外源甜菜堿對(duì)鹽脅迫杜梨種子的萌發(fā)及生理特性研究

DOI：" 10.13855/j.cnki.lygs.2024.05.008

摘" 要：探討5個(gè)濃度0、0.5、1.0、5.0、10.0 mmol/L的外源甜菜堿對(duì)100 mmol/LNaCl脅迫下杜梨種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)及其生理特性的影響，以不添加甜菜堿的處理作為對(duì)照。結(jié)果表明，甜菜堿處理對(duì)鹽脅迫下杜梨種子發(fā)芽、幼苗生長(zhǎng)及生理代謝均有顯著促進(jìn)作用。其中以1.0 mmol/L濃度處理的效果最顯著，杜梨種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、幼苗株高、地上部鮮重、葉片超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶活性、葉綠素含量、凈光合速率均顯著高于對(duì)照和另外3個(gè)濃度處理；丙二醛含量均低于對(duì)照和另3個(gè)處理。

關(guān)鍵詞：杜梨；甜菜堿；鹽脅迫；種子萌發(fā)；生理特性

中圖分類號(hào)：" S661.2" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：" A""" 文章編號(hào)：" 1002-2910（2024）05-0037-04

收稿日期：2024-03-22

*通信作者：曹濤（1968-），男，山東日照人，研究方向?yàn)樯仲Y源管理、森林培育。E-mail：rzlyct@163.com

作者簡(jiǎn)介：劉霞（1982-），女，山東萊蕪人，從事林業(yè)保護(hù)與發(fā)展服務(wù)工作。E-mail：rzlx3696@163.com

Effects of exogenous betaine on the seeds germination and physiological characteristics of Pyrus betulaefolia seedlings

LIU Xia1， CAO Tao2*， YAO Xingang2， ZHOU Xiangyun1， ZHANG De1， LI Yiming2

（1.Donggang District Forestry Protection and Development Service Center， Rizhao， Shandong 276800，China; 2.Rizhao Forestry Protection and Development Service Center， Rizhao， Shandong 276800，China）

Abstract：The effects of five concentrations of exogenous betaine （0， 0.5， 1.0， 5.0， 10.0 mmol/L） on the seeds germination， seedling growth， and physiological characteristics of Pyrus betulaefolia under 100 mmol/L NaCl were investigated， with the treatment without betaine as the control. The results indicated that treatments with exogenous betaine at various concentrations significantly promoted the germination of P. betulaefolia seeds and the aboveground growth of seedlings under salt stress， with the treatment of 1.0 mmol/L betaine showing the most significant impact. The germination rate and germination potential， seedling height， aboveground fresh weight， leaf superoxide dismutase， peroxidase and catalase activities， chlorophyll content， and net photosynthetic rate were significantly higher than those of the control and the other three treatments; while the MDA content was lower than that of the control and the other three treatments.

Key words：Pyrus betulaefolia; betaine; salt stress; seed germination; physiological characteristics

目前中國(guó)耕地面積中鹽漬化土壤面積約占25%［1］，且由于氣候變化和人類活動(dòng)而不斷惡化，土壤鹽脅迫會(huì)影響作物、林木正常的代謝過(guò)程，影響生長(zhǎng)發(fā)育，造成經(jīng)濟(jì)損失［2］。解決土壤鹽漬化問(wèn)題是保護(hù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食安全以及生態(tài)環(huán)境的重要任務(wù)。據(jù)報(bào)道在作物適宜生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期施用外源化學(xué)調(diào)節(jié)物質(zhì)能夠有效提高植物的耐鹽性，達(dá)到提高產(chǎn)量和品質(zhì)的目的［3］。

甜菜堿（Glycine betaine，GB）屬于氨基酸的衍生物，為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對(duì)緩解逆境脅迫具有重要作用［4］。研究表明，外源甜菜堿能夠有效降低鹽脅迫造成的膜損傷，提高農(nóng)作物耐鹽性［5，6］。筆者以杜梨種子為試材［7］，研究不同濃度外源甜菜堿處理的萌發(fā)能力、幼苗生長(zhǎng)及生理特性，為生產(chǎn)實(shí)踐提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

2022年秋季從成熟的杜梨果實(shí)中取出飽滿一致的種子，陰干后裝袋儲(chǔ)藏。2023年2月上旬將飽滿的杜梨種子在水中浸泡24 h后與細(xì)沙按1：1比例混勻置于4 ℃冰箱層積40 d后取出，用10%NaClO溶液浸泡10 min消毒，蒸餾水沖洗干凈，濾紙吸干表面水分待用。甜菜堿由索萊寶公司購(gòu)得，純度≥98%。100 mmol/L NaCl溶液模仿鹽脅迫環(huán)境。

1.2種子萌發(fā)試驗(yàn)

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)。杜梨種子浸種液由5個(gè)濃度甜菜堿液（0、0.5、1.0、5.0、10.0 mmol/L），100 mmol/L NaCl、1/2霍格蘭氏營(yíng)養(yǎng)液（Hoagland）配置而成，以不添加甜菜堿的作為對(duì)照（CK）。將杜梨種子分別在相應(yīng)溶液中浸種24 h，然后均用蒸餾水沖洗干凈。隨后將種子放置于底部用蒸餾水浸潤(rùn)2層濾紙的培養(yǎng)皿中，于25 ℃恒溫箱中培養(yǎng)。每24 h更換1次溶液。每處理60粒種子，重復(fù)3次。

1.2.2測(cè)定指標(biāo)及方法。種子萌發(fā)后3 d，統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)；萌發(fā)7 d天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，測(cè)定芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、發(fā)根數(shù)。種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)參照《國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程》［8］計(jì)算：

發(fā)芽勢(shì)/%=培養(yǎng)3 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100

發(fā)芽率/%=培養(yǎng)7 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100

1.3杜梨苗期生長(zhǎng)試驗(yàn)

1.3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)。取60粒飽滿的杜梨種子，用10% NaClO 溶液浸泡10 min，蒸餾水沖洗干凈后，均勻放入發(fā)芽盒中，加入不同濃度甜菜堿處理液，置25 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。培養(yǎng)28 d后，測(cè)定生長(zhǎng)及生理指標(biāo)，每處理重復(fù)測(cè)定3次。

1.3.2測(cè)定指標(biāo)及方法。①株高及干重株高用尺子測(cè)定，測(cè)定后取地上和地下部，清水沖洗，吸水紙吸凈表面水分用電子天平測(cè)量鮮重，置于105 ℃烘箱0.5 h，再80 ℃烘干至恒重，電子天平稱取干重。②幼苗總根長(zhǎng)、總根表面積采用掃根儀（EPSON Expression 12000 XL ）測(cè)定。③葉片保護(hù)酶超氧化物歧化酶（SOD）活性、過(guò)氧化物酶（POD）活性、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量測(cè)定參照趙世杰［9］的方法。④葉片的光合參數(shù)采用Li－6800便攜式光合－熒光測(cè)量?jī)x（Li－COR，USA）測(cè)定，葉綠素含量用葉綠素儀測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析和Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1甜菜堿對(duì)鹽脅迫下杜梨種子萌發(fā)的影響

不同濃度GB浸種處理對(duì)杜梨種子的根長(zhǎng)無(wú)顯著影響；對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及芽長(zhǎng)影響顯著。4個(gè)濃度GB處理均比對(duì)照顯著提高鹽脅迫下杜梨的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及芽長(zhǎng)；隨GB濃度的增加，杜梨發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及芽長(zhǎng)呈先升后降趨勢(shì)；其中處理1.0 mmol/L處理的效果最好，發(fā)芽率（88.7%）、發(fā)芽勢(shì)（83.2%）及芽長(zhǎng)（7.1 mm）均顯著高于其他處理（表1）。

2.2甜菜堿對(duì)鹽脅迫下杜梨幼苗生長(zhǎng)的影響

如表2，不同濃度GB浸種杜梨在鹽脅迫下的幼苗，其地下鮮重、總根長(zhǎng)、總根表面積3項(xiàng)指標(biāo)均各自無(wú)顯著差異。而株高、地上鮮重、根冠比3項(xiàng)指標(biāo)均各自差異顯著。其4個(gè)濃度GB浸種處理均能顯著降低杜梨幼苗的根冠比，其中1.0 mmol/L處理的根冠比最小，為0.35，比CK降低72%。4個(gè)濃度GB處理對(duì)杜梨的株高、地上鮮重均有顯著提高作用，隨著濃度的提升，作用效果呈先升后降趨勢(shì)，其中處理1.0 mmol/L處理的幼苗株高、地上鮮重均顯著大于對(duì)照CK和另外3個(gè)處理，表明外源甜菜堿能有效緩解鹽脅迫對(duì)杜梨幼苗生長(zhǎng)的影響。

2.3甜菜堿對(duì)鹽脅迫下杜梨葉片保護(hù)酶活性的影響

如表3，不同濃度GB浸種杜梨在鹽脅迫下幼苗葉片的SOD、POD、CAT的活性均比CK顯著提高。隨GB濃度的升高，3種保護(hù)酶的活性呈先升后降趨勢(shì)，其中1.0 mmol/L處理的3種保護(hù)酶活性最高（0.98、198.1、145.5 U/g·min），顯著高于其他處理。

丙二醛（MDA）是衡量逆境下植物細(xì)胞膜損傷的重要指標(biāo)。4個(gè)GB濃度處理的MDA含量（6.57、3.79、5.82、7.03 μmol/g）均顯著低于CK。隨GB濃度的升高，MDA含量呈先降后升趨勢(shì)，其中1.0 mmol/L處理的的MDA含量最低，即細(xì)胞膜受到損傷的程度最小。

2.4甜菜堿對(duì)鹽脅迫下杜梨幼苗葉綠素含量及葉功能的影響

如圖1，不同濃度GB浸種杜梨在鹽脅迫下的幼苗葉片的葉綠素含量和凈光合速率（Pn）較CK顯著提高，隨著GB濃度的增加，作用效果呈先升后降趨勢(shì)，其中處理G2-1.0 mmol/L的效果最顯著，葉綠素含量和凈光合速率Pn較對(duì)照分別增加255.8%、167.9%。說(shuō)明在鹽脅迫下施用外源GB能顯著提高杜梨葉片葉綠素含量和凈光合速率，其中處理G2-1.0 mmol/L的最為顯著。

3小結(jié)與討論

種子萌發(fā)是植物生命的開始，是植物生長(zhǎng)最重要的一個(gè)過(guò)程，但也同樣是最脆弱的階段，非常容易受到外界環(huán)境的影響［9］，提高種子耐鹽性對(duì)鹽堿地農(nóng)業(yè)和林果業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。研究表明，甜菜堿浸種能夠有效緩解鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)的抑制，例如煙草、大麥、千屈菜等［10-12］。范春麗［13］研究發(fā)現(xiàn)，即使沒(méi)有鹽脅迫情況下，經(jīng)過(guò)甜菜堿浸種，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及幼苗胚根和胚軸長(zhǎng)度也顯著增加。本試驗(yàn)采用不同濃度甜菜堿處理杜梨種子，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及芽長(zhǎng)均較對(duì)照有顯著提高，其中1.0 mmol/L濃度效果最顯著。

鹽脅迫下植物失水，啟動(dòng)滲透調(diào)節(jié)，分泌甜菜堿、脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)響應(yīng)鹽脅迫，提高幼苗耐鹽性。本研究用不同濃度GB浸種杜梨，在鹽脅迫下，夠有效提高杜梨幼苗的株高、地上鮮重，對(duì)地下部無(wú)顯著影響，根冠比顯著降低，這與劉麗蘋［14］在大麥上的研究結(jié)果一致。這可能是因?yàn)辂}脅迫下外源甜菜堿增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)作用，保持細(xì)胞內(nèi)水分及吸收外部水分，維持地上部的生長(zhǎng)。

逆境脅迫可誘導(dǎo)SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性升高，保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)免受損傷。但是過(guò)重的鹽脅迫使保護(hù)酶活性下降，自由基積累，細(xì)胞膜系統(tǒng)損傷，MDA含量升高［15，16］。范春麗等［13］研究發(fā)現(xiàn)外源甜菜堿能夠有效提高鹽脅迫下石榴幼苗SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性，降低MDA含量，有效保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)。本研究結(jié)果與之一致。

鹽脅迫導(dǎo)致植物葉片葉綠素含量降低，光合能力減弱［17］。根施外源甜菜堿能夠有效緩解鹽脅迫對(duì)玉米葉片葉綠素的抑制作用［18］。本研究也與之研究結(jié)果一致，用不同濃度甜菜堿處理均可顯著提高杜梨葉片葉綠素含量及凈光合速率，以1.0 mmol/L濃度處理效果最顯著。

綜上，外源甜菜堿與鹽脅迫下杜梨種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)及生理特性緊密相關(guān)。外源甜菜堿處理促進(jìn)鹽脅迫下杜梨種子萌發(fā)；提高幼苗滲透調(diào)節(jié)能力維持自身代謝進(jìn)行，促進(jìn)地上部生長(zhǎng)，提高了鹽脅迫下杜梨幼苗葉片抗氧化酶酶活性，抑制葉綠素降解，降低了膜損傷，維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能的穩(wěn)定性，提高葉片光合功能。不同濃度外源甜菜堿效果不同，1.0 mmol/L甜菜堿效果最為顯著。下一步需要對(duì)不同鹽度處理下甜菜堿的效果進(jìn)行深入研究。

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