油菜素內(nèi)酯對鹽脅迫下水稻種子萌發(fā)的影響①

侯會云

(臺前縣農(nóng)業(yè)局 河南濮陽457600)

土壤鹽堿化是世界農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的一個重要難題。據(jù)不完全統(tǒng)計，世界鹽堿地占總陸地面積的7.6%，大約有30多個國家遭受土壤鹽堿化困擾，土壤鹽堿化不僅破壞土壤結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)，造成土壤功能退化，還會導(dǎo)致植物滲透脅迫，阻礙植物對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收，嚴(yán)重影響植物的生長發(fā)育［1］。因此，鹽堿地的農(nóng)業(yè)發(fā)展成為目前亟待解決的問題之一。

水稻是一種鹽敏感作物，鹽脅迫是影響水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要限制因子之一［2］。一般認(rèn)為，低濃度的鹽對種子的正常發(fā)芽沒有影響，但隨著鹽濃度進(jìn)一步提高，種子發(fā)芽受到限制，高濃度造成的鹽脅迫導(dǎo)致水稻種子發(fā)芽率降低，根系活力受到抑制，從而影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和同化。李旭紅等［3］研究表明，鹽脅迫下的種子受到離子脅迫、滲透脅迫和化學(xué)抑制等不良影響，導(dǎo)致組織水分虧缺、營養(yǎng)失衡，嚴(yán)重影響水稻的正常生長；閆先喜等［4］研究認(rèn)為，在種子吸脹過程中鹽脅迫會破壞細(xì)胞膜，使得細(xì)胞膜透性增大，從而導(dǎo)致胞液外滲，種子萌發(fā)受阻。因此，提高水稻對鹽脅迫的抵抗能力是當(dāng)前應(yīng)對鹽脅迫的有效方法。油菜素內(nèi)酯（BR）是廣泛存在于植物體中的天然激素，是一種廣譜性植物生長調(diào)劑劑，能夠充分激發(fā)植物潛能，促進(jìn)作物生長，提高作物耐冷、抗病、抗鹽堿能力［5］。吳楊等［6］研究結(jié)果表明，在鹽堿脅迫下，外源施加BR 可維護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性，增強(qiáng)大豆幼苗耐鹽堿能力。栗露露等［7］研究表明，BR 能夠調(diào)控水稻的耐鹽性。魏湜等［8］認(rèn)為，外源BR 能夠緩解鹽脅迫對玉米幼苗的生理損傷。目前油菜素內(nèi)酯主要用于提高蔬菜抗逆能力，對于鹽脅迫下BR對水稻種子萌發(fā)的影響研究較少。本研究采用不同濃度BR 對水稻種子進(jìn)行處理，研究種子萌發(fā)過程生理生化變化特征，探討B(tài)R 對水稻種子萌發(fā)的影響，為水稻種子萌發(fā)理論研究和實際生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種為日本晴，由寧夏農(nóng)林科學(xué)院提供，油菜素內(nèi)酯由上海威敵生物公司提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗于2018年5月在河套學(xué)院農(nóng)學(xué)實驗室進(jìn)行。所用培養(yǎng)皿直徑為9 cm，其溶液中含100 mmol/L NaCl 和0、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 mg/L BR（CK、B1、B2、B3、B4、B5）。選擇顆粒飽滿、尺寸一致的水稻種子，用10%次氯酸鈉浸泡10 min；接著用無菌水反復(fù)沖洗5次；再用濾紙擦干種子表面水分，將其均勻擺放在鋪有2 層濾紙的培養(yǎng)皿中，每處理設(shè)置5 次重復(fù)，每個培養(yǎng)皿內(nèi)放30 粒種子；浸種12 h后放置于30 ℃恒溫生化培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行催芽；取其中一部分露白種子進(jìn)行盆栽試驗，試驗用土NaCl 含量為0.43%，試驗用盆直徑為30 cm，高26.5 cm，每個處理4盆，每盆播種5粒，于一心一葉期統(tǒng)計成苗數(shù)并計算成苗率。

1.2.2 指標(biāo)測定

1.2.2.1 發(fā)芽率和發(fā)芽勢的測定

以芽長2 mm 為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，測定發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)。發(fā)芽勢＝第三天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；發(fā)芽率＝全部發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；種子發(fā)芽指數(shù)（GI）＝Σ（Gt/Dt）（Gt為在t日的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為發(fā)芽天數(shù)）。

1.2.2.2 胚根細(xì)胞膜傷害率的測定

參考李秧秧等［9］的方法，用電導(dǎo)率法測定細(xì)胞膜傷害程度，用傷害率（%）表示。

傷害率＝（Rd-R0）/（1-R0）×100%

式中，Rd 為受脅迫C1/C2，R0 為未受脅迫C1/C2，C1 和C2 分別為樣品受脅迫前后外滲液的電導(dǎo)率值。

1.2.2.3 胚根抗氧化酶活性及丙二醛含量測定

種子萌發(fā)7 d 后，取胚根，參考高俊鳳［10］的方法分別測定超氧化物歧化酶Superoxide dismutase（SOD）、過氧化物酶Peroxidase（POD）、過氧化氫酶Catalase（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶Ascorbate peroxidase（APX） 活 性 和 丙 二 醛Malondialdehyde（MDA）含量。

1.2.2.4 成苗率的測定

于一心一葉期統(tǒng)計成苗數(shù)，成苗率＝成苗數(shù)/播種數(shù)量

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 和SPSS 24.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、分析，Duncan’s 法進(jìn)行顯著性檢驗；采用Excel 2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度BR對鹽脅迫下水稻種子萌發(fā)的影響

由表1 能夠看出，隨著BR 濃度的升高，水稻種子發(fā)芽率逐漸升高，其中B3 處理發(fā)芽率最高，之后隨著BR 濃度增加發(fā)芽率不再增加，B1、B2、B3、 B4、 B5 分 別 比CK 增 加12.83%、 21.78%、34.62%、32.06%、29.48%。B3、B4、B5 發(fā)芽勢也隨著BR 濃度的升高逐漸升高；B1 和CK 差異不顯著，B2、B3、B4、B5 顯著高于CK，其中B5 處理發(fā)芽勢達(dá)到最大值，B3、B4、B5 間差異不顯著。發(fā)芽指數(shù)也是隨BR 濃度的升高而升高，BR 處理顯著高于CK，其中B5 處理時最高，B3、B4、B5 間差異不顯著。

表1 不同濃度BR對鹽脅迫下水稻種子萌發(fā)的影響

2.2 不同濃度BR 對鹽脅迫下水稻胚根傷害率和MDA的影響

傷害率能夠直接反映鹽脅迫對水稻種子的傷害程度，MDA 是膜脂過氧化的重要產(chǎn)物，能夠間接反映膜系統(tǒng)受損程度。由圖1可看出，水稻胚根傷害率隨著BR濃度的增加呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢，BR 處理的種子胚根傷害率均低于CK，B3 處理傷害率最低。B1、B2 和B3 傷害率下降速率較快，B4 與B5 差異不顯著。B1、B2、B3、B4、B5 分別比CK 低6.20%、19.65%、40.09%、29.59%、26.49%。MDA反映了逆境下植物細(xì)胞膜脂過氧化作用和受傷害程度，也可間接反映植物組織抗氧化能力的強(qiáng)弱。結(jié)果顯示，BR 能夠減少M(fèi)DA 含量，隨BR 濃度的增加MDA 含量呈逐漸減少的趨勢；B1 處理與CK 差異不顯著，其他處理與CK 差異顯著；B1、B2、B3、B4、B5 分別比CK 降低了8.31%、22.75%、26.57%、27.55%、30.98%，B2、B3、B4 和B5 間 差 異 不顯著。

2.3 不同濃度BR 對鹽脅迫下水稻胚根保護(hù)酶活的影響

SOD 是清除生物自由基的主要物質(zhì)，POD 能夠?qū)⒅参矬w內(nèi)過氧化氫催化為水和氧氣，CAT、APX是清除植物內(nèi)過氧化氫的關(guān)鍵酶。由圖2 可看出，SOD、POD 活性隨BR 濃度的升高逐漸升高，各處理均顯著高于對照處理；SOD活性在B5處理達(dá)到最大值，比CK 高出27.35%；POD 活性也是在B5 處理達(dá)到最大值，比CK 高出62.89%。CAT 活性隨BR 濃度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，各處理均高于對照處理，B3 處理CAT 活性最大；B1、B2、B3、B4、B5 分 別 比 高 出41.46%、44.30%、57.54%、52.80%、48.64%。APX活性隨BR濃度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，B1 處理與CK 差異不顯著，其他處理均顯著高于CK，B1、B2、B3、B4、B5 分別比 對 照 高17.28%、 39.95%、 55.26%、 51.66%、43.97%。結(jié)果表明，高濃度的BR 對SOD、POD 活性具有促進(jìn)作用；適宜BR 濃度下CAT 和APX 活性較高，但BR 濃度過高時CAT 和APX 活性受到抑制。

2.4 不同濃度BR 對鹽脅迫下水稻種子成苗率的影響

由圖3 可看出，幼苗成活率隨BR 濃度的升高呈先升高后降低的趨勢，除了B1，其他各處理均顯著高于對照處理。成活率在B3處理達(dá)到最大值，比CK高28.78%。

3 討論

3.1 BR 對鹽脅迫下水稻種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響

植物生長過程中，Na+和Cl-是必需的營養(yǎng)物質(zhì)，但植物對Na+和Cl-需要的量極少，過高濃度的Na+和Cl-會對植物體產(chǎn)生離子毒害［11］，影響植物的代謝功能，抑制植物細(xì)胞內(nèi)酶的活性，進(jìn)而影響植物的正常生長發(fā)育，植物在遭受鹽脅迫后，體內(nèi)對S 和Mg 的吸收有所增加，抑制了對K+、Ca2+的吸收，引起離子吸收失衡，代謝失調(diào)［12］。BR 對逆境有重要的調(diào)節(jié)作用。種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)反映種子的發(fā)芽速率和整齊程度。

本試驗結(jié)果表明，BR 能夠顯著促進(jìn)種子萌發(fā)，發(fā)芽率隨著BR 濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均隨著BR 濃度的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，發(fā)芽率增加了11.36%～25.71%，發(fā)芽勢增加了7.02%～28.39%，發(fā)芽指數(shù)增加了8.91%～25.16%，但B3、B4、B5 間差異不顯著，說明BR 濃度在達(dá)到一定值時對種子萌發(fā)的促進(jìn)作用減緩。吳雪霞等［13］研究表明，外源BR顯著緩解鹽脅迫對茄子種子的傷害，使種子發(fā)芽率提高了8.23%，發(fā)芽勢提高15.91%，發(fā)芽指數(shù)提高了17.23%，與本試驗研究結(jié)果一致，說明BR 可以緩解鹽脅迫對水稻種子的傷害，增強(qiáng)水稻種子的耐鹽能力。本研究中，低濃度BR 能夠提高鹽脅迫下水稻種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)，高濃度BR 處理對水稻種子萌發(fā)的促進(jìn)作用不明顯。因此，BR 對鹽脅迫下水稻種子萌發(fā)的促進(jìn)作用具有濃度效應(yīng)。

3.2 BR 對鹽脅迫下水稻胚根傷害率、MDA 和保護(hù)的影響

鹽脅迫首先導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能受損，傷害率能夠反映脅迫對細(xì)胞膜傷害程度［14］。MDA是膜脂過氧化的重要產(chǎn)物，能夠間接反映膜系統(tǒng)受損程度以及植物抗逆性［15］。本試驗結(jié)果表明，水稻種子傷害率隨BR 濃度增加呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢，MDA含量隨BR濃度增加逐漸減少，說明一定濃度BR 能夠減小鹽脅迫對水稻種子的傷害，抑制膜脂過氧化， 防止離子滲漏，使細(xì)胞膜維持正常的結(jié)構(gòu)，確保植物體各種代謝循環(huán)的正常進(jìn)行。陸曉民等［16］研究發(fā)現(xiàn)，BR 降低了鹽脅迫下黃瓜丙二醛含量和細(xì)胞膜透性，促進(jìn)幼苗生長，有效緩解了鹽脅迫造成的傷害。

超氧自由基陰離子和過氧化氫同屬植物中的活性氧系統(tǒng)［17］，植物在遭受逆境脅迫時會產(chǎn)生大量的氧自由基，自由基參與細(xì)胞膜脂過氧化。細(xì)胞受到逆境脅迫時，酶的活性降低，自由基則會逐漸增加，加速膜脂過氧化反應(yīng)，破壞膜系統(tǒng)，導(dǎo)致細(xì)胞代謝出現(xiàn)異常，對機(jī)體造成傷害，從而破壞質(zhì)膜，最終可能導(dǎo)致細(xì)胞死亡［18］。為抵抗逆境對植物造成的傷害，植物體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)SOD、POD、CAT和APX會啟動，其活性提高，但是隨著受脅迫程度增加，保護(hù)酶系統(tǒng)清除自由基能力受到限制。外源BR 則能夠進(jìn)一步增強(qiáng)SOD、POD、CAT和APX活性，減少活性氧的產(chǎn)生，進(jìn)而增強(qiáng)植物耐鹽性。本研究結(jié)果表明，SOD 和POD 活性隨BR 濃度增加而提高，CAT 和APX 活性隨BR 濃度增加先提高后降低，可能是在鹽脅迫下，SOD 和POD 對BR 的適應(yīng)性較好，過高濃度的BR 限制了CAT 和APX 活性。朱學(xué)瑋［19］研究結(jié)果表明，在干旱條件下，BR 通過提高小麥和玉米保護(hù)酶活性來提高其對干旱的抵抗力，從而提高其產(chǎn)量。王舒甜等［20］研究表明，適宜濃度的BR 可提高鹽脅迫下香樟葉片抗氧化能力，清除葉片中的活性氧，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)，緩解鹽脅迫對香樟的傷害，從而提高香樟的抗鹽性，與本研究結(jié)果一致。本研究中，幼苗的成苗率在B3處理時達(dá)到最高，BR 和水稻種子發(fā)芽率、胚根傷害率、胚根保護(hù)酶活性有顯著相關(guān)關(guān)系，說明油菜素內(nèi)酯不僅能夠影響種子的發(fā)生，還有利于幼苗的生長發(fā)育。

綜上所述，水稻種子發(fā)芽率的提高主要是因為BR可以有效提高種子萌發(fā)過程中保護(hù)酶的活性，減少有害物質(zhì)的積累，從而減小了鹽脅迫對水稻種子萌發(fā)的傷害，增加了其發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。本試驗結(jié)果表明，BR 濃度為1.0 mg/L 時，水稻種子發(fā)芽率最高、胚根傷害率最低和保護(hù)酶活性較高，幼苗成苗率最高。下一步將研究BR 對鹽脅迫下水稻種子萌發(fā)及植株生長的影響，為今后相關(guān)研究提供理論依據(jù)。