外源GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根種子萌發(fā)及幼苗生理生化指標(biāo)的影響①

楊 彬，張文斌，李翊華，陳修斌，黃若屏，張 榮

(1 河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅張掖 734000；2 張掖市經(jīng)濟(jì)作物技術(shù)推廣站，甘肅張掖 734000)

外源GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根種子萌發(fā)及幼苗生理生化指標(biāo)的影響①

楊 彬1，張文斌2*，李翊華1，陳修斌1，黃若屏1，張 榮2

(1 河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅張掖 734000；2 張掖市經(jīng)濟(jì)作物技術(shù)推廣站，甘肅張掖 734000)

以板藍(lán)根品種安徽亳州種為試材，在100 mmol/L NaCl 鹽脅迫處理下，研究了外源 GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根種子萌發(fā)及幼苗生理生化指標(biāo)的影響。結(jié)果表明：當(dāng)外源 GA3的濃度達(dá)到 100 mg/L 時(shí)，板藍(lán)根種子萌芽能力和幼苗生長(zhǎng)表現(xiàn)最優(yōu)；同時(shí)，幼苗光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間 CO2濃度的數(shù)值最大，分別為 CO25.53 μmol/(m2·s)、0.56 mmol/(m2·s)、H2O 216 mmol/(m2·s) 和 287 mg/L；幼苗葉片中 MDA 含量達(dá)最低，而 POD 和 SOD 活性最高，其值分別為 0.336 μmol/g FW、26.65 U/(g·min) FW 和 272.53 U/(g·min) FW，可有效緩解鹽脅迫對(duì)板藍(lán)根種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)造成傷害。

外源 GA3；板藍(lán)根；種子萌發(fā)；幼苗生理生化指標(biāo)

板藍(lán)根 (Radix isatidis)，學(xué)名菘藍(lán) (Isatis indigoticaFort.) 為十字花科二年生草本植物，其根為中藥板藍(lán)根，功能為清熱、解毒、涼血，是我國(guó)傳統(tǒng)中藥[1]。張掖市地處河西走廊中部，境內(nèi)光照充足，降水稀少，氣候干燥，晝夜溫差大，是板藍(lán)根種植的優(yōu)勢(shì)區(qū)域，至 2015年栽培面積已達(dá)到 1.1 萬(wàn) hm2，年產(chǎn)值 5億多元[2]，種植板藍(lán)根已成為農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè)。近年來(lái)，隨著土壤復(fù)種指數(shù)的增加，加之大水大肥的投入，土壤鹽分聚集造成不同程度的次生鹽漬化，土壤次生鹽漬化的產(chǎn)生，導(dǎo)致板藍(lán)根產(chǎn)量和品質(zhì)下降、生產(chǎn)效益不高等問(wèn)題，這嚴(yán)重制約本區(qū)板藍(lán)根產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)高效發(fā)展。

赤霉素 (GA3) 作為一種光譜生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛利用，其顯著的作用就是促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，主要是通過(guò)細(xì)胞數(shù)目的增加和細(xì)胞的伸長(zhǎng)來(lái)完成[3]。目前，有關(guān)赤霉素對(duì)作物生長(zhǎng)影響的研究方面，張永芳等[4]研究了外源赤霉素對(duì)鹽脅迫下谷子種子萌發(fā)的影響；李萍等[5]研究了外源赤霉素對(duì)鹽脅迫下鹽角草種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響；李翊華等[6]研究了鹽脅迫下赤霉素對(duì)黃瓜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，而有關(guān)外源赤霉素緩解板藍(lán)根鹽脅迫的研究至今尚未見(jiàn)系統(tǒng)報(bào)道。因此，研究板藍(lán)根耐鹽機(jī)理，對(duì)板藍(lán)根耐鹽品種的培育和選擇都具有重要的理論指導(dǎo)意義。

為探明鹽脅迫下板藍(lán)根耐鹽性的生理機(jī)理，本研究以板藍(lán)根種子和幼苗為試材，分析不同濃度的外源赤霉素處理板藍(lán)根種子后對(duì)其種子萌發(fā)及幼苗生理生化指標(biāo)的影響，旨在為板藍(lán)根耐鹽的化學(xué)調(diào)控和緩解鹽害對(duì)板藍(lán)根的傷害提供理論研究基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2015年10—12月在河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院進(jìn)行。供試的板藍(lán)根品種安徽亳州種，由民樂(lè)縣六壩中藥材專(zhuān)業(yè)合作社提供。GA3由上海中秦化學(xué)試劑有限公司出品，NaCl由天津市盛奧化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理，分別為CK1 (H2O)、CK2 (100 mmol/L NaCl)、A1 (50 mg/L GA3+ 100 mmol/L NaCl)、A2 (100 mg/L GA3+100 mmol/L NaCl)、A3 (150 mg/L GA3+100 mmol/L NaCl)、A4 (200 mg/L GA3+100 mmol/L NaCl)；每個(gè)處理采用直徑9 cm的培養(yǎng)皿，用清水沖洗干凈后平放二層濾紙，分別加入以上處理液 10 ml 將濾紙浸透；然后選擇籽粒飽滿(mǎn)的板藍(lán)根種子，用w= 10% 次氯酸溶液將種子消毒 10 min，再用清水沖洗后，各培養(yǎng)皿中均勻放入50 粒種子，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 不同濃度外源 GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根種子萌發(fā)影響 將不同處理的培養(yǎng)皿置于 20℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，每天各處理補(bǔ)充15 ml蒸餾水保持濾紙濕潤(rùn)，以補(bǔ)充蒸發(fā)的水分，并統(tǒng)計(jì)其萌芽數(shù)，記錄 7 天，計(jì)算種子萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)。

1.3.2 不同濃度外源 GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根幼苗生長(zhǎng)影響 第 8 天將各處理萌發(fā)的種子，按照株行距分別5 cm的規(guī)格栽植到規(guī)格為長(zhǎng)19 cm、寬13 cm、高12 cm的發(fā)芽盒內(nèi)，發(fā)芽盒內(nèi)放置5 cm厚的細(xì)沙，各發(fā)芽盒內(nèi)注入6個(gè)不同處理液250 ml至沙浸透為止，每處理重復(fù)3次；然后置于人工氣候室內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，溫度控制白天20℃、夜間15℃，光照和黑暗時(shí)數(shù)設(shè)定每天各12 h，待幼苗緩苗后，澆灌1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，每隔 3 天澆營(yíng)養(yǎng)液一次，幼苗長(zhǎng)到四葉一心時(shí)測(cè)定生態(tài)與生理生化指標(biāo)。

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 種子萌發(fā)測(cè)定 第 4 天計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，第 7天測(cè)定發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。發(fā)芽勢(shì)(GE)＝4天內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；發(fā)芽率(GP)＝全部發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù)×100%；發(fā)芽指數(shù)(GI)＝Σ(Gt/Dt)，其中，Gt為t時(shí)間內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽時(shí)間 (d)。

1.4.2 形態(tài)和生理生化指標(biāo)測(cè)定 當(dāng)幼苗長(zhǎng)到四葉一心時(shí)，測(cè)定株高、最大葉長(zhǎng)、最大葉寬、植株鮮重。每個(gè)處理隨機(jī)選擇3株，每株選擇向陽(yáng)第2片真葉，用 TPS-2便攜式光合儀測(cè)定光合速率 (Pn)、氣孔導(dǎo)度 (Gs)、細(xì)胞間隙 CO2濃度 (Ci) 及蒸騰速率(Tr)。各處理選取第二片完全展開(kāi)的真葉，參照李合生[7]的方法測(cè)定生化指標(biāo)，丙二醛 (MDA) 含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸法，超氧化物歧化酶 (SOD) 活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑 (NBT) 法，過(guò)氧化物酶 (POD)活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚氧化法。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有處理每次測(cè)定重復(fù)3次，數(shù)據(jù)為3次測(cè)定的平均值。采用 Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)整理和作圖，采用DPS v 9.05處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根種子萌發(fā)影響

從表1可以看出，鹽脅迫 (CK2) 處理的板藍(lán)根種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)明顯低于處理 CK1 (清水)，說(shuō)明鹽脅迫抑制了板藍(lán)根種子的萌發(fā)；同時(shí)隨著添加外源 GA3濃度的增大，處理 A1、A2、A3和A4的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)先增大而后變小的規(guī)律，當(dāng)加入外源GA3的濃度在50 mg/L和150 mg/L時(shí)，對(duì)鹽脅迫的緩解效果比較明顯；當(dāng)外源GA3的濃度達(dá)100 mg/L時(shí)，其緩解效果最佳，比處理CK2的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)分別高出7.55%、17.87% 和7.38；當(dāng)外源GA3的濃度超過(guò)150 mg/L時(shí)，其發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)顯著降低。

表1 外源GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根種子萌發(fā)影響(n= 3)Table 1 Effects of exogenous GA3on seed germination ofRadix isatidisunder salt stress

2.2 外源GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根幼苗生長(zhǎng)影響

CK1處理的板藍(lán)根幼苗在株高、最大葉長(zhǎng)、最大葉寬和植株鮮重等性狀的表現(xiàn)上明顯高于 CK2，分別高出2.89 cm、3.04 cm、0.65 cm和1.30 g (表2)。在鹽脅迫條件下，加入外源 GA3的各處理幼苗在生長(zhǎng)的形態(tài)指標(biāo)上呈現(xiàn)不同程度的差異，以處理 A2表現(xiàn)最優(yōu)秀，明顯高于其他處理，比CK2在株高、最大葉長(zhǎng)、最大葉寬和植株鮮重等性狀方面上分別提高了34.05%、37.67%、37.16% 和42.77%，差異達(dá)顯著水平 (P<0.05)。當(dāng)加入外源 GA3的濃度在150 mg/L以上時(shí)，幼苗生長(zhǎng)受到抑制，以處理 A4的幼苗株高、最大葉長(zhǎng)、最大葉寬和植株鮮重最為明顯，脅迫嚴(yán)重。

表2 外源GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根幼苗生長(zhǎng)影響Table 2 Effects of exogenous GA3on the growth of seedlings ofRadix isatidisunder salt stress

2.3 外源GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根幼苗光合特性影響

鹽脅迫下 (CK2) 板藍(lán)根幼苗光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間 CO2濃度與無(wú)鹽處理 (CK1) 相比下降了39.84%、46.15%、35.37% 和28.50% (圖1)；加入不同濃度外源 GA3的各處理，其光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間 CO2濃度的數(shù)值變化與鹽脅迫下的處理 (CK2) 相比，變化規(guī)律相似，均表現(xiàn)為隨著加入外源GA3濃度的增加其值先大后小，當(dāng)GA3濃度為100 mg/L時(shí)其值最大，分別為CO25.53 μmol/(m2·s)、0.56 mmol/(m2·s)、H2O 216 mmol/(m2·s) 和287 mg/L，當(dāng)GA3濃度超過(guò)150 mg/L時(shí)，其值又隨之下降；這表明在鹽脅迫環(huán)境下，加入一定濃度的外源 GA3可緩解鹽害對(duì)板藍(lán)根幼苗生長(zhǎng)的抑制作用，以 GA3濃度在100 mg/L為最佳。

圖1 外源GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根幼苗光合特性影響Fig. 1 Effects of exogenous GA3on seedling photosynthetic characteristics ofRadix isatidisunder salt stress

2.4 外源 GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根幼苗葉片 MDA含量的影響

從圖 2 可以看出，在鹽脅迫的處理 (CK2) 板藍(lán)根幼苗葉片中 MDA 含量最高，分別比 CK1、A1、A2、A3 和 A4 高出 0.263、0.619、0.678 和 0.499 μmol/g FW；而在鹽脅迫下加入外源 GA3的各處理與 CK2 相比，MDA 的含量均有所下降，分別降低了 61.05%、66.86%、49.21% 和 22.99%，以加入外源 GA3的濃度在 100 mg/L 時(shí)的 A2 處理降低的幅度最大，同時(shí) A2與 CK1 相比 MDA 的含量降低 31.42%，說(shuō)明在本試驗(yàn)條件下，在鹽脅迫環(huán)境中加入不同濃度的外源 GA3后均能緩解植株受到脅迫后的傷害，以外源 GA3濃度在 100 mg/L 時(shí)的處理 A2 緩解傷害的能力最強(qiáng)。

圖2 外源GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根幼苗MDA影響Fig. 2 Effects of exogenous GA3on seedlings MDA ofRadix isatidisunder salt stress

2.5 外源GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

鹽脅迫下外源 GA3對(duì)板藍(lán)根幼苗葉片的 POD和 SOD 活性有不同程度的影響 (圖 3)。處理 CK2與 CK1 相比，POD 和 SOD 活性分別降低了18.13%和 20.13%；處理 A1、A2、A3 和 A4 的 POD 和SOD 活性與 CK2 相比，隨著外源 GA3濃度的增大，其值也相應(yīng)增大，當(dāng)外源 GA3在 100 mg/L 時(shí) POD 和SOD 活性最高，分別為 26.65 和 272.53 U/(g·min FW)，與 CK2 相比增加了 14.78% 和 15.99%；當(dāng) GA3濃度超過(guò) 150 mg/L 時(shí)，其 POD 和 SOD 活性隨之降低，總體變化呈現(xiàn)“低–高–低”的規(guī)律，這一結(jié)果表明：板藍(lán)根幼苗在鹽脅迫環(huán)境條件下，加入外源 GA3后能一定程度上緩解鹽脅迫產(chǎn)生的活性氧傷害。

圖3 外源GA3對(duì)鹽脅迫下板藍(lán)根葉片抗氧化酶活性的影響Fig. 3 Effects of exogenous GA3on antioxidant enzyme activities ofRadix isatidisleaves under salt stress

3 討論與結(jié)論

植物受到鹽脅迫后離子平衡被打破，不能維持體內(nèi)的離子平衡，植株的代謝功能得不到保證，生長(zhǎng)受到顯著抑制作用[8]，造成種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)降低[9]。本試驗(yàn)條件下，板藍(lán)根種子隨著添加外源 GA3濃度的增大，處理 A1、A2、A3 和A4 的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、株高、最大葉長(zhǎng)、最大葉寬和植株鮮重等形態(tài)指標(biāo)呈現(xiàn)先增大而后變小的規(guī)律，這說(shuō)明適宜濃度的外源 GA3能夠緩解鹽脅迫的傷害，濃度高于一定值時(shí)會(huì)增加鹽脅迫危害，這一研究結(jié)果與尹昌喜、葉利民等[10–12]的研究相吻合；試驗(yàn)中得出了當(dāng)外源 GA3濃度為 100 mg/L時(shí)，板藍(lán)根幼苗的光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間 CO2濃度其值最大，這主要是由于適宜濃度的 GA3促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育[13]，增加了葉片中光合色素的含量[14]，植株代謝能力提高，因此板藍(lán)根幼苗保持較強(qiáng)的生理活動(dòng)。MDA 在植物組織內(nèi)的含量通常用于表示細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度和植物對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱[15]，本研究以加入外源GA3的濃度在 100 mg/L 時(shí)的 A2 處理降低的幅度最大，說(shuō)明本處理板藍(lán)根葉片中 MDA 含量與其他處理相比脅迫程度最低，植物受到傷害程度最弱，這與王小平等[16]在絲瓜上的研究相一致。SOD 是一種抗氧化酶，其活性高低與植物抗氧化性大小有一定的相關(guān)性[17]，與 POD 協(xié)同作用將 H2O2等物質(zhì)分解為無(wú)害物質(zhì)，進(jìn)而減輕逆境對(duì)植物細(xì)胞的傷害[18]，本研究表明，當(dāng)外源 GA3在 100 mg/L 時(shí)，板藍(lán)根幼苗的 POD 和 SOD 活性最高，說(shuō)明其更有效地緩解鹽脅迫產(chǎn)生的活性氧傷害程度，其機(jī)制可能與在該濃度下外源 GA3能夠維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，在逆境下具有保護(hù)植物細(xì)胞膜免遭損傷、降低離子滲漏等功能有關(guān)[19–20]，POD 和 SOD 活性的增加，減輕質(zhì)膜遭受氧化損傷的程度，從而起到緩解鹽脅迫傷害的效應(yīng)。

本試驗(yàn)結(jié)果表明：在鹽脅迫環(huán)境條件下，衡量板藍(lán)根種子萌芽能力強(qiáng)弱的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)與幼苗生長(zhǎng)量大小的株高、最大葉長(zhǎng)、最大葉寬和植株鮮重等形態(tài)指標(biāo)的變化相似，隨著添加外源GA3濃度的增大，呈現(xiàn)先增大后變小的規(guī)律，當(dāng)外源GA3的濃度達(dá)到100 mg/L時(shí)，板藍(lán)根種子萌芽能力和幼苗生長(zhǎng)表現(xiàn)最優(yōu)；同時(shí)，在該濃度下，板藍(lán)根幼苗光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間 CO2濃度的數(shù)值最大，植株保持較高的生理代謝水平，幼苗葉片中MDA含量達(dá)最低，而POD和SOD活性最高，其值分別為0.336 μmol/g FW、26.65 U/(g·min) FW 和272.53 U/(g·min) FW，可有效緩解鹽脅迫對(duì)板藍(lán)根種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的傷害，植株生長(zhǎng)發(fā)育良好。這一研究結(jié)論對(duì)指導(dǎo)板藍(lán)根在鹽脅迫下實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)化生產(chǎn)，緩解鹽脅迫對(duì)板藍(lán)根植株造成的傷害可提供一定理論依據(jù)。

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Effects of Exogenous GA3on Seed Germination and Physiological and Biochemical Indexes of Seedling of
Radix isatidisUnder Salt Stress

YANG Bin1, ZHANG Wenbin2*, LI Yihua1, CHEN Xiubin1, HUANG Ruoping1, ZHANG Rong2

(1College of Agriculture and Biotechnology,Hexi University,Zhangye,Gansu734000,China; 2Zhangye Economic Crop Technology Promotion Station,Zhangye,Gansu734000,China)

Taken the varieties ofRadix isatidisfrom Bozhou in Anhui Province as experimental material, under 100 mmol/L NaCl salt stress, the effects of exogenous GA3were studied on seeds germination and seedling physiological biochemical indexes. The results showed that when the concentration of exogenous GA3100 mg/L, seeds germination and seedlings growth were optimal; at the same time, photosynthetic rate, transpiration rate, stomatal conductance and intercellular CO2concentration reached the maximum values, were CO25.53 μmol/(m2·s), 0.56 mmol/(m2·s), H2O/216 mmol/(m2·s) and 287 mg/L, respectively; MDA content in seedling leaves was the lowest while the activities of POD and SOD were the highest, were 0.336 μmol/g FW, 26.65 U/(g·min) FW and 272.53 U/(g·min) FW, respectively, which can effectively alleviate salt stress damage to seeds germination and seedling growth ofRadix isatidis.

Exogenous GA3;Radix isatidis; Seed germination; Seedling physiological indexes

S682.119

10.13758/j.cnki.tr.2016.06.011

甘肅省中藥材產(chǎn)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(GYC14-04)資助。

* 通訊作者(1783069548@qq.com)

楊彬(1977—)，男，甘肅景泰人，副教授，主要從事農(nóng)作物栽培與生理方面的研究。E-mail：745713105@qq.com