外源油菜素內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下番茄種子萌發(fā)的影響

楊文文，劉媛，聶書明

（西華師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川 南充 637000）

土壤鹽漬化是全世界普遍現(xiàn)象之一，鹽毒害作用破壞細(xì)胞質(zhì)的膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞膜透性功能下降，影響其正常生理功能，致使作物產(chǎn)量下降，品質(zhì)降低[1-2]。開發(fā)利用鹽堿地，提高作物耐鹽性是世界一大難題。油菜素內(nèi)酯（Brassinosteroids，BR）又名蕓薹素內(nèi)酯，作用機(jī)理類似生長(zhǎng)素，可調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育、免疫等一系列生理過程[3]。BR具有增強(qiáng)植物在干旱[4]、鹽[5]、高溫[6]、弱光[7]等逆境環(huán)境下生物活性的特性，緩解環(huán)境脅迫程度。目前研究表明，油菜素內(nèi)酯能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的滲透勢(shì)，維持細(xì)胞膜功能穩(wěn)定；促進(jìn)茄子生物量積累，提高脯氨酸和可溶性糖含量；提高抗氧化酶（POD、SOD等）活性，有效緩解或避免膜脂的過氧化程度，丙二醛（MDA）含量下降；還可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)，從而對(duì)脅迫環(huán)境造成的影響有較好的緩解作用，具體表現(xiàn)為種子發(fā)芽率提高[8-9]。關(guān)于BR對(duì)鹽脅迫下番茄的影響，有研究利用水培法探索油菜素內(nèi)酯對(duì)Ga2+與Na+共同逆境下番茄幼苗調(diào)控效應(yīng)，進(jìn)一步證實(shí)適當(dāng)添加外源BR能夠增強(qiáng)鹽脅迫下滲透調(diào)節(jié)能力，緩解鹽害效果，促進(jìn)其生長(zhǎng)[10]。外源油菜素內(nèi)酯（EBR）對(duì)鹽脅迫下番茄種子萌發(fā)過程影響及相關(guān)生理指標(biāo)調(diào)控機(jī)制的研究報(bào)道較少。番茄屬于喜光喜溫、短日照植物，是栽培的主要蔬菜種類之一。該研究在鹽脅迫下，以‘合作903’番茄種子為試驗(yàn)材料，以NaCl溶液模擬鹽脅迫環(huán)境進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)，探究EBR對(duì)NaCl脅迫下番茄種子萌發(fā)、滲透調(diào)節(jié)及抗氧化酶系統(tǒng)的影響，為土壤鹽漬化地區(qū)種植番茄提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料選擇‘合作903’番茄種子（購于上海長(zhǎng)種番茄種業(yè)有限公司），2，4-表油菜素內(nèi)酯（2，4-epibrassinolide，EBR）（購自上海源葉生物技術(shù)有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。隨機(jī)選取無病害、大小一致且顆粒飽滿的種子，消毒后置于滅菌的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿均勻分布50粒種子，3個(gè)重復(fù)，光照培養(yǎng)箱16 h光照，8 h黑暗，25℃，相對(duì)濕度70%，7 d為一周期觀察長(zhǎng)勢(shì)、株高、根長(zhǎng)，稱量鮮重。每天定時(shí)補(bǔ)充處理液，保證各培養(yǎng)皿濃度不變，記錄發(fā)芽粒數(shù)。試驗(yàn)分為2個(gè)階段處理：①第1階段，進(jìn)行NaCl溶液濃度篩選試驗(yàn)，設(shè)定6個(gè)處理，處理液為：CK（蒸餾水），25、50、75、100、150 mmol/L NaCl溶液，然后進(jìn)行對(duì)EBR溶液濃度的篩選試驗(yàn)，共設(shè)定5個(gè)處理，分別為：CK（蒸餾水）、0.01、0.1、1、10μmol/L的EBR溶液。②第2階段，根據(jù)第1階段試驗(yàn)結(jié)果篩選出抑制效果較明顯的溶液，進(jìn)一步篩選出EBR溶液對(duì)NaCl處理緩解效果最好的濃度，設(shè)定4個(gè)處理：CK處理（含蒸餾水）、EBR處理（含0.01μmol/L的EBR溶液）、NaCl處理（含75 mmol/L NaCl溶液）、NaCl+EBR處理（含75 mmol/L NaCl溶液和0.01 μmol/L的EBR溶液）。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)。①發(fā)芽指標(biāo)，種子萌發(fā)以種子突破種皮露白為基準(zhǔn)，根據(jù)發(fā)芽粒數(shù)計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)；發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)是在相應(yīng)天數(shù)內(nèi)所有萌發(fā)量與試驗(yàn)使用種子總粒數(shù)的比率，萌發(fā)勢(shì)第3天測(cè)得，發(fā)芽率第7天測(cè)得；②生長(zhǎng)指標(biāo)，芽苗全長(zhǎng)用直尺測(cè)量，電子天平稱量鮮重；③生理生化指標(biāo)，采用蘇州格銳思生物科技公司的試劑盒測(cè)定可溶性蛋白含量、過氧化氫酶（CAT）、過氧化酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）等生理生化指標(biāo)；參考Campos等（2003）測(cè)量MDA含量；參考Bastes等（1973）測(cè)量脯氨酸含量；采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單項(xiàng)因素方差分析，用Duncan’s多重比較進(jìn)行差異顯著性分析（P<0.05），數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。

2 結(jié)果

2.1 不同濃度的NaCl處理對(duì)番茄種子萌發(fā)的影響

從表1可以看出，隨著NaCl濃度逐漸升高，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、芽苗全長(zhǎng)、鮮質(zhì)量均呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。25 mmol/L和50 mmol/L NaCl顯著抑制了發(fā)芽勢(shì)、芽苗全長(zhǎng)、鮮質(zhì)量。75 mmol/L NaCl處理顯著抑制種子萌發(fā)，100 mmol/L NaCl處理使發(fā)芽率和芽苗全長(zhǎng)下降幅度過大，而150 mmol/L NaCl處理使種子完全不萌發(fā)，因此，選擇中等脅迫濃度75 mmol/L作為NaCl的試驗(yàn)濃度。

表1 不同濃度NaCl處理對(duì)番茄種子萌發(fā)的影響

2.2 不同濃度EBR處理對(duì)75 mmol/L NaCl脅迫下番茄種子萌發(fā)的影響

從表2可以看出，在75 mmol/L NaCl濃度模擬的鹽脅迫條件下，隨著EBR處理濃度的不斷增加，番茄種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及鮮質(zhì)量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，而芽苗全長(zhǎng)呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。在75 mmol/L NaCl處理下，10μmol/L EBR處理使種子完全不萌發(fā)；1 μmol/L EBR的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及鮮質(zhì)量均低于單獨(dú)75 mmol/L NaCl處理，無緩解作用；0.1 μmol/L的EBR處理發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均高于單獨(dú)75 mmol/L NaCl處理，但芽苗全長(zhǎng)和鮮質(zhì)量均顯著低于單獨(dú)75 mmol/L NaCl處理；而0.01 μmol/L的EBR處理發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及鮮質(zhì)量均高于單獨(dú)75 mmol/L NaCl處理，故選擇0.01 μmol/L為EBR的試驗(yàn)濃度。

表2 不同濃度EBR處理對(duì)75 mmol/L NaCl脅迫下番茄種子萌發(fā)的影響

2.3 外源EBR對(duì)NaCl脅迫下番茄種子萌發(fā)的影響

從表3可以看出，在75 mmol/L NaCl模擬鹽脅迫條件下，番茄種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、芽苗全長(zhǎng)和鮮質(zhì)量較CK均顯著降低，而NaCl和EBR共同處理的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和鮮質(zhì)量顯著高于NaCl處理，分別增加了73.3%、17.55%和15.54%，說明NaCl模擬鹽脅迫條件下，加入外源EBR顯著緩解了鹽脅迫下種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及鮮質(zhì)量的下降幅度。

表3 外源EBR對(duì)NaCl脅迫下番茄種子萌發(fā)的影響

2.4 外源EBR對(duì)NaCl脅迫下番茄種子萌發(fā)生理特征的影響

2.4.1 對(duì)可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響。從圖1可以看出，CK與EBR處理之間番茄種子的可溶性糖和可溶性蛋白含量無顯著差異。與CK相比，NaCl處理下番茄種子可溶性糖、可溶性蛋白含量都顯著增加；與NaCl處理相比，NaCl+EBR處理番茄種子的可溶性糖含量降低了9.03%，而NaCl+EBR處理番茄種子的可溶性蛋白含量增加14.96%，達(dá)到顯著性差異。

圖1 外源油菜素內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下番茄種子可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

2.4.2 對(duì)脯氨酸（Pro）含量及活性氧水平的影響。從圖2可以看出，與CK相比，NaCl和NaCl+EBR處理下番茄種子Pro含量都顯著升高，而且NaCl處理比CK增加了110倍；與NaCl處理相比，NaCl+EBR處理下Pro含量降低了30.26%。75 mmol/L NaCl處理使番茄種子內(nèi)和H2O2含量顯著增高，與CK相比，NaCl處理下番茄種子H2O2含量增加近2倍，產(chǎn)生速率提高94.66%。75 mmol/L NaCl脅迫下，添加0.01μmol/L的EBR顯著降低了番茄種子內(nèi)和H2O2含量，與NaCl處理相比，NaCl+EBR處理番茄種子內(nèi)H2O2含量降低18.22%，產(chǎn)生速率下降了27.48%。

圖2 外源油菜素內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下番茄幼芽脯氨酸、和H2O2含量 的 影 響

2.4.3 對(duì)MDA和抗氧化酶活性的影響。從圖3可以看出，75 mmol/L NaCl處理使番茄種子內(nèi)MDA含量顯著增加，而添加0.01μmol/L的EBR顯著降低了MDA含量；與NaCl處理相比，NaCl+EBR處理番茄種子內(nèi)MDA含量降低了26.76%。75 mmol/L NaCl處理顯著提高了番茄種子內(nèi)SOD和POD活性，而顯著降低了CAT活性。與CK相比，NaCl處理下番茄種子內(nèi)SOD和POD活性分別提高了38.74%和57.87%，CAT活性下降了48.96%。75 mmol/L NaCl脅迫下，添加0.01μmol/L的EBR顯著提高番茄種子內(nèi)SOD、POD和CAT活性，與NaCl處理相比，NaCl+EBR處理番茄種子內(nèi)SOD、POD和CAT活性分別增強(qiáng)了17.98%、17.49%和36.48%。

圖3 外源油菜素內(nèi)酯對(duì)鹽脅迫下番茄種子丙二醛含量、抗氧化酶活性的影響

3 討論

番茄屬于喜溫蔬菜，在我國以設(shè)施栽培為主。植物種子在萌發(fā)過程中易受鹽堿地環(huán)境影響，鹽分影響根部水分吸收和種子正常萌發(fā)，其與正常生長(zhǎng)種子相比明顯受到抑制。該試驗(yàn)結(jié)果表明，通過添加外源EBR于75 mmol/L NaCl脅迫環(huán)境中，明顯緩解了番茄種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育遭受的抑制，提高了發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、芽苗全長(zhǎng)和鮮質(zhì)量等各項(xiàng)生物指標(biāo)，這與侯會(huì)云[11]、吳海霞等[12]在水稻、茄子上的研究結(jié)果一致。

植物在逆境環(huán)境下通過調(diào)節(jié)滲透系統(tǒng)適應(yīng)周圍環(huán)境，保持滲透平衡，以緩解逆境對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育造成的影響。試驗(yàn)中75 mmol/L NaCl溶液處理后可溶性蛋白、可溶性糖以及脯氨酸含量增加，植株在鹽脅迫環(huán)境下啟動(dòng)自身防御機(jī)制，體內(nèi)發(fā)生滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累，這與王丹等[13]的研究結(jié)果一致。NaCl溶液處理中添加外源EBR降低番茄體內(nèi)可溶性糖和脯氨酸含量，這與寇江濤[14]的研究結(jié)果一致，表明外源EBR可調(diào)節(jié)植物體內(nèi)可溶性糖、脯氨酸等滲透物質(zhì)累積，進(jìn)而提高植株耐鹽性。試驗(yàn)表明75 mmol/L NaCL溶液處理番茄種子MDA含量和活性氧水平（、H2O2）都顯著增加，添加外源EBR于NaCl處理中，顯著降低，表明EBR有效清除了活性氧，減輕植物傷害。同時(shí)植物體內(nèi)擁有自身清除活性氧系統(tǒng)，由抗氧化酶和抗氧化物質(zhì)組成，能夠反映植物抗性強(qiáng)弱[15]，試驗(yàn)表明添加0.01 μmol/L的EBR溶液于75 mmol/L NaCl溶液處理下，顯著提高番茄種子內(nèi)抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性，降低了活性氧水平（、H2O2）和MDA含量，這與王文靜等[16]的研究結(jié)果一致。

4 小結(jié)

添加外源EBR有效緩解了番茄種子萌發(fā)過程中Na-Cl溶液模擬的鹽脅迫傷害程度，具體表現(xiàn)為促進(jìn)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)。同時(shí)，EBR增加了植物體內(nèi)可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等滲透物質(zhì)含量，維持了滲透平衡，也增強(qiáng)了抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性，降低了膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量和活性氧水平，從而有效增強(qiáng)番茄種子萌發(fā)和生長(zhǎng)過程中的耐鹽性。