外源褪黑素對復(fù)合鹽堿脅迫下黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長的緩解效應(yīng)

聶必林，巫利梅，如馬南木·尼合買提，王狄寧，呂海英

(1 新疆師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830054；2 新疆特殊環(huán)境物種保護(hù)與調(diào)控生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830054；3 干旱區(qū)植物逆境生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830054)

目前，學(xué)術(shù)界對于鹽堿地沒有確切的定義，多是將鹽類物質(zhì)過量集聚、對植物正常生長產(chǎn)生直接或間接危害的各種類型土壤視為鹽堿地。據(jù)聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)和糧農(nóng)組織(FAO)不完全統(tǒng)計，截至目前，全球鹽堿土地面積約為10億hm2，主要分布于非洲、美洲西部和歐亞大陸，中國鹽堿土地面積約9 913萬hm2，約占全國土地面積的10%[1]，這嚴(yán)重制約著中國甚至全球生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[2]。根據(jù)所含鹽堿種類不同，鹽堿地分為鹽土和堿土兩大類，前者主要由NaCl和Na2SO4等中性鹽引起，后者主要含鹽物質(zhì)為Na2CO3和NaHCO3，而實(shí)際上鹽土與堿土通常混合存在，故而習(xí)慣上稱為鹽堿土；根據(jù)中性鹽和堿性鹽含量及比例變化，鹽堿土又分為輕度、中度和重度3類，若用pH表示，則輕度、中度和重度鹽堿地pH值分別為7.1～8.5、8.5～9.5和大于9.5。鹽堿土壤的危害巨大，其對植物的影響主要包括離子毒害、滲透脅迫等[3]初級脅迫，以及高鹽引起的營養(yǎng)虧缺、膜透性改變等[4]一系列次生脅迫。同時，諸多研究也證明，植物對鹽堿脅迫的耐受力與鹽堿類型和濃度密切相關(guān)[4-5]，因此，弄清植物對不同鹽堿類型和濃度組合脅迫下的響應(yīng)機(jī)制具有重要意義。有關(guān)鹽堿地的改良和修復(fù)，目前已形成包括水利工程[6]、農(nóng)業(yè)耕作[7]、化學(xué)改良[8]、耐鹽植物[9]及耐鹽微生物[10]培養(yǎng)和選育等多項(xiàng)措施。其中，培育耐鹽堿植物，提高植物的耐鹽堿能力不僅可以改良修復(fù)鹽堿地，還能產(chǎn)生較好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，耐鹽植物的選育以及如何提高植物的抗鹽堿能力成為近年來學(xué)者們研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)課題。

黑果枸杞(Lyciumruthenicum)為茄科(Solanaceae)枸杞屬(Lycium)多年生落葉小灌木植物，是一種典型的高度耐鹽堿植物，也是中國西北鹽堿荒漠地區(qū)的重要建群樹種之一[11]。黑果枸杞果實(shí)中含有大量的原花青素、多糖、維生素等生物活性物質(zhì)[12]，具有抗氧化、抗疲勞、抗機(jī)體衰老、降血糖血脂等多種生理功能[13-14]，有植物中“軟黃金”的美稱[15]；黑果枸杞植株的形態(tài)結(jié)構(gòu)獨(dú)特，其葉片屬于肉質(zhì)化葉型，角質(zhì)膜較厚，根系屬于根蘗型，主根發(fā)達(dá)，根毛濃密[16]，這些特征使得黑果枸杞對鹽堿、干旱、土壤貧瘠等不良環(huán)境具有很強(qiáng)的耐受性，可作為荒漠干旱地區(qū)鹽堿地土壤治理、防風(fēng)固沙、保持水土的優(yōu)選樹種[17]。但是，受巨大的商業(yè)利益驅(qū)動，黑果枸杞野生資源被大規(guī)模野蠻開采，原生居群數(shù)量和規(guī)模愈來愈少，荒漠化治理能力及果實(shí)產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足人類需求。同時，經(jīng)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黑果枸杞雖結(jié)實(shí)量大，但實(shí)生幼苗極少，可能是種子自身特性和干旱、鹽堿等生境環(huán)境限制了其種子萌發(fā)。在這種形勢下，對野生黑果枸杞的有效保護(hù)和快速繁育顯得十分迫切。

提高植物耐鹽堿特性，常采用的方法有施加外源調(diào)節(jié)物質(zhì)[10]、與真菌協(xié)同效應(yīng)[18]、生物技術(shù)手段[19]、抗性鍛煉[20]等。施加外源調(diào)節(jié)物質(zhì)由于見效快、成本低而成為抗鹽堿研究的熱點(diǎn)，較常使用的外源調(diào)節(jié)物質(zhì)主要有外源植物激素[21-22]、褪黑素[23]、甜菜堿[24]、小分子有機(jī)酸[25]等。其中，褪黑素(melatonine，MT) 屬于吲哚類化合物，化學(xué)名稱為N-乙酰-5-甲氧基-色胺，是一種廣泛存在于動植物內(nèi)的天然抗氧化劑[26]。褪黑素在植物中具有調(diào)節(jié)植物晝夜節(jié)律和光周期、促進(jìn)植物生根、提高種子萌發(fā)率、增強(qiáng)植物抗逆性等多種功能[27-28]，例如，外源褪黑素可提高鹽脅迫下玉米幼苗葉片抗氧化酶活性[29]，可通過提高茶樹的抗氧化防御能力，進(jìn)而增強(qiáng)茶樹對低溫、干旱和鹽脅迫的耐受性[30]。鑒于此，本研究在黑果枸杞種子萌發(fā)進(jìn)程中，模擬不同鹽堿組成和鹽堿濃度組合脅迫，探究外源MT對復(fù)合鹽堿脅迫下黑果枸杞種子萌發(fā)及幼苗生長的緩解效應(yīng)，為黑果枸杞小漿果產(chǎn)業(yè)及鹽堿荒漠化提供一定參考。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用黑果枸杞種子于2019年9月采自新疆庫爾勒市哈拉玉宮鄉(xiāng)黑果枸杞人工種植基地。地理坐標(biāo)41°25′22″N, 86°01′39″E，海拔892 m，屬暖溫帶大陸性干旱氣候；年平均降雨量57 mm，集中于5-10月；年平均氣溫11.4 ℃，最冷月(1月)平均氣溫-9 ℃，最熱月(7月)平均氣溫26.5 ℃。種子采集后人工去除果肉，漂洗干凈并自然風(fēng)干，保存于5 ℃冰箱中。

褪黑素(MT)于2020年10月購買于索萊寶生物技術(shù)有限公司，有效含量≥99%，溶解度20 mg/mL 乙醇。用電子天平(Mettler Toledoal 204)稱取適量MT于燒杯中，用蒸餾水配成濃度為1.0 mmol/L的MT母液。取適量母液，稀釋成濃度為0.1 mmol/L(MT0.1)、0.3 mmol/L(MT0.3)、0.5 mmol/L(MT0.5)、1.0 mmol/L(MT1.0)的實(shí)驗(yàn)處理液各100 mL，以蒸餾水為對照，記為MT0。其他試劑(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3)購買于天津市盛奧化學(xué)試劑有限公司，均為分析純級別。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

實(shí)驗(yàn)共涉及到鹽堿度、鹽堿濃度和褪黑素濃度3個因素。其中，鹽堿度因素包括3個水平，即將中性鹽NaCl、Na2SO4和堿性鹽NaHCO3、Na2CO3，按堿性鹽所占比例由小到大模擬設(shè)置中性復(fù)合鹽、中度堿性復(fù)合鹽和重度堿性復(fù)合鹽，依次記為L(1∶1∶0∶0)、M(1∶9∶9∶1)、H(9∶1∶1∶9)；鹽堿濃度因素在每種復(fù)合鹽堿內(nèi)按Na+濃度由低到高設(shè)定50、100、200 mmol/L 3個鹽堿濃度梯度水平；褪黑素濃度設(shè)置0、0.1、0.3、0.5、1.0 mmol/L共5個梯度水平，分別記為MT0、MT0.1、MT0.3、MT0.5、MT1.0。鹽堿度及其濃度兩因素共模擬出9個鹽堿脅迫處理組合，以蒸餾水為對照，共計10個處理，分別記為CK、L50、L100、L200、M50、M100、M200、H50、H100、H200，其pH利用PHS-3C型精密酸度計測定(表1)；鹽堿度、鹽堿濃度和褪黑素濃度3個因素組合共計組成50個處理，分別記為CKMT0、CKMT0.1、CKMT0.3、CKMT0.5、CKMT1.0、L50MT0、L50MT0.1、……、H200MT0.5、H200MT1.0，每個處理3次重復(fù)。

黑果枸杞種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)參照《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》(GB/T3543. 4-1995)，按紙床發(fā)芽法稍作改動。挑選適量飽滿均一的黑果枸杞種子，40 ℃恒溫水浴鍋中催芽24 h，將催芽后的種子再次挑選后整齊擺入直徑120 mm墊有3層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿50粒，分別加入10 mL處理溶液，蓋上皿蓋。將所有培養(yǎng)皿按隨機(jī)區(qū)組方式置于RXZ智能型人工氣候箱(寧波江南儀器廠)中，設(shè)置晝/夜光周期16 h /8 h，晝/夜溫度25 ℃/15 ℃，晝/夜相對濕度75%/85%，晝/夜相對光照強(qiáng)度100%/0%。種子萌發(fā)過程中，每5 d更換1次對應(yīng)處理溶液，期間每天利用稱重法補(bǔ)充蒸餾水，以保證處理溶液濃度穩(wěn)定。從種子置于光照培養(yǎng)箱第2 天開始，每日上午10：00觀察記錄種子的萌發(fā)狀況，以突破種皮的胚軸長度大于種子自身長度的1/2為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。所有處理連續(xù)7 d無新增萌發(fā)時結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 幼苗生長指標(biāo)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，從每個培養(yǎng)皿中隨機(jī)選取5株發(fā)芽幼苗，不足5株的全部選擇，蒸餾水清洗干凈并吸干表面水分，用電子天平(Mettler Toledoal204)稱量幼苗鮮重，然后用體視顯微鏡(Nikon SMZ1270)對幼苗進(jìn)行觀察拍攝，并使用測量功能測出幼苗根長(root length, RL)和芽長(shoot length, SL)。

1.3.2 萌發(fā)指標(biāo)根據(jù)種子發(fā)芽數(shù)據(jù)計算發(fā)芽率(germination rate, GR)、發(fā)芽勢(germination potential, GP)、發(fā)芽指數(shù)(germination index, GI)、活力指數(shù)(vigor index, VI)、日萌發(fā)率(daily germination rate, DGR)。各項(xiàng)指標(biāo)計算公式如下：

GR=(Ni/N)×100%，Ni為第i天發(fā)芽種子數(shù)；N為試驗(yàn)種子總數(shù)；

GP=規(guī)定天數(shù)內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)(8 d)/試驗(yàn)種子總數(shù)×100%。

GI=∑(Gt/Dt)，Gt為第t日發(fā)芽種子數(shù)，Dt為對應(yīng)Gt的發(fā)芽天數(shù)；

VI=S×∑Gt/Dt，式中S為幼苗的鮮重。

其中，UAV的移動策略矩陣Q=(Qj,l)為0-1稀疏矩陣，當(dāng)UAV存在從t時刻最優(yōu)布署坐標(biāo)運(yùn)動到t+1時刻最優(yōu)布署坐標(biāo)的策略時，其元素值為1，否則為0.聯(lián)合運(yùn)動能耗矩陣

DGR=(Wt+1-Wt)/N,Wt+1為第t+1天的種子萌發(fā)數(shù),Wt為第t天的種子萌發(fā)數(shù),N為種子萌發(fā)總數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2019分析整理；用SPSS 19.0中的一般線性模型對各變量進(jìn)行多因素方差分析，用ANOVE LSD法對不同變量進(jìn)行多重比較；用Origin8.5和Photoshop CS6繪圖。

表1 各鹽堿處理的組成及pH

2 結(jié)果與分析

2.1 褪黑素(MT)和復(fù)合鹽堿作用下黑果枸杞種子幼苗的生長表型變化

萌發(fā)期幼苗的生長表型是評價種子萌發(fā)優(yōu)劣最簡單、最直觀的形態(tài)指標(biāo)。從圖1可以看出，在不施加外源MT的情況下(MT0)，當(dāng)鹽堿組成一致時，隨著鹽堿濃度升高，黑果枸杞幼苗長勢逐漸減弱；當(dāng)鹽堿濃度相同時，隨著堿性鹽所占比例增加(L→M→H)，幼苗長勢明顯減弱；同時，鹽堿濃度和堿性鹽所占比增加對黑果枸杞幼苗根部的影響明顯大于地上部分，高比例堿性鹽脅迫下有明顯的根部腐爛現(xiàn)象。外源MT對復(fù)合鹽堿脅迫下黑果枸杞幼苗生長具有傷害緩解和傷害加劇雙重效應(yīng)。適當(dāng)?shù)椭袧舛萂T(MT0.1、MT0.3、MT0.5)起緩解傷害效應(yīng)，并以MT0.3處理的綜合緩解效果最佳；過高濃度MT (MT1.0)起加劇傷害效應(yīng)。另外，施加適當(dāng)濃度外源MT后，黑果枸杞幼苗側(cè)根數(shù)量明顯增多；根表皮顏色明顯加深，由淺黃色變?yōu)樽睾稚?/p>

2.2 復(fù)合鹽堿脅迫對黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

多因素方差分析表明，黑果枸杞種子萌發(fā)期的GR、GP、GI、VI、SL和RL等 6個性狀在不同鹽堿組成之間、不同鹽堿濃度之間均存在極顯著差異，且不同鹽堿組成和鹽堿濃度對黑果枸杞種子萌發(fā)期各指標(biāo)的影響程度不同，其影響程度以鹽堿組成最強(qiáng)，其次為鹽堿濃度，二者之間的交互作用影響程度最小(表2、表3)。其中，在L復(fù)合鹽處理中， 隨著鹽濃度升高，黑果枸杞種子各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢， GR、GP、GI、VI、SL、RL在鹽濃度為50 mmol/L時較CK分別提高了5.01%、10.84%、10.61%、15.48%、2.60%、3.15%；在鹽濃度為100 mmol/L時，各項(xiàng)指標(biāo)均不同程度低于CK，但僅VI、RL降幅達(dá)顯著水平；當(dāng)鹽濃度增加到200 mmol/L時，各項(xiàng)指標(biāo)均顯著低于CK。在M復(fù)合鹽堿處理中，黑果枸杞種子各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)均隨鹽堿濃度升高而顯著降低， GR、GP、GI、VI、SL、RL在鹽濃度為50 mmol/L時就較CK分別降低了32.62%、44.62%、36.53%、46.34%、24.65%、42.13%(P<0.05)。在H復(fù)合鹽堿處理中，各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)也隨鹽堿濃度升高顯著降低，各指標(biāo)在鹽濃度為50 mmol/L時較CK分別降低72.64%、86.48%、76.94%、93.75%、57.31%、88.09%(P<0.05)。同時，在相同鹽堿濃度脅迫下，隨著堿性鹽占比的升高(L→M→H)，黑果枸杞種子各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)均顯著降低(P<0.05)。以上結(jié)果說明黑果枸杞種子萌發(fā)與鹽堿脅迫程度緊密相關(guān)，中性復(fù)合鹽(L)在濃度較低時對黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長有一定促進(jìn)作用，中度(M)和重度(H)堿性復(fù)合鹽及高濃度中性復(fù)合鹽則顯著抑制黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長。

MT0、MT0.1、MT 0.3、MT0.5和MT1.0分別表示外源褪黑素濃度為0、0.1、0.3、0.5 和1.0 mmol/L；L、M、H分別表示堿性鹽占比為低、中、高的三類復(fù)合鹽處理；下同圖1 外源MT對復(fù)合鹽堿脅迫下黑果枸杞種子萌發(fā)19 d時生長表型的影響MT0, MT0.1, MT 0.3, MT0.5 and MT1.0 stand for the concentration exogenous MT are 0, 0.1, 0.3, 0.5 and 1.0 mmol/L, respectively; The capital letters L, M, H represent the three types of complex salt-alkali with low, medium, and high proportions of alkaline salts; the same as belowFig.1 Effect of exogenous MT on the phenotype of Lycium ruthenicum seeds under compound salt-alkali stress at 19 days of germination

表2 外源MT及復(fù)合鹽堿處理下黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長指標(biāo)的多因素方差分析

表3 不同鹽堿脅迫對黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長指標(biāo)的影響

2.3 褪黑素對復(fù)合鹽堿脅迫下黑果枸杞種子萌發(fā)進(jìn)程的影響

圖2顯示，L中性復(fù)合鹽處理中，黑果枸杞種子在50、100 mmol/L濃度脅迫下于播種后第4 天開始有少量萌發(fā)，第12天后無新增萌發(fā)種子，發(fā)芽延續(xù)9 d；在200 mmol/L鹽堿濃度脅迫下，種子萌發(fā)開始于第5天，結(jié)束于第11天，發(fā)芽延續(xù)7 d。M中度堿性復(fù)合鹽處理中，種子在50、100 mmol/L鹽堿濃度脅迫下的萌發(fā)起始時間和結(jié)束時間與L一致，發(fā)芽延續(xù)9 d；在200 mmol/L濃度脅迫下，萌發(fā)開始于第6天, 結(jié)束于第10天，發(fā)芽延續(xù)5 d。H重度堿性復(fù)合鹽處理中，在3種鹽堿濃度脅迫下，種子萌發(fā)起始時間集中于第7天，結(jié)束時間集中于第11天，發(fā)芽延續(xù)期為5 d。所有鹽堿脅迫處理黑果枸杞種子的萌發(fā)高峰為播種后第6～9天，大多在第8天的日萌發(fā)率最大。

同時，施加適當(dāng)濃度外源MT后(MT0.1、MT0.3、MT0.5)，各種鹽堿脅迫下黑果枸杞種子的萌發(fā)起始時間提前了1～2 d，萌發(fā)結(jié)束時間也延長了1～2 d，發(fā)芽延續(xù)時間增加1～4 d，并以MT0.1和MT0.3處理效果更佳；當(dāng)施加外源MT濃度過高時(MT1.0)，黑果枸杞種子發(fā)芽延續(xù)時間被縮短；外源MT處理后各鹽堿脅迫下黑果枸杞種子的最大日萌發(fā)率出現(xiàn)的時間沒有明顯改變，仍集中于第8天。以上結(jié)果說明，各鹽堿脅迫和MT處理對黑果枸杞種子萌發(fā)高峰出現(xiàn)的時間沒有明顯影響，但鹽堿濃度和堿性鹽占比升高使得黑果枸杞種子萌發(fā)的起始時間延遲，萌發(fā)總時長縮短；施加適當(dāng)濃度外源MT能使鹽堿脅迫下黑果枸杞種子萌發(fā)起始時間提前，并延長萌發(fā)總時長。

2.4 褪黑素對復(fù)合鹽堿脅迫下黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

多因素方差分析結(jié)果(表2)表明，黑果枸杞種子萌發(fā)期GP、GR、GI、VI、SL和RL在不同MT濃度之間以及鹽堿組成、鹽堿濃度與MT濃度交互作用之間均存在極顯著差異(P<0.01)，且各指標(biāo)的F值均表現(xiàn)為：鹽堿組成>鹽堿濃度>MT處理>鹽堿組成×鹽堿濃度>鹽堿組成×MT處理>鹽堿濃度×MT處理>鹽堿組成×鹽堿濃度×MT處理。

圖2 外源MT對復(fù)合鹽堿脅迫下黑果枸杞種子萌發(fā)進(jìn)程的影響Fig.2 Effect of exogenous MT on the germination process of L. ruthenicum seeds under compound salt-alkali stress

表4 外源MT對復(fù)合鹽堿脅迫下黑果枸杞種子GP和GR的影響

2.4.2 發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)表5顯示，不同濃度MT處理對各鹽堿組成和鹽堿濃度組合脅迫下黑果枸杞種子的GI有不同程度的影響。CK處理下，黑果枸杞種子的GI均隨MT濃度升高先升后降，最大值出現(xiàn)在MT0.1濃度時，顯著高于MT0(P<0.05)。在L復(fù)合鹽處理中，50、100、200 mmol/L 3種鹽堿濃度脅迫下，種子GI均隨MT濃度升高呈先升后降趨勢，并均在MT0.1濃度時最大，且顯著高于MT0，MT0.3與MT0.1之間差異不顯著，MT0.5稍低于MT0，而MT1.0顯著低于MT0(P<0.05)。在M復(fù)合鹽堿處理中，3種鹽堿濃度脅迫下，種子GI隨MT濃度的變化趨勢與L中性鹽處理一致，但最大值均出現(xiàn)在MT0.3濃度下，且MT0.1、MT0.3、MT0.5三者之間差異不顯著，均顯著高于MT0(P<0.05)，MT1.0稍低于MT0(P>0.05)。H復(fù)合鹽堿處理中種子GI的變化趨勢與M復(fù)合鹽堿處理一致，3種鹽堿濃度下GI最大值也均出現(xiàn)在MT0.3濃度下，但與MT0.1差異不顯著(P>0.05)，均顯著高于MT0(P<0.05)，MT0.5和MT1.0與MT0差異不顯著。

同時，在各類復(fù)合鹽堿脅迫下，黑果枸杞種子的VI隨MT濃度的變化趨勢與其GI一致，均呈先升后降(表5)。其中，在CK處理中，種子VI在MT0.1濃度時最大，與MT0.3差異不顯著，兩者均顯著高于MT0(P<0.05)；MT0.5和MT1.0顯著低于MT0(P<0.05)。在L復(fù)合鹽處理中，3種鹽濃度脅迫下的種子VI均在MT0.1濃度時最大，并與MT0.3差異不顯著；MT1.0顯著低于MT0(P<0.05)。在M和H復(fù)合鹽堿處理中，3種鹽堿濃度脅迫下種子VI的最大值均出現(xiàn)在MT0.3濃度下，且MT0.1、MT0.3、MT0.5濃度之間大多差異不顯著，MT1.0稍低于MT0(P>0.05)。

以上結(jié)果說明，外源MT對各類復(fù)合鹽堿脅迫下黑果枸杞種子的GI和VI具有傷害緩解和傷害加劇雙重效應(yīng)，且與復(fù)合鹽組成和濃度密切相關(guān)；L中性復(fù)合鹽處理中，0.1和0.3 mmol/L MT對3種鹽堿濃度脅迫傷害均有一定緩解效應(yīng)，并以0.1 mmol/L的緩解效果最佳，而 0.5和1.0 mmol/L MT均使鹽堿脅迫的傷害加??；在M和H復(fù)合鹽堿處理中，當(dāng)MT濃度為0.1、0.3、0.5 mmol/L時對脅迫傷害有緩解效果，并以0.3 mmol/L緩解效果最佳，而當(dāng)MT濃度為1.0 mmol/L時則加劇傷害。這與MT對各類復(fù)合鹽堿脅迫下種子萌發(fā)過程中GR和GP的表現(xiàn)基本一致。

2.4.3 幼苗根長及芽長外源MT對不同鹽堿組成和鹽堿濃度脅迫下黑果枸杞幼苗根長(RL)及芽長(SL)的影響程度不同(表6)。在CK處理中，黑果枸杞幼苗RL和SL均隨外源MT濃度升高呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢，RL在MT0.1濃度時最大，并與MT0.3差異不顯著，兩者均顯著高于MT0，MT0.5和MT1.0顯著低于MT0；SL的最大值出現(xiàn)在MT0.3濃度時，且MT0.3與MT0、MT0.1、MT0.5處理間均差異不顯著，MT1.0顯著低于MT0。在L、M、H 3類復(fù)合鹽堿處理中，3種鹽堿濃度脅迫下黑果枸杞幼苗RL和SL也均隨外源MT濃度升高呈先升后降趨勢。當(dāng)L復(fù)合鹽在濃度為50、100 mmol/L時，幼苗RL在MT0.1濃度時最大，且MT0.3與MT0.1差異不顯著，兩者均顯著高于MT0(P<0.05)，MT0.5稍低于MT0(P>0.05)，而MT1.0顯著低于MT0(P<0.05)；當(dāng)L復(fù)合鹽濃度為200 mmol/L時，幼苗RL在MT0.3最大， MT0.5和MT1.0與MT0無顯著差異。當(dāng)M復(fù)合鹽堿濃度為50 mmol/L時，幼苗RL在MT0.1最大，MT0.3與MT0.1差異不顯著，兩者均顯著高于MT0(P<0.05)；當(dāng)M復(fù)合鹽堿濃度為100、200 mmol/L時，幼苗RL在MT0.3最大，且MT0.3、MT0.1、MT0.5之間差異均不顯著，而MT1.0顯著低于MT0(P<0.05)。在3種H復(fù)合鹽堿濃度脅迫下，幼苗RL均在MT0.3濃度下最大。同時，L、M、H復(fù)合鹽堿在3種鹽堿脅迫濃度下，幼苗SL的最大值均出現(xiàn)在MT0.3，且MT0.3、MT0.1、MT0.5與MT0之間均差異不顯著，而MT1.0均低于MT0。另外，當(dāng)鹽堿濃度和MT濃度一定時，隨著堿性鹽所占比例增加(L→M→H)，黑果枸杞幼苗的RL和SL均有顯著降低趨勢(P<0.05)，且RL的降低幅度明顯高于SL。以上結(jié)果說明，MT對各類復(fù)合鹽堿脅迫下黑果枸杞幼苗生長均有一定影響，適當(dāng)?shù)蜐舛萂T能夠在一定程度上緩解鹽堿脅迫對黑果枸杞RL和SL造成的傷害，而高濃度MT則加劇鹽堿脅迫的傷害，且RL對MT濃度的響應(yīng)比SL更為敏感。

表5 外源MT對復(fù)合鹽堿脅迫下黑果枸杞種子萌發(fā)GI和VI的影響

表6 外源MT對復(fù)合鹽堿脅迫下黑果枸杞種子萌發(fā)RL和SL的影響

3 討 論

3.1 黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長對不同鹽堿組成和鹽堿濃度組合脅迫的響應(yīng)

3.2 外源MT對復(fù)合鹽堿脅迫下黑果枸杞種子萌發(fā)的調(diào)控作用

為了抵御干旱、鹽害、低溫等各種不良生存環(huán)境對植物的傷害效應(yīng)，植物在長期進(jìn)化過程中演變出了一系列復(fù)雜的防御反應(yīng)機(jī)制。諸多研究證明，MT在植物防御反應(yīng)過程中具有極為廣譜的作用[29,38-39]。陳莉等[40]研究發(fā)現(xiàn)，低濃度褪黑素對鹽脅迫下棉花種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用，提高了種子耐鹽性，而高濃度褪黑素對棉花種子萌發(fā)具有抑制作用；熊毅等[41]研究表明，外源褪黑素能顯著提高NaCl(濃度150 mmol/L)脅迫下老化燕麥種子的發(fā)芽率，以褪黑素濃度為500 μmol/L時效果最佳。本研究得到相類似的結(jié)果：L、M、H 3種復(fù)合鹽堿在50、100、200 mmol/L 3種鹽堿濃度脅迫下，黑果枸杞種子萌發(fā)期GP、GR、GI、VI、SL、RL指標(biāo)均隨MT濃度升高呈現(xiàn)先升后降趨勢，說明外源MT對各類鹽堿脅迫下黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長均具有一定的促進(jìn)作用，但MT濃度過高時則會抑制黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長。這可能是因?yàn)镸T通過直接或間接清除鹽堿脅迫產(chǎn)生的活性氧自由基，達(dá)到緩解傷害目的[42]，濃度過高時又會誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的氧化變性[43]，反而造成活性氧積累，表現(xiàn)為加劇鹽堿脅迫對黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長的傷害作用；也可能是MT與赤霉素和脫落酸分別呈現(xiàn)協(xié)同和拮抗關(guān)系，通過調(diào)節(jié)赤霉素和脫落酸的比例來調(diào)節(jié)種子萌發(fā)和抗逆性[44]。在本研究中，在L復(fù)合鹽處理下，0.1和0.3 mmol/L MT對GP、GR、GI、VI有促進(jìn)作用，并以0.1 mmol/L促進(jìn)效果最佳，而0.5和1.0 mmol/L MT則產(chǎn)生抑制作用；在M和H復(fù)合鹽處理下，0.1、0.3、0.5 mmol/L MT有促進(jìn)作用，并以0.3 mmol/L促進(jìn)效果最佳，但1.0 mmol/L MT則產(chǎn)生抑制作用，說明MT對中性復(fù)合鹽(L)脅迫的緩解作用強(qiáng)于對堿性鹽(M和H)的緩解作用，且最適MT濃度更低。推測原因可能是黑果枸杞種子通過自身合成MT或吸收環(huán)境中的MT來清除鹽堿脅迫產(chǎn)生的活性氧自由基，而堿性鹽較中性鹽脅迫會產(chǎn)生更多的活性氧自由基，清除活性氧自由基所需MT濃度更高[45]。

另外，在本研究各類鹽堿脅迫下，黑果枸杞幼苗RL在MT濃度為0.1或0.3 mmol/L時最大，在MT濃度為0.5 mmol/L時與對照(0 mmol/L)差異不顯著，在MT濃度為1.0 mmol/L時低于對照；幼苗SL在MT濃度為0.3 mmol/L時最大，在MT濃度為0.5 mmol/L時高于對照，在MT濃度為1.0 mmol/L時低于對照；同時，黑果枸杞幼苗生長表型顯示，隨外源MT濃度改變，幼苗RL的變化幅度比SL更大。說明MT對各類鹽堿脅迫下黑果枸杞幼苗生長具有傷害緩解和傷害加劇雙重效應(yīng)，低濃度緩解傷害，高濃度加劇傷害，且RL對MT濃度變化的敏感性比SL更強(qiáng)，這與劉月等[46]在大豆上的相關(guān)研究結(jié)果類似。其原因可能是MT具有與生長素類似的結(jié)構(gòu)和功能[47]，與生長素一樣對植物的生長表現(xiàn)為雙重性，同時也具有誘導(dǎo)生長素合成的作用[48]，黑果枸杞幼苗根部對MT敏感性比莖部更強(qiáng)，表現(xiàn)為根部最適MT處理濃度低于莖部。

綜上所述，鹽堿脅迫下黑果枸杞種子萌發(fā)期GP、GR、GI、VI、SL、RL指標(biāo)變化因鹽堿組成和鹽堿濃度而異，低濃度中性復(fù)合鹽(L50)對黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長有一定的促進(jìn)作用，高濃度中性復(fù)合鹽(L100、L200)、中度及重度堿性復(fù)合鹽(M、H)則表現(xiàn)出明顯抑制作用，且鹽堿濃度和堿性鹽占比越高，抑制作用越強(qiáng)。外源MT可有效緩解鹽堿脅迫對黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長的傷害效應(yīng)，但不同MT濃度的影響不盡相同。在L復(fù)合鹽中，MT濃度為0.1和0.3 mmol/L時對3種濃度鹽堿脅迫下黑果枸杞種子萌發(fā)和幼苗生長均有促進(jìn)作用，以0.1 mmol/L促進(jìn)效果最佳，而在MT濃度為0.5和1.0 mmol/L時則產(chǎn)生抑制作用；在M和H復(fù)合鹽中，MT濃度為0.1、0.3、0.5 mmol/L時有促進(jìn)作用，并以0.3 mmol/L促進(jìn)效果最佳，而MT濃度為1.0 mmol/L時則產(chǎn)生抑制作用。可見，MT用于調(diào)控黑果枸杞抗鹽性顯然可行，但應(yīng)根據(jù)鹽堿組成和鹽堿脅迫濃度，合理適量施加外源MT以緩解鹽堿脅迫對黑果枸杞種子萌發(fā)的傷害效應(yīng)，有效提高鹽堿脅迫下黑果枸杞種子的育苗成活率。

致謝：本研究得到新疆維吾爾自治區(qū)教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“新疆特殊環(huán)境物種多樣性應(yīng)用與調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、新疆師范大學(xué)校級重點(diǎn)學(xué)科生物學(xué)學(xué)科，新疆師范大學(xué)沙漠藻研究院的大力支持和幫助，在此表示衷心的感謝。