腐殖酸對(duì)NaCl脅迫下西葫蘆胚軸和根生長(zhǎng)及抗氧化特性的影響

馬太光+李海平+郭秀霞+張瑞騰+李靈芝+周可杰

摘要：以西葫蘆（Cucurbita pepo）農(nóng)園1號(hào)種子為材料，研究腐殖酸浸種對(duì)NaCl脅迫下西葫蘆下胚軸和根的生長(zhǎng)及抗氧化系統(tǒng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，適宜濃度的高活性腐殖酸稀釋液浸種能緩解NaCl脅迫對(duì)西葫蘆下胚軸和根的抑制作用，其中以450倍的稀釋液處理效果最佳。高活性腐殖酸稀釋液處理顯著提高NaCl脅迫下西葫蘆種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、鮮質(zhì)量、根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)、一級(jí)側(cè)根數(shù)及下胚軸與根中超氧化物酶、過(guò)氧化物酶活性，并降低下胚軸與根中丙二醛含量。結(jié)果表明，高活性腐殖酸能緩解 NaCl 脅迫對(duì)西葫蘆下胚軸和根生長(zhǎng)的抑制作用，增強(qiáng)西葫蘆種子的抗鹽性。

關(guān)鍵詞：腐殖酸；西葫蘆（Cucurbita pepo）；種子；NaCl；脅迫；抗氧化酶；萌發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)： S642.601 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）09-0189-03

近年來(lái)我國(guó)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)發(fā)展迅速，設(shè)施內(nèi)長(zhǎng)期不合理地施用化學(xué)肥料和過(guò)量地噴施農(nóng)藥，造成土壤鹽澤化程度不斷加重，肥力下降，病蟲(chóng)害發(fā)生嚴(yán)重，導(dǎo)致蔬菜產(chǎn)量品質(zhì)逐漸下降，嚴(yán)重制約了設(shè)施蔬菜栽培的可持續(xù)發(fā)展[1]。西葫蘆為我國(guó)主要的設(shè)施瓜類(lèi)蔬菜，而鹽害嚴(yán)重影響西葫蘆的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，研究解決設(shè)施土壤鹽澤化、提高西葫蘆抗鹽害栽培技術(shù)措施已成為普遍關(guān)注的生產(chǎn)問(wèn)題[2]。

腐殖酸是自然界中廣泛存在的有機(jī)高分子物質(zhì)，它具有活化作用，不僅能增加植物體內(nèi)氧化酶活性及代謝活動(dòng)，還能改善土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)，最終提高根系吸收水分及養(yǎng)分的能力[3-5]。郭偉等研究表明，腐殖酸浸種可有效緩解鹽堿脅迫對(duì)小麥的影響[6]。但目前還沒(méi)有關(guān)于腐殖酸對(duì)鹽脅迫下西葫蘆種子萌發(fā)影響的報(bào)道，因此本試驗(yàn)通過(guò)腐殖酸浸種，在NaCl脅迫條件下測(cè)定西葫蘆種子萌發(fā)及根和下胚軸生長(zhǎng)的變化，研究腐殖酸浸種對(duì)NaCl脅迫條件下西葫蘆根和下胚軸抗氧化系統(tǒng)的影響，以期為揭示西葫蘆耐鹽脅迫機(jī)理和提高西葫蘆抗鹽脅迫途徑提供理論參考，此外也為尋求提高鹽堿地區(qū)西葫蘆的生產(chǎn)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以西葫蘆（Cucurbita pepo）農(nóng)園1號(hào)為試驗(yàn)材料；NaCl純度>99%，由Life Science Products & Services公司生產(chǎn)）；高活性腐殖酸液劑由江蘇新沂市蘇蒙肥業(yè)有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理，具體為：（1）不用高活性腐殖酸液劑浸種不加NaCl，設(shè)為CK；（2）不用高活性腐殖酸液劑浸種加NaCl，設(shè)為T(mén)1；（3）腐殖酸50+NaCl（稀釋50倍高活性腐殖酸液體浸種加NaCl），設(shè)為T(mén)2；（4）腐殖酸250+NaCl（稀釋250倍高活性腐殖酸液體浸種加NaCl），設(shè)為T(mén)3；（5）腐殖酸450+NaCl（稀釋450倍高活性腐殖酸液體浸種加NaCl），設(shè)為T(mén)4；（6）腐殖酸650+NaCl（稀釋650倍高活性腐殖酸液體浸種加NaCl），設(shè)為T(mén)5。

挑選飽滿且大小一致的西葫蘆種子，用0.1%高錳酸鉀消毒15 min，用去離子水反復(fù)沖洗干凈，吸水紙吸干后分別用高活性腐殖酸溶液（50、250、450、650倍）和去離子水浸種8 h[（26±1） ℃]，然后置于墊入2層無(wú)菌濾紙培養(yǎng)皿中發(fā)芽，每皿25粒種子，重復(fù)3次。每個(gè)培養(yǎng)皿加8 mL 200 mmol/L NaCl溶液（CK加入等量去離子水）使濾紙濕潤(rùn)傾斜時(shí)皿底無(wú)溶液匯聚。將培養(yǎng)皿放入人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)避光培養(yǎng)[（26±1） ℃]。試驗(yàn)過(guò)程中隔天輪換添加1～2 mL去離子水和NaCl溶液，保持各處理NaCl溶液濃度基本維持不變。從第2天起統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)，以胚根長(zhǎng)為種子長(zhǎng)度的1/2作為萌發(fā)標(biāo)志[7]，腐敗種子及時(shí)挑出，第7天停止發(fā)芽試驗(yàn)。計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，測(cè)定超氧化物歧化酶（SOD）活性、過(guò)氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

發(fā)芽率（GP）=第7天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt/Dt）（Gt指時(shí)間t內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt指對(duì)應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)）；

活力指數(shù)（VI）=GI×S（GI為發(fā)芽指數(shù)，S為第7天測(cè)定的幼苗鮮質(zhì)量）；

從每個(gè)處理隨機(jī)選取10株幼苗，用直尺測(cè)量根長(zhǎng)、下胚軸長(zhǎng)，用分析天平稱取幼苗的鮮質(zhì)量；然后用硫代巴比妥酸法[8]測(cè)定西葫蘆下胚軸和根內(nèi)MDA的含量，用μmol/g表示；利用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行抗氧化酶活性的測(cè)定，用氮藍(lán)四唑（NBT）還原法[8]測(cè)定SOD活性，以U/（g·min）表示；用愈創(chuàng)木酚方法[8]測(cè)定POD活性，以ΔD470 nm/（g·min）表示。

采用SAS和Microsoft Office Excel 2013軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐殖酸處理對(duì)NaCl脅迫下西葫蘆種子萌發(fā)的影響

在NaCl脅迫處理下，西葫蘆種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、一級(jí)側(cè)根數(shù)和幼苗鮮質(zhì)量均顯著低于CK（P<0.05），說(shuō)明NaCl脅迫抑制西葫蘆種子的萌發(fā)。用450倍高活性腐殖酸稀釋液處理，發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、一級(jí)側(cè)根數(shù)和幼苗鮮質(zhì)量均達(dá)到最大，與T1差異顯著；然而用50倍高活性腐殖酸稀釋液處理卻加重抑制（表1、圖1、圖2）。結(jié)果表明，適宜濃度的高活性腐殖酸稀釋液處理可以促進(jìn)NaCl脅迫下西葫蘆種子的萌發(fā)。

2.2 腐殖酸處理對(duì)NaCl脅迫下西葫蘆下胚軸和根長(zhǎng)的影響

NaCl脅迫下西葫蘆幼苗下胚軸和根長(zhǎng)度與CK相比顯著降低，用適宜濃度高活性腐殖酸稀釋液處理后有效緩解了NaCl脅迫對(duì)西葫蘆下胚軸和根生長(zhǎng)的抑制。在本試驗(yàn)中，以450倍高活性腐殖酸處理效果最好，下胚軸、根長(zhǎng)分別比T1增加了1.51、1.85 cm，差異顯著（表1）。

2.3 腐殖酸處理對(duì)NaCl脅迫下西葫蘆下胚軸與根中MDA含量的影響

NaCl脅迫下西葫蘆下胚軸與根中的 MDA含量均比CK顯著增加，而用高活性腐殖酸稀釋液浸種則使其升高幅度降低，并隨著高活性腐殖酸稀釋倍數(shù)的增大其含量呈先下降再升高的趨勢(shì)，與T1處理相比，用450倍高活性腐殖酸稀釋液處理 MDA 在下胚軸與根中的含量分別降低了39.10%和43.60%，效果最佳（圖3、圖4）。

2.4 腐殖酸處理對(duì)NaCl脅迫下西葫蘆下胚軸與根中SOD活性的影響

與CK相比，T1顯著抑制了西葫蘆下胚軸和根中SOD的活性。NaCl脅迫下，用450倍高活性腐殖酸稀釋液處理，西葫蘆下胚軸、根中SOD活性分別比T1處理增加了35.05%、55.30%，效果顯著（圖5、圖6）。

2.5腐殖酸處理對(duì)NaCl脅迫下西葫蘆下胚軸與根中POD活性的影響

NaCl處理顯著抑制了西葫蘆下胚軸和根中POD的活性，用450倍高活性腐殖酸稀釋液處理能夠顯著降低NaCl脅迫對(duì)西葫蘆下胚軸與根中POD 保護(hù)酶活性的抑制，并且其效果與以上其他指標(biāo)類(lèi)似，均以450倍緩解效果最好（圖7、圖8）。

3 討論

種子萌發(fā)是作物發(fā)育過(guò)程中的重要階段，對(duì)作物后期的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量有直接的影響。種子萌動(dòng)時(shí)鹽脅迫損壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致種子生理代謝失調(diào)，萌發(fā)力下降[9]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，200 mmol/L NaCl 處理顯著抑制了西葫蘆種子的萌發(fā)，可能是由于200 mmol/L處理?yè)p壞了細(xì)胞質(zhì)膜的完整性，導(dǎo)致細(xì)胞膜選擇通透性下降，細(xì)胞內(nèi)外離子不平衡，水勢(shì)降低，造成種子幼芽吸水困難，影響了種子萌發(fā)和幼芽的生長(zhǎng)，這與前人的研究結(jié)果一致[10-15]。孫小芳等也研究表明，種子在萌動(dòng)是大量吸收Na+、Cl-，使種子萌發(fā)過(guò)程中受到滲透脅迫和離子毒害[16]。NaCl 脅迫下腐殖酸浸種處理顯著提高了西葫蘆種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，促進(jìn)西葫蘆幼苗根、下胚軸的伸長(zhǎng)。研究表明，NaCl脅迫下施用腐殖酸能夠激活小麥種子內(nèi)α-淀粉酶活性，提高總可溶性糖、蔗糖和果糖含量，進(jìn)而提高種子的發(fā)芽率[17-18]。因此推測(cè)腐殖酸浸種促進(jìn)西葫蘆種子萌發(fā)可能與西葫蘆種子內(nèi)α-淀粉酶活性和果糖含量變化有關(guān)，具體還需要進(jìn)一步研究。

在鹽脅迫下對(duì)植物最顯著的變化就是生長(zhǎng)受到抑制[19]。由于活性氧不易清除，使膜脂發(fā)生過(guò)氧化，導(dǎo)致膜系統(tǒng)受到傷害。SOD、POD是植物內(nèi)源的活性氧清除劑屬保護(hù)酶系統(tǒng)，逆境中酶活性較高的才能有效地清除活性氧使之保持較低水平，防止膜過(guò)氧化，從而減少其對(duì)膜結(jié)構(gòu)的破壞，增強(qiáng)植株對(duì)逆境的抵抗能力[20-22]。本試驗(yàn)中NaCl處理顯著增加西葫蘆下胚軸與根中MDA的含量，表明西葫蘆幼芽受到氧化脅迫，導(dǎo)致細(xì)胞膜受損，這與前人的研究結(jié)果[23-24]相符。郭偉等研究表明，腐殖酸浸種處理可以增強(qiáng)了小麥幼苗和根系中過(guò)氧化物酶和超氧化物歧化酶活性，并促進(jìn)了谷胱甘肽合成[6，25]。本研究結(jié)果表明，高活性腐殖酸液劑處理顯著降低了NaCl誘發(fā)的氧化脅迫，其緩解作用與提高抗氧化酶活性有密切的聯(lián)系，這與郭偉等的研究結(jié)果基本相符。

綜上所述，用450倍高活性腐殖酸液劑處理可提高NaCl脅迫下西葫蘆種子的發(fā)芽能力，并可提高西葫蘆幼苗抗氧化酶活性，降低氧自由基的積累，降低MDA含量，使膜脂氧化程度下降，從而提高NaCl脅迫下西葫蘆幼苗細(xì)胞膜選擇透性。因此，在鹽漬地帶可以通過(guò)播前對(duì)種子用腐殖酸浸種處理，以提高西葫蘆的出苗率，增加幼苗的抗鹽能力。但此類(lèi)研究起步較晚，還需要對(duì)其影響其他生理代謝機(jī)制方面作深入探究。

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