鹽堿脅迫下S-誘抗素對(duì)玉米萌發(fā)及生長的影響

張建業(yè) 杜慶志 劉 翔 鄧佳輝 焦 芹 龔 洛 姜興印

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，271018，山東泰安）

玉米（Zea maysL.）為禾本科C4作物，屬于鹽敏感植物，是我國主要的經(jīng)濟(jì)糧食作物[1-2]，但玉米生長易受鹽堿土壤的傷害。鹽堿脅迫對(duì)植物產(chǎn)生的危害主要包括緩慢的滲透脅迫和此后的離子毒害，對(duì)玉米生長的危害主要表現(xiàn)在抑制種子的萌發(fā)[3-4]、減弱玉米的光合作用和呼吸作用[5-7]、損傷質(zhì)膜[8-9]和抑制生長發(fā)育等[10-11]。

鹽堿脅迫下，植物主要通過合成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[12]、提高酶的抗氧化能力[13]、對(duì)離子選擇性吸收[14]、平衡營養(yǎng)、改變代謝類型和調(diào)整生物量的分配等方法來減輕不良環(huán)境對(duì)其生長發(fā)育造成的傷害。S-誘抗素（S-abscisic acid，S-ABA，天然脫落酸）是具有重要生理活性的植物生長調(diào)節(jié)劑之一，其調(diào)節(jié)活性得到了人們的認(rèn)可，在不同時(shí)期應(yīng)用可以提高植物對(duì)溫度[15]、水分[16]、鹽堿[17]、金屬離子和病蟲害等逆境的抗性，減小逆境對(duì)植物機(jī)體的傷害。

S-ABA可通過調(diào)節(jié)多種生理代謝過程提高植物抗逆性，大多數(shù)玉米都具有鹽敏感特性，在鹽堿地種植會(huì)受到很大的限制，嚴(yán)重降低鹽堿地的利用率，采用S-ABA拌種和噴霧處理會(huì)顯著提高玉米的發(fā)芽率以及促進(jìn)幼苗的生長，提高玉米生長過程中的耐鹽堿能力，保證玉米的產(chǎn)量與品質(zhì)，研究S-ABA在鹽堿脅迫下對(duì)玉米生長的影響，對(duì)于豐富提高玉米抗鹽性理論具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)玉米品種為登海605，采購于山東登海種業(yè)股份有限公司，生育期為101d。

試驗(yàn)藥劑：90%S-ABA原藥來自江西新瑞豐生化股份有限公司，經(jīng)本實(shí)驗(yàn)室加工制成0.25%S-ABA懸浮種衣劑。超氧化物歧化酶（SOD）試劑盒（NBT法）和過氧化物酶（POD）試劑盒由蘇州科銘生物技術(shù)有限公司提供。

1.2 供試土壤

供試鹽堿土壤采自山東省德州市樂陵市興隆鎮(zhèn)樂福工業(yè)園（117°13′53.076″E，37°43′53.90″N），類型為濱海鹽化潮土，在中國土壤系統(tǒng)分類中為弱鹽淡色潮濕雛形（parasalie oochni-aquic cambosols）。采集的土壤自然風(fēng)干過60目篩后備用，鹽堿土壤的基本理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)7.69g/kg、全氮0.5g/kg、全磷1.83g/kg、全鉀35.9g/kg、速效氮85.6mg/kg、有效磷14mg/kg、速效鉀186mg/kg、pH 8.72、全鹽含量0.21%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 種子萌發(fā)試驗(yàn) （1）玉米種子用10%NaClO消毒10min，撈出用蒸餾水漂洗干凈表面，晾干。將消毒后的種子置于鋪有2層濾紙的15cm培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿放置玉米種子20粒，重復(fù)3次。設(shè)NaCl濃度分別為 0（CK）、30（Y1）、60（Y2）、90（Y3）、120（Y4）和 150mmol/L（Y5），每個(gè)培養(yǎng)皿加入NaCl溶液20mL，在種子上覆蓋NaCl溶液濕潤的濾紙，置于26℃恒溫培養(yǎng)箱（光照:黑暗=14h:10h）中進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)，按時(shí)觀察并記錄每個(gè)培養(yǎng)皿中種子的發(fā)芽及生長情況。（2）將消毒后的種子浸泡于盛有清水（T0）和不同濃度S-ABA藥液[0（T1）、2（T2）、4（T3）、6（T4）和 8mg/L（T5）]的燒杯中，放入培養(yǎng)箱室溫避光浸泡10h，撈出控干表面水分后放入墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，T1～T5處理的每個(gè)培養(yǎng)皿加入90mmol/L NaCl溶液20mL，在種子上面分別覆蓋用NaCl溶液濕潤的濾紙，置于26℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)，按時(shí)觀察并記錄每個(gè)培養(yǎng)皿中種子的發(fā)芽及生長情況。

1.3.2 鹽堿土盆栽試驗(yàn) 拌種試驗(yàn)共設(shè)置S-ABA 0.5（S3）、1.0（S4）、1.5（S5）、2.0（S6）和 2.5mg/10kg（S7）5個(gè)拌種處理，以及未進(jìn)行拌種處理的正常土壤對(duì)照（S1）和鹽堿土壤對(duì)照（S2）。其中每個(gè)拌種處理的拌種量為1kg玉米，拌勻后放置在陰暗通風(fēng)處晾干備用。播種前挑選均勻飽滿且大小一致的正常玉米種子，播種于寬18cm、高24cm的塑料盆中，每盆播種3粒，放到山東農(nóng)業(yè)大學(xué)科研玻璃溫室中進(jìn)行自然萌發(fā)生長；S-ABA噴霧試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)不同S-ABA噴霧濃度，分別為12.5（S8）、25.0（S9）、50.0（S10）和75.0mg/L（S11），待玉米幼苗長至3葉1心時(shí)進(jìn)行噴霧處理，噴霧處理7d后測定拌種和噴霧處理玉米幼苗的各項(xiàng)生理指標(biāo)。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)設(shè)置5盆。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

發(fā)芽率：每個(gè)處理種植100粒種子，共設(shè)置3個(gè)重復(fù)，播種后7d調(diào)查發(fā)芽種子數(shù)，計(jì)算發(fā)芽率。

用分光光度計(jì)法測定葉綠素含量；用TTC法測定根系活力；用NBT法測定SOD活性；用愈創(chuàng)木酚法測定POD活性；用碘試法比色測定α-淀粉酶活性。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel求其平均值，利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用鄧肯氏新復(fù)極差（DMRT）法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。P＜0.05表示差異顯著，圖中豎線表示標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 S-ABA對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響

2.1.1 不同濃度NaCl處理對(duì)玉米萌發(fā)的影響 由表1可以看出，不同濃度的NaCl處理都會(huì)對(duì)玉米種子的萌發(fā)產(chǎn)生一定的抑制作用，主要體現(xiàn)在延緩種子萌發(fā)，降低發(fā)芽勢和發(fā)芽率，抑制種子幼芽和幼根的伸長和生長，并且降低玉米種子的α-淀粉酶活性，從而減弱玉米種子自身對(duì)鹽脅迫逆境的抗性。在NaCl濃度為0mmol/L的正常環(huán)境下，玉米種子的萌發(fā)及生長情況遠(yuǎn)優(yōu)于其他含NaCl的處理，隨著NaCl濃度的升高對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用愈發(fā)明顯；總體來看，在相鄰2個(gè)濃度變化中，NaCl濃度為60mmol/L和90mmol/L之間各指標(biāo)變化范圍較大，說明玉米萌發(fā)在NaCl濃度為90mmol/L時(shí)受到的逆境脅迫最敏感，所以將NaCl濃度為90mmol/L作為后續(xù)研究S-ABA對(duì)玉米萌發(fā)影響的適宜鹽濃度。

表1 不同濃度NaCl處理對(duì)玉米萌發(fā)的影響Table 1 Effects of different concentrations of NaCl treatments on maize germination

2.1.2 不同濃度S-ABA浸種處理對(duì)玉米萌發(fā)的影響 由表2可知，在NaCl濃度為90mmol/L的鹽脅迫下，與未經(jīng)過S-ABA浸種處理的對(duì)照（T1）相比，T2～T5處理的發(fā)芽率分別增加9.10%、22.73%、29.55%和20.46%，根長分別提高15.40%、33.16%、70.23%和55.87%，芽長分別提高34.58%、54.35%、97.69%和79.21%，根鮮重分別提高36.13%、61.34%、112.61%和86.55%，芽鮮重分別提高39.13%、95.65%、136.23%和113.04%，α-淀粉酶活性分別提高18.40%、45.40%、83.33%和67.82%。當(dāng)S-ABA浸種濃度為6mg/L時(shí)效果最佳，玉米萌發(fā)的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長芽長、根芽鮮重和α-淀粉酶活性達(dá)到最大，與其他處理有顯著差異。

表2 不同濃度S-ABA處理對(duì)玉米萌發(fā)的影響Table 2 Effects of different concentrations of S-ABA on maize germination

2.2 S-ABA拌種處理對(duì)玉米萌發(fā)生長及生理生化的影響

2.2.1 對(duì)玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的影響 由表3可知，與種子未經(jīng)處理的鹽堿土壤對(duì)照（S2）相比，經(jīng)過S-ABA拌種處理后玉米種子的抗鹽堿能力顯著提高，主要表現(xiàn)在發(fā)芽勢和發(fā)芽率的提高、促進(jìn)幼苗株高和根長的生長以及地上部分和地下部分的生長等方面，且在一定范圍內(nèi)隨著S-ABA拌種濃度的提升，促進(jìn)效果呈先上升后減弱的趨勢。其中S-ABA拌種濃度為2.0mg/10kg時(shí)的效果最佳，發(fā)芽勢達(dá)到了70.00%，發(fā)芽率為91.67%，株高增長25.35%，根長增加31.17%，地上和地下鮮重分別增加37.98%和45.70%。

表3 S-ABA拌種處理對(duì)玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的影響Table 3 The effect of S-ABA seed dressing treatment on maize seed germination and seedling growth

2.2.2 對(duì)玉米幼苗根活力和葉綠素含量的影響由圖1可知，不同S-ABA濃度拌種處理的根系活力分別為23.36、26.03、26.84、29.17和27.57μg/(h·g)，與對(duì)照（S2）相比，根系活力分別提高了46.54%、63.30%、68.39%、83.00%和72.95%，差異顯著，其中S-ABA拌種濃度為2.0mg/10kg時(shí)的效果最佳。正常土壤下種子未經(jīng)處理的對(duì)照（S1）的葉綠素含量為5.42mg/kg，種子未經(jīng)過處理的鹽堿土壤對(duì)照（S2）的葉綠素含量為2.95mg/kg。與S2處理相比，經(jīng)過S-ABA拌種后的葉片葉綠素含量顯著提升，分別是S2處理的1.32、1.39、1.64、1.70和1.66倍，處理之間差異顯著，其中S-ABA拌種濃度為2.0mg/10kg時(shí)效果最佳。

圖1 S-ABA拌種處理對(duì)玉米幼苗根活力和葉綠素含量的影響Fig.1 The effects of S-ABA seed dressing treatment on maize seedling root vigor and chlorophyll content

2.2.3 對(duì)玉米幼苗抗氧化酶活性的影響 由圖2可以看出，受鹽堿脅迫的影響，玉米幼苗根部、葉片的SOD和POD活性都有所提高，S2處理玉米幼苗葉片和根部的SOD活性達(dá)到了146.52和146.73U/(min·g)，與S2處理相比，經(jīng)過S-ABA拌種后的玉米幼苗葉片的SOD活性分別提高了28.16%、36.11%、51.06%、85.01%和71.79%，幼苗根部的SOD活性分別提高了16.89%、24.84%、36.06%、58.74%和49.15%，差異顯著；S2處理玉米幼苗葉片和根部的POD活性達(dá)到了7566.67、6566.67U/(min·g)，與S2處理相比，經(jīng)過S-ABA拌種后的玉米幼苗葉片的POD活性分別提高了14.18%、21.15%、28.72%、36.83%和32.95%，幼苗根部的POD活性分別提高了64.67%、70.36%、76.24%、94.82%和80.61%，差異顯著。

圖2 S-ABA拌種處理對(duì)玉米幼苗抗氧化酶活性的影響Fig.2 The effects of S-ABA seed dressing treatment on root vigor and chlorophyll content of maize seedlings

2.3 S-ABA噴霧處理對(duì)玉米幼苗生長及生理生化的影響

2.3.1 對(duì)玉米幼苗根活力和葉綠素含量的影響由圖3可知，不同S-ABA濃度噴霧處理的根系活力分別為 19.34、20.97、24.28和 24.32μg/(h·g)，與S2處理相比，根系活力分別提高了21.34%、31.53%、52.31%和52.58%，差異顯著，其中S-ABA噴霧濃度為50和75mg/L時(shí)的效果最佳；不同S-ABA濃度噴霧處理的葉綠素含量分別為3.94、4.11、4.57和4.31mg/kg，與S2處理相比，經(jīng)過S-ABA噴霧后的葉片葉綠素含量顯著提升，分別是S2處理的1.33、1.39、1.55和1.46倍，處理之間差異顯著，其中S-ABA噴霧濃度為50mg/L時(shí)的效果最佳。

圖3 S-ABA噴霧處理對(duì)玉米幼苗根活力和葉綠素含量的影響Fig.3 The effects of spraying treatment with S-ABA on root vigor and chlorophyll content of maize seedlings

2.3.2 對(duì)玉米幼苗抗氧化酶活性的影響 由圖4可以看出，與S2處理相比，經(jīng)過S-ABA噴霧處理后的玉米幼苗葉片的SOD活性分別提高了33.31%、46.08%、70.80%和54.47%，幼苗根部的SOD活性分別提高了20.76%、30.93%、51.10%和38.21%，差異顯著。玉米幼苗葉片的POD活性分別提高了4.90%、9.44%、113.97%和10.64%，幼苗根部的POD活性分別提高了42.13%、50.15%、58.88%和51.57%，差異顯著。

圖4 S-ABA噴霧處理對(duì)玉米幼苗抗氧化酶活性的影響Fig.4 The effects of spraying treatment with S-ABA on the antioxidant enzyme activity of maize seedlings

2.4 S-ABA拌種和噴霧混合處理對(duì)玉米生理生化指標(biāo)的影響

2.4.1 對(duì)玉米根活力和葉綠素含量的影響 由圖5可知，不同S-ABA濃度拌種+噴霧混合處理的根系活力分別為 30.00、30.84、28.64 和 29.73μg/(h·g)，與S2處理相比，根系活力分別提高了86.94%、92.13%、78.42%和85.21%，差異顯著，其中S-ABA 2.0mg/10kg拌種+50mg/L噴霧時(shí)的效果最佳；不同S-ABA濃度拌種+噴霧處理的葉綠素含量分別為5.24、5.46、5.03和5.30mg/kg，與S2處理相比，經(jīng)過S-ABA拌種+噴霧后的葉片葉綠素含量明顯提升，分別是S2處理的1.72、1.80、1.65和1.74倍，處理之間差異顯著，其中S-ABA 2.0mg/10kg拌種+50mg/L噴霧時(shí)的效果最佳。

圖5 S-ABA拌種和噴霧混合處理對(duì)玉米根系活力和葉綠素含量的影響Fig.5 The effects of seed dressing and spray mixing with SABA on root vigor and chlorophyll content of maize

2.4.2 對(duì)玉米幼苗抗氧化酶活性的影響 由圖6可以看出，與S2處理相比，經(jīng)過S-ABA拌種+噴霧處理后的玉米幼苗葉片的SOD活性分別提高了76.67%、86.71%、64.73%和72.39%，幼苗根部的SOD活性分別提高了61.29%、70.35%、53.60%和57.83%，差異顯著；玉米幼苗葉片的POD活性分別提高了39.17%、51.20%、25.62%和10.64%，幼苗根部的POD活性分別提高了44.17%、51.88%、34.52%和39.83%，差異顯著。

圖6 S-ABA拌種和噴霧處理對(duì)玉米幼苗抗氧化酶活性的影響Fig.6 Effects of S-ABA seed dressing and spray treatment on the antioxidant enzyme activities of maize seedlings

3 討論

種子時(shí)期是玉米抗鹽堿能力最弱、但也是最重要的時(shí)期之一。鹽堿脅迫會(huì)抑制種子的萌發(fā)，且隨著鹽堿程度的不斷加深，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和種子活性等方面會(huì)受到不同程度的抑制，這與彭云玲等[18]的研究結(jié)果一致；外源生長調(diào)節(jié)物質(zhì)可促進(jìn)種子萌發(fā)早期的多種代謝途徑[19]，同時(shí)還能調(diào)控植物形態(tài)，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

脫落酸作為鹽堿脅迫下的重要信號(hào)因子，是植物逆境環(huán)境的調(diào)控物質(zhì)之一，對(duì)作物脅迫抗性誘導(dǎo)起到關(guān)鍵作用[20]，經(jīng)過S-ABA拌種和噴霧處理都能顯著促進(jìn)玉米幼苗的生長，主要表現(xiàn)在根長和株高的增長，地上和地下部分重量的增加，有效緩解了鹽堿脅迫對(duì)幼苗生長帶來的影響。

光合作用是植物應(yīng)對(duì)鹽堿脅迫的最敏感過程之一，是評(píng)定植物抗鹽堿脅迫的重要指標(biāo)[21]，同時(shí)玉米在遭受鹽堿脅迫后體內(nèi)會(huì)生成大量的活性氧，SOD和POD等活性代表著植物清除活性氧的能力[22]，本試驗(yàn)中經(jīng)過S-ABA拌種和噴霧處理后都可以提升玉米幼苗葉片的SOD和POD活性以及葉綠素含量，保證鹽堿脅迫下玉米幼苗正常的光合作用。

4 結(jié)論

隨著NaCl濃度的遞增，玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、根芽鮮重及長度和α-淀粉酶活性均受到了明顯抑制，應(yīng)用不同濃度的S-ABA浸種處理都會(huì)對(duì)玉米種子的萌發(fā)產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用，其中S-ABA浸種濃度為6mg/L時(shí)效果最突出；在玉米幼苗階段提高抗鹽堿能力方面，S-ABA能夠通過提高抗氧化酶活性減緩鹽堿脅迫對(duì)幼苗生長的傷害，提高幼苗的光合作用和根系活力，其中SABA拌種處理的效果要優(yōu)于噴霧處理，并且在S-ABA 2.0mg/10kg拌種+50mg/L噴霧混合處理時(shí)效果最佳。