鹽脅迫下外源赤霉素對(duì)糯玉米幼苗生理特性的影響

丁建文，張曉辰，楊興，杜錦，曹高燚，向春陽,通信作者

（1. 天津中天潤(rùn)農(nóng)科技有限公司，天津 300000；2. 天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300392）

2016年我國(guó)鹽漬化土地面積9.91×107hm2[1]，天津市鹽漬化土地面積約占總土地面積的65.8%。土壤鹽漬化嚴(yán)重危害了植物的生長(zhǎng)，也是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要脅迫因素之一[2]。糯玉米也稱蠟質(zhì)玉米，除被人類鮮食以外，也廣泛用于牲畜飼料，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，商品性好，在都市農(nóng)業(yè)發(fā)展中占有重要的地位。利用外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)提高作物的耐鹽性是利用鹽漬化土壤的有效方法之一[3-4]。赤霉素（gibberellins，GA3）是一類重要的植物激素，在植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中起調(diào)節(jié)作用，能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[5]。外源赤霉素能提高低溫下玉米的出苗率[6]，改善老化玉米種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)狀況[7]，也能提高鹽脅迫下水 稻[8]、油葵[9]和谷子[10]的萌發(fā)能力，對(duì)鹽脅迫起到一定的緩解作用。外源赤霉素對(duì)鹽脅迫下甜玉米幼苗生理特性影響的研究已有報(bào)道[11]，對(duì)干旱脅迫下苜蓿[12]幼苗的生理、低溫脅迫下玉米[13]的光合作用以及高密度種植和干旱條件下玉米的生理和生 長(zhǎng)[14-15]等方面的影響也有研究報(bào)道。但大多數(shù)研究集中在不同NaCl濃度脅迫方面，或是外源赤霉素對(duì)NaCl脅迫影響玉米出苗方面，而不同土壤含鹽量下外源赤霉素對(duì)糯玉米幼苗生理特性影響的研究較少。因此，本試驗(yàn)以糯玉米為材料，研究在不同土壤含鹽量下，赤霉素對(duì)糯玉米幼苗相關(guān)酶和滲透物質(zhì)的影響，以期為在鹽漬化土壤上種植糯玉米提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)充分利用鹽漬化土壤具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

糯玉米品種‘潤(rùn)糯73’，由天津中天潤(rùn)農(nóng)科技有限公司提供。赤霉素購(gòu)于上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

選擇大小一致的糯玉米種子，用1%次氯酸鈉溶液浸種10 min，然后用清水沖洗干凈。試驗(yàn)分成對(duì)照（CK）組和處理組，對(duì)照組用水、處理組用30 mg/L GA3浸種12 h，GA3預(yù)先用少量的乙醇溶解再用蒸餾水定容，對(duì)照組加入同量的乙醇。兩組處理后的種子分別播于5種鹽濃度的土壤中，每盆土壤中均勻播種10穴。土壤分別用0、40、80、120和160 mmol/L NaCl溶液調(diào)節(jié)，土壤含鹽量調(diào)節(jié)參見文獻(xiàn)[16]中的方法，調(diào)節(jié)后土壤含鹽量分別是0.02%、0.22%、0.36%、0.50%和0.65%，每個(gè)處理3次重復(fù)。當(dāng)出苗高度達(dá)3 cm時(shí)，對(duì)處理組每盆幼苗噴施3 mL GA3。當(dāng)幼苗高度為10 cm時(shí)，測(cè)定葉片中的脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白和丙二醛（malonic dialdehyde，MDA）含量，以及葉片中的過氧化氫酶（catalase，CAT）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定；MDA含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法測(cè)定；脯氨酸含量采用比色法測(cè)定；CAT活性采用紫外吸收法測(cè)定；SOD活性采用氮藍(lán)四唑（nitrotetrazolium blue chloride，NBT）法測(cè)定（試劑盒：南京建成試劑公司）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013分析數(shù)據(jù)并作圖，采用SPSS Statistics 25統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下外源GA3對(duì)糯玉米幼苗可溶性蛋白含量的影響

從圖1可以看出，糯玉米幼苗中可溶性蛋白含量在低鹽（0.22%）時(shí)比無鹽（0.02%）時(shí)顯著增加，后隨土壤含鹽量的增加呈顯著降低的趨勢(shì)。GA3處理后，在土壤含鹽量為0.22%和0.36%時(shí)，可溶性蛋白含量比對(duì)照組顯著增加；其他含鹽量條件下，GA3處理比對(duì)照雖有增加，但均沒達(dá)到顯著水平?？梢?，GA3可以通過增加幼苗中可溶性蛋白含量，提高細(xì)胞的保水能力，進(jìn)而提高糯玉米在低鹽脅迫下幼苗的耐鹽能力。

圖1 不同鹽脅迫下GA3對(duì)糯玉米幼苗中可溶性蛋白含量的影響

2.2 鹽脅迫下外源GA3對(duì)糯玉米幼苗可溶性糖含量的影響

鹽脅迫下外源GA3對(duì)糯玉米幼苗中可溶性糖含量的影響如圖2所示。

圖2 不同鹽脅迫下GA3對(duì)糯玉米幼苗中可溶性糖含量的影響

從圖2可以看出，土壤含鹽量在0.02%～0.36%范圍內(nèi)，糯玉米幼苗可溶性糖含量隨含鹽量的增加而顯著增加；在0.36%～0.65%范圍內(nèi)，隨著含鹽量的增加而顯著降低。GA3處理后，0.65%鹽脅迫下糯玉米幼苗的可溶性糖含量比對(duì)照增加不顯著，其他鹽脅迫下均比對(duì)照顯著增加。因此，可通過外源GA3來提高糯玉米幼苗中可溶性糖含量，進(jìn)而來增強(qiáng)糯玉米幼苗的耐鹽性。

2.3 鹽脅迫下外源GA3對(duì)糯玉米幼苗脯氨酸含量的影響

糯玉米幼苗中脯氨酸含量對(duì)照組和處理組均表現(xiàn)為隨含鹽量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)（圖3）。GA3處理后，0.65%鹽脅迫下糯玉米幼苗的脯氨酸含量相比于對(duì)照增加不顯著，其他鹽脅迫下均比對(duì)照顯著增加。由此可見，GA3通過提高糯玉米幼苗中脯氨酸的含量來提高糯玉米幼苗的耐鹽能力。

圖3 不同鹽脅迫下GA3對(duì)糯玉米幼苗中脯氨酸含量的影響

2.4 鹽脅迫下外源GA3對(duì)糯玉米幼苗MDA含量的影響

MDA含量能夠反映植物因鹽脅迫造成的損傷程度，從圖4中可以看出，在土壤含鹽量為0.22%～0.65%范圍內(nèi)，對(duì)照組和處理組MDA含量均隨土壤含鹽量的增加而顯著增加。在土壤含鹽量為0.22%時(shí)，MDA含量比無鹽（0.02%）時(shí)下降了1.36%，但下降不顯著，可能是低鹽對(duì)幼苗生長(zhǎng)時(shí)的MDA含量起到了一定的調(diào)節(jié)作用。在土壤含鹽量為0.22%、0.36%和0.50%條件下，GA3處理糯玉米幼苗中MDA含量比對(duì)照組幼苗中MDA含量均顯著下降，在土壤含鹽量為0.65%的高鹽條件下，GA3處理對(duì)糯玉米幼苗MDA含量影響不大。植物組織受鹽脅迫時(shí)會(huì)增加MDA含量，降低其保護(hù)能力。在一定鹽脅迫下，GA3會(huì)降低糯玉米幼苗中MDA含量，增加糯玉米幼苗的耐鹽能力。

圖4 不同鹽脅迫下GA3對(duì)糯玉米幼苗中MDA含量的影響

2.5 鹽脅迫下外源GA3對(duì)糯玉米幼苗CAT活性的影響

CAT能有效清除生物體代謝過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，防止植物過氧化作用造成的損害。從圖5可以看到，在土壤含鹽量為0.22%時(shí)，糯玉米幼苗CAT活性比土壤含鹽量為0.02%時(shí)顯著增加；在土壤含鹽量為0.22%～0.65%范圍內(nèi)，CAT活性隨著土壤含鹽量的增加而顯著降低。GA3處理后，0.65%鹽脅迫下糯玉米幼苗的CAT活性比對(duì)照增加不顯著，其他鹽脅迫下CAT活性均比對(duì)照組有顯著提高。因此，GA3可通過提高糯玉米幼苗的CAT活性來緩解糯玉米遭受的鹽脅迫損傷。

圖5 不同鹽脅迫下GA3對(duì)糯玉米幼苗CAT活性的影響

2.6 鹽脅迫下外源GA3對(duì)糯玉米幼苗SOD活性的影響

SOD是植物抗氧化酶系統(tǒng)的重要成員之一，能有效清除生物體代謝過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，防止鹽脅迫環(huán)境對(duì)植物造成的損害。從圖6可以看出，對(duì)照組和GA3處理組均表現(xiàn)為相同的趨勢(shì)，在土壤含鹽量為0.02%～0.65%范圍內(nèi)，糯玉米幼苗的SOD活性隨土壤含鹽量的增加而顯著降低。GA3處理后，0.65%鹽脅迫下糯玉米幼苗的SOD活性比對(duì)照增加不顯著，其他鹽脅迫下SOD活性均比對(duì)照組有顯著提高。因此，GA3可以通過提高糯玉米幼苗的SOD活性來緩解糯玉米的鹽脅迫損傷。

圖6 不同鹽脅迫下GA3對(duì)糯玉米幼苗SOD活性的影響

3 討論與結(jié)論

糯玉米幼苗中可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和脯氨酸含量均隨土壤含鹽量的增加呈先升高后顯著降低的趨勢(shì)，可能在低鹽條件下，鹽分對(duì)糯玉米種子有一定的引發(fā)作用。在鹽脅迫作用增大時(shí)，玉米幼苗受到損傷，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)下降。本試驗(yàn)中，GA3處理顯著提高了糯玉米幼苗中可溶性糖和可溶性蛋白含量，這與鹽脅迫下赤霉素對(duì)番茄幼苗中可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響結(jié)果一致[17]，也與鹽脅迫下水楊酸對(duì)辣椒幼苗生理特性影響的研究結(jié)果相一致[18]。這表明，GA3處理可以促進(jìn)可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸的積累，這些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成和積累，可以降低細(xì)胞的滲透勢(shì)，提高植物細(xì)胞的吸水能力，減輕逆境脅迫造成的損害[19]。MDA含量降低明顯減輕了氧化損傷程度，這是抵抗鹽脅迫的生理指標(biāo)之一[20]。鹽脅迫可以刺激植物細(xì)胞中活性氧的增加，進(jìn)一步降解植物組織中的蛋白質(zhì)等生物分子。鹽脅迫對(duì)植物組織和細(xì)胞造成氧化損傷[21]。膜脂的氧化使細(xì)胞膜中MDA含量升高，進(jìn)而影響了蛋白質(zhì)的合成[22]。本研究中GA3顯著降低了一定鹽脅迫下糯玉米幼苗中MDA含量，這與王改凈等[23]的研究結(jié)果基本一致，也與張麗麗等[8]在水稻上的研究結(jié)果基本一致。

CAT活性也表現(xiàn)出隨著鹽含量的增加呈先升高后顯著降低的趨勢(shì)，低鹽對(duì)幼苗生理代謝有一定的影響，增加了CAT活性。在高鹽脅迫下，CAT活性顯著降低，玉米幼苗受到損傷。外源赤霉素可通過誘導(dǎo)鹽脅迫下植物中抗氧化酶活性的增強(qiáng)來減輕脅迫傷害。本試驗(yàn)中，外源GA3顯著提高了一定鹽脅迫下糯玉米幼苗的CAT活性和SOD活性。這一結(jié)果與水楊酸能提高鹽脅迫下玉米[24]、大麥[25]和龍葵幼苗[26]中CAT活性和SOD活性的結(jié)果相一致。外源赤霉素能提高鹽脅迫下甜玉米幼苗的CAT活性和SOD活性[11]，提高干旱脅迫下苜蓿幼苗的CAT活性和SOD活性[12]，這些結(jié)果均與本研究結(jié)果相似。一定濃度的赤霉酸能提升植物體內(nèi)多種酶的活性，使處于環(huán)境脅迫下的植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)保持穩(wěn)定，維持植物體的生長(zhǎng)和發(fā) 育[27]，GA3能誘導(dǎo)糯玉米幼苗的CAT活性和SOD活性，降低鹽脅迫造成的膜質(zhì)過氧化程度，從而能提高糯玉米幼苗的耐鹽性。

本研究結(jié)果表明，在含鹽量低于0.50%的鹽脅迫下，GA3能顯著提高糯玉米幼苗的可溶性蛋白含量；含鹽量低于0.65%鹽脅迫下，GA3能顯著提高糯玉米幼苗的可溶性糖含量、脯氨酸含量、CAT活性和SOD活性，也能顯著降低糯玉米幼苗的MDA含量。因此，外源GA3能緩解鹽脅迫對(duì)糯玉米幼苗的傷害，是提升糯玉米幼苗耐鹽性的有效方法之一。噴施外源GA3是在鹽漬化土壤上種植糯玉米的有效措施之一。