護(hù)作物抵御鹽害,這一結(jié)論在黃瓜、辣椒、茄子、番茄等蔬菜作物植株研究中得到證實(shí)[6]。但是在調(diào)控鹽脅迫下作物種子萌發(fā)中的抗氧化研究還鮮有文獻(xiàn)報(bào)告。閆慧萍等[23]發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下玉米0.05 mg/L EBL(相當(dāng)于1.05×10-7mol/L)浸種幼苗萌發(fā)促進(jìn)最佳的原因在于該處理下玉米葉片的MDA含量最低,而葉片的POD、CAT、SOD、APX活力最高(指標(biāo)均以鮮重為基礎(chǔ)計(jì))。Arora等[24]研究發(fā)現(xiàn)100 mmol/L NaCl脅迫下,10-9mol/L 28-表油菜素內(nèi)酯(HBL)添加促進(jìn)玉米萌發(fā)成苗的效果要優(yōu)于10-7、10-11mol/L HBL的,主要是因?yàn)樵撎幚硐旅劝l(fā)種子的MDA含量(以FW為基礎(chǔ)計(jì))最低,CAT活性(以SP為基礎(chǔ)計(jì))最高；但是其SOD、POD、APX、GR等酶活(均以SP為基礎(chǔ)計(jì))隨著HBL處理濃度的上升而逐漸上升。Marakli等[25]研究發(fā)現(xiàn)150和250 mmol/L NaCl脅迫大麥種子萌發(fā)48和72 h,顯著降低其萌發(fā),而單純施用0.5×10-6和10-6mol/L HBL,萌發(fā)也下降；150和250 mmol/L NaCl脅迫大麥種子萌發(fā)48 h,添加0.5×10-6和10-6mol/L HBL,則顯著促進(jìn)萌發(fā),低濃度HBL效果更好；150和250 mmol/L NaCl脅迫大麥種子萌發(fā)72 h,添加0.5×10-6和10-6mol/L HBL,高濃度HBL促進(jìn)萌發(fā)的效果更好。Marakli等[25]進(jìn)一步研究分析150和250 mmol/L NaCl脅迫大麥種子,降低其種子SP含量,但是顯著增加其抗氧化酶SOD和CAT的活性(酶活均以SP為基礎(chǔ)計(jì))；而單獨(dú)外施HBL,其SP含量也下降,SOD和CAT活性上升,HBL濃度上升,其SP含量進(jìn)一步下降,SOD活性也下降,而CAT活性進(jìn)一步上升；鹽脅迫下添加0.5×10-6和10-6mol/L HBL,則顯著增加SP含量,且HBL濃度越高,SP含量就越高,高鹽脅迫下其增幅更明顯；研究還表明150 mmol/L NaCl脅迫下48 h,10-6mol/L HBL施用下,大麥種子SOD酶活顯著增加,鹽脅迫增加到250 mmol/L NaCl,其SOD酶活顯著降低；0.5×10-6mol/L HBL施用下,無(wú)論低鹽或高鹽脅迫下,大麥種苗SOD酶活均無(wú)明顯變化；150 mmol/L NaCl脅迫下48 h,10-6mol/L HBL施用下,CAT酶活無(wú)顯著變化,鹽脅迫增加到250 mmol/L NaCl,10-6mol/L HBL施用下,CAT酶活顯著下降；0.5×10-6mol/L HBL施用下,無(wú)論低鹽還是高鹽處理下,CAT酶活均顯著上升,鹽脅迫越重,酶活上升越高；脅迫萌發(fā)72 h,上述現(xiàn)象又發(fā)生迥異的不同。所以在作物種子萌發(fā)過(guò)程中,由于種子儲(chǔ)藏物質(zhì)的差異、鹽脅迫強(qiáng)度的差異、物種的差異、施用BRs濃度的差異,得到的結(jié)果均不同。本研究表明,番茄種子萌發(fā)7 d,無(wú)論鹽處理或非鹽處理,EBL浸種均不同程度的降低種苗中的ROS、MDA含量,說(shuō)明EBL可清除番茄萌發(fā)種子的ROS水平,降低膜脂過(guò)氧化。無(wú)論以FW,或是SP為基礎(chǔ)計(jì),檢測(cè)出的萌發(fā)番茄種子的SOD和POD的活性表現(xiàn)了對(duì)鹽度的積極響應(yīng),從而改善了種子萌發(fā)中次生的氧化脅迫,而CAT沒(méi)有體現(xiàn)出這樣的響應(yīng)。

Pro和SS是參與滲透調(diào)節(jié)的小分子物質(zhì),在植物對(duì)水分脅迫的適應(yīng)性調(diào)節(jié)中,是滲透性溶質(zhì)的重要組成成分。植物體內(nèi)的SP大多數(shù)是參與各種代謝的酶類(lèi),SP含量是一個(gè)重要的生理生化指標(biāo),測(cè)其含量是了解植物體總代謝的一個(gè)重要指標(biāo),植物在失水時(shí)還可以產(chǎn)生一些具有脫水保護(hù)功能的SP。120 mmol/L NaCl脅迫下水稻種子萌發(fā)受抑制,其Pro和SP含量(均以FW為基礎(chǔ)計(jì))顯著上升；輔以3 μmol/L EBL浸種,促進(jìn)其萌發(fā),降低了Pro含量,進(jìn)一步增加SP含量[26]。與水稻種子EBL浸種萌發(fā)幼苗中Pro含量降低這一現(xiàn)象不同的是,在180 mmol/L NaCl脅迫下,0.05 mg/L EBL浸種可顯著提高玉米種子萌發(fā)中Pro和SS含量(均以FW為基礎(chǔ)計(jì)),從而緩解其脅迫傷害[23]。本研究番茄種子在150 mmol/L NaCl脅迫下,如果以FW為基礎(chǔ)計(jì),其Pro、SS和SP含量均顯著上升,輔以EBL浸種則進(jìn)一步顯著增加SS和SP含量,但是顯著降低了Pro含量。說(shuō)明Pro含量在番茄種苗中的上升是作為其傷害反應(yīng),而不是適應(yīng)的響應(yīng),和Yanelis等[16]在番茄上的結(jié)論相一致。如果以DW為基礎(chǔ)計(jì),由于種子萌發(fā)階段高鹽處理下吸水明顯受限,反映出的Pro、SS和SP含量在高鹽脅迫下均顯著下降,但輔以EBL浸種依然體現(xiàn)SS和SP含量的顯著增加。可見(jiàn)外源EBL可以調(diào)控番茄種苗體內(nèi)Pro、SS和SP的變化,通過(guò)增加SS和SP的積累,來(lái)提高滲透調(diào)節(jié)能力,調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透勢(shì),維持水分平衡,增強(qiáng)細(xì)胞代謝活力,從而提高番茄在萌發(fā)期的耐鹽性,這些現(xiàn)象和陳淑芳等[27]在番茄嫁接苗上的結(jié)果相一致。

綜上所述,本研究初步全面的探討了EBL浸種對(duì)鹽脅迫下番茄種子萌發(fā)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化代謝等調(diào)控作用。發(fā)現(xiàn)EBL浸種在番茄種子萌發(fā)上存在著明顯的濃度效應(yīng),濃度過(guò)高如10-6、10-5mol/L EBL明顯抑制番茄種子萌發(fā),而10-9mol/L EBL在促進(jìn)鹽脅迫下番茄種子萌發(fā)的總評(píng)價(jià)下最好,尤其在高鹽脅迫下,10-9mol/L EBL浸種可通過(guò)積累SS、SP等溶質(zhì),增強(qiáng)抗氧化酶活性,降低ROS,從而改善抗氧化等,增強(qiáng)番茄種子萌發(fā)過(guò)程中的抗鹽性。在研究中,還發(fā)現(xiàn)番茄種子萌發(fā)中脯氨酸的上升是典型的鹽脅迫傷害反應(yīng),EBL浸種處理則可以顯著降低這一上升,從而起到保護(hù)番茄種子萌發(fā)的功效。當(dāng)然,要進(jìn)一步更好的理解番茄種子萌發(fā)中的抗鹽性,以及不同濃度EBL浸種的濃度效應(yīng)及其機(jī)制,需要進(jìn)一步開(kāi)展研究工作。

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