外源物質(zhì)對鹽脅迫下西瓜種子發(fā)芽的影響_賀滉.pdf

北方園藝（）： ·研究論文·第一作者簡介：賀滉（），男，碩士，助理研究員，研究方向為蔬菜遺傳育種。：責任作者：詹園鳳（），女，碩士，副研究員，研究方向為蔬菜遺傳育種。：基金項目：中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項資助項目（）；海南耕地改良關(guān)鍵技術(shù)研究與示范專項資助項目（）。收稿日期：外源物質(zhì)對鹽脅迫下西瓜種子發(fā)芽的影響賀滉，牛 美 麗，黨 選 民，詹 園 鳳（中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱帶作物品種資源研究所，海南 儋州；舞陽縣第一高級中學(xué)，河南 舞陽）摘要：以小型西瓜品種“美月”種子為試材，在溶液中添加不同濃度的茉莉酸甲酯、氯化鈣和脯氨酸，對其種子進行浸種處理，研究了外源物質(zhì)對西瓜種子發(fā)芽的影響。結(jié)果表明：·濃度處理效果最佳，以該濃度作為西瓜種子發(fā)芽處理鹽濃度；茉莉酸甲酯、氯化鈣和脯氨酸均能提高鹽脅迫下種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)以及根系活力、胚根長和胚軸長；以添加脯氨酸處理效果最佳，脯氨酸最適濃度為·，在此濃度下，發(fā)芽率和發(fā)芽勢等指標顯著提高。說明種外源物質(zhì)能夠緩解鹽脅迫對西瓜種子的傷害，促進西瓜種子的萌發(fā)。該研究為這種外源物質(zhì)在西瓜種植中的應(yīng)用提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞：外源物質(zhì)；鹽脅迫；西瓜種子；萌發(fā)中圖分類號： 文獻標識碼： 文章編號：（）我國鹽漬土地總面積約億，占全國土地總面積的，并且發(fā)生次鹽漬化的土地面積仍在不斷增加，嚴重影響作物的產(chǎn)量和制約作物種植面積的增長。西瓜 （） 屬西瓜屬一年生蔓性草本植物，起源于非洲。我國是西瓜生產(chǎn)第一大國，其栽培面積、總產(chǎn)量和消費量均居世界之首，在我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和促進農(nóng)民增收等方面發(fā)揮著重要作用。作為一種鹽敏感瓜菜，土壤的鹽漬化抑制了西瓜的生長發(fā)育，也嚴重影響西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。茉莉酸甲酯（ ，）是廣泛存在于高等植物體內(nèi)的內(nèi)源激素，在植物生長發(fā)育、蒸騰作用、誘導(dǎo)抗逆基因表達等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過添加外源，可以提高作物對非生物脅迫的抗性，減少非生物脅迫對作物的傷害。李小玲等研究發(fā)現(xiàn)，以濃度為對照，在鹽溶液中添加·茉莉酸甲酯可緩解鹽害，顯著提高黃芩種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率，提高葉片、活性及葉綠素含量，降低含量。等報道在鹽脅迫條件下，施加外源通過調(diào)控細胞分裂素氧化酶來調(diào)節(jié)小麥幼苗細胞分裂素含量，從而緩解鹽害對小麥幼苗生長的阻礙效應(yīng)。是植物的一種信號分子，它參與到植物細胞氣孔關(guān)閉和維持細胞內(nèi)離子平衡。鈣通過與胞內(nèi)鈣調(diào)蛋白結(jié)合，參與到植物脅迫信號的傳遞、響應(yīng)和表達，保護植物細胞膜系統(tǒng)和滲透壓，從而提高植物的抗逆性和抗病性等。脯氨酸是以游離狀態(tài)廣泛存在于植物體內(nèi)，在鹽漬、水澇、干旱及病害侵染等不利條件下積累，并證實其與胞內(nèi)鈉鉀離子運輸和滲透平衡有關(guān)，且具有清除活性氧的作用，在植物逆境脅迫響應(yīng)中發(fā)揮著重要的作用。雖已有部分研究報道、和脯氨酸能促進鹽脅迫下水稻和黃芩等植物種子的萌發(fā)，但這種外源物質(zhì)是否能促進鹽脅迫下西瓜種子的萌發(fā)仍未知曉。因此，該研究以海南小型西瓜品種“美月”為供試材料，研究外源施加、和脯氨酸對于鹽脅迫下西瓜種子萌發(fā)的影響，并比較三者的作用效果，旨在探討種外源物質(zhì)緩解鹽脅迫下西瓜種子萌發(fā)的效果，為、和脯氨酸的抗逆應(yīng)用提供參考依據(jù)。 材料與方法 試驗材料供試小型西瓜品種“美月”由中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所提供。 試驗方法 鹽脅迫最佳濃度的選擇選取成熟飽滿的西瓜種子，先用高錳酸鉀溶液消毒，再用無菌水沖洗次，然后用濃度分別為、·溶液浸種，將種子擺放在鋪有層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個擺放粒種子，加入的處理液，每處理重復(fù)次，置于的恒溫培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)，期間每更換一次相應(yīng)的處理液，培養(yǎng)皿完全隨機排列。 外源物質(zhì)對西瓜種子的處理西瓜種子用上述方法消毒后，采用不同濃度（、·）、（、·）和脯氨酸（、·）處理液浸種，擺放在鋪有層濾紙的培養(yǎng)皿中，以中篩出的鹽濃度為對照（），進行種子發(fā)芽試驗。每處理粒種子，重復(fù)次。 項目測定催芽后的第天開始每天記錄發(fā)芽數(shù)，記錄，以胚根露出作為種子萌發(fā)狀態(tài)。以對照組的發(fā)芽率計算相對發(fā)芽率，統(tǒng)計種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚根長、胚軸長、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，并采用法測定根系活力。其中：發(fā)芽率（）發(fā)芽種子數(shù)供試種子數(shù)×；發(fā)芽勢（）規(guī)定時間內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)供試種子數(shù)×（以的發(fā)芽率為準）；發(fā)芽指數(shù)（）（）；活力指數(shù)（）（）××。指日的發(fā)芽數(shù)，指相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)，為平均胚根長。催芽第天時隨機取粒種子測定胚根長度。 數(shù)據(jù)分析用 和軟件進行數(shù)據(jù)處理及單因素的差異顯著性分析，所有數(shù)據(jù)均以平均值±標準差表示。 結(jié)果與分析 西瓜鹽脅迫臨界值的選取圖顯示，隨著濃度的升高，西瓜種子的發(fā)芽率逐漸降低，當濃度從·增加到·時，西瓜種子發(fā)芽率變化不大。但是當濃度增加至·時，發(fā)芽率急劇下降，從·的降為，因此選取·為西瓜鹽脅迫的臨界值，以該濃度作為西瓜種子發(fā)芽的脅迫濃度進行外源物質(zhì)的處理。圖不同濃度對西瓜種子發(fā)芽的影響 鹽脅迫下外源物質(zhì)對西瓜種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響從表可以看出，當外源物質(zhì)濃度較低時，對鹽脅迫下西瓜種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢有明顯的促進作用，而隨著外源物質(zhì)濃度的增加，西瓜種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢逐漸降低。與對照相比，在·茉莉酸甲酯濃度下，與對照相比，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢有所提高，分別為和，高出、個百分點，提高不顯著（）。當茉莉酸甲酯濃度增加時，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢隨之降低；而在個不同濃 第期北方園藝度處理下，·濃度對鹽脅迫下種子出芽的緩解效應(yīng)最顯著，在此濃度下，種子發(fā)芽率達，比對照高個百分點。在· 濃度下，對種子的發(fā)芽勢影響最大，在此濃度下，種子發(fā)芽勢達，比對照高個百分點；對于脯氨酸，在·濃度下，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢最高，分別為和，比對照高、個百分點。隨著濃度的增加，脯氨酸的緩解效應(yīng)減弱。個外源物質(zhì)相比較，脯氨酸的作用效果最佳，且在·濃度時，對于西瓜發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響最大。但當脯氨酸濃度達到·時，其對鹽脅迫下種子的發(fā)芽不僅沒有促進作用，反而抑制了種子的發(fā)芽，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢也比對照低。表鹽脅迫下不同濃度外源物質(zhì)對西瓜種子發(fā)芽的影響 處理 發(fā)芽率 發(fā)芽勢 （·）（·）（·）（·） 蒸餾水 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 鹽脅迫下外源物質(zhì)對西瓜種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響從圖、可以看出，這種物質(zhì)對于種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響不一樣。對于茉莉酸甲酯來說，當濃度為·時，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)數(shù)值最高，分別為和，相比對照，高出和。濃度為·時，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最低，分別為和，比對照低和，說明該濃度的茉莉酸甲酯抑制了西瓜種子的發(fā)芽。而 在處 理 下，當濃 度 為·時，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)數(shù)最高，分別為和，分別比對照高和。當濃度為·，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)數(shù)值最低，分別為和，分別比對照低和。對于脯氨酸，在·脯氨酸濃度下種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)數(shù)值最大，分別為和，分別比對照高和。而當濃度為·，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最低，分別為和，比對照低和。在這種外源物質(zhì)中，脯氨酸的促進作用最明顯，添加脯氨酸后，西瓜種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)數(shù)值最高，但是不論是哪種外源物質(zhì)，添加濃度過高，對于西瓜種子發(fā)芽都會有抑制作用，同時發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)也低于對照組。 鹽脅迫下外源物質(zhì)對西瓜胚根長、胚軸長和根系活力的影響在鹽溶液中添加這種物質(zhì)可以提高西瓜種苗在鹽脅迫下的根系活力，從圖可以看出，茉莉酸甲酯、和脯氨酸三者之間相比較，在·脯氨酸濃度下，根系活力提高最明顯，達 到··，比 對 照 高··，而和茉莉酸甲酯處理效果不明顯，最適處理濃度為·，根系活力為··，茉莉酸甲酯最適處理濃 度 為·，根 系 活 力 為··，和茉莉酸甲酯處理相對于對照，根系活力僅有微弱的提高。在鹽溶液中添加脯氨酸和可以促進西瓜胚根伸長。其中· 處理效果最佳，平均胚根長為，比對照高，添加脯氨酸的最適濃度為·，在此濃度下，胚根長為 ，僅比對照高北方園藝月（下）注：脯氨酸濃度為、·，氯化鈣濃度為、·，濃度為、·。下圖同。： ，·， ， ，·， ，· 圖鹽脅迫下不同濃度外源物質(zhì)對西瓜種子發(fā)芽指數(shù)的影響 圖鹽脅迫下不同濃度外源物質(zhì)對西瓜種子活力指數(shù)的影響 ，效果不明顯；而在茉莉酸甲酯處理下，與對照相比，胚根反而變短，說明個處理濃度均對種苗胚根生長有抑制作用。鹽脅迫下僅能促進下胚軸的伸長，在·濃度下，下胚軸最長，為，比對照高。當濃度增加時，下胚軸長度也降低，濃度為·時，下胚軸最短，為，比對照短，說明高濃度對種苗下胚軸生長有抑制作用。在茉莉酸甲酯和脯氨酸處理圖鹽脅迫下不同濃度外源物質(zhì)對西瓜種苗胚根長的影響 圖鹽脅迫下不同濃度外源物質(zhì)對西瓜種苗下胚軸長的影響 圖鹽脅迫下不同濃度外源物質(zhì)對西瓜種苗根系活力的影響 第期北方園藝下，下胚軸長度均比對照短，說明這二者處理抑制了種苗下胚軸的生長。 討論茉莉酸甲酯和是植物胞內(nèi)重要的內(nèi)源信號分子，植物在逆境脅迫下，茉莉酸甲酯和參與到脅迫信號的感受、傳遞與響應(yīng)過程，誘導(dǎo)與抗逆相關(guān)的基因表達，增強植物的抗逆性，。脯氨酸代謝對于植物的生長發(fā)育和逆境響應(yīng)具有重要的影響，脯氨酸積累有利于植物抵抗不利的環(huán)境條件，從而影響植物抗逆性和生長發(fā)育。因此，添加一定濃度的外源茉莉酸甲酯、或脯氨酸可以促進植物生長，緩解植物在逆境下所受到的不利影響。但是如果濃度過高，則會對植物生長造成抑制，加重逆境脅迫對植物的傷害。因此，在處理前需要了解外源激素或氨基酸處理的最適濃度范圍。試驗中隨著濃度的增加，西瓜種子的出芽率逐漸降低，當濃度從·提高到·時，種子的出芽率急劇下降，因此，選取·的為西瓜鹽脅迫的臨界值，作為后續(xù)鹽脅迫處理的濃度。孫敏紅等研究表明，· 濃度對西瓜種子發(fā)芽有促進作用，濃度大于·，種子發(fā)芽則受到抑制，該試驗結(jié)果與其類似。但在其試驗中，不同品種在同一濃度處理下，出芽率存在差異，且與該試驗結(jié)果也不一致，這與不同西瓜品種抗性不同有關(guān)。種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等指標是種子在鹽脅迫的逆境下種子發(fā)芽數(shù)的多少和活力的大小的直觀體現(xiàn)。在該試驗中，鹽溶液中添加一定濃度茉莉酸甲酯、和脯氨酸可以顯著提高種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，緩解對西瓜種子發(fā)芽的抑制。用茉莉酸甲酯處理時，最適濃度為·。在此濃度下，茉莉酸甲酯的緩解效應(yīng)最明顯，當濃度提高時，對種子出芽反而造成了抑制。用處理時，最適濃度為·，在此濃度下，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最高，當濃度超過·時，則對種子發(fā)芽產(chǎn)生抑制作用。用脯氨酸處理時，最適濃度為·，在此濃度下，顯著提高種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，如濃度超過·時，種子發(fā)芽受到抑制，這與斯琴巴特爾等、楊藝等的研究結(jié)果相一致。這種外源物質(zhì)之間相比較，脯氨酸的作用效果優(yōu)于茉莉酸甲酯和，對鹽脅迫的緩解效應(yīng)最明顯。植物根部是抵御鹽脅迫的首要器官，根部細胞的外排功能和的分隔作用對植物響應(yīng)鹽脅迫具有關(guān)鍵的作用。胚根長和根系活力代表著根部在鹽脅迫下根部生長代謝活力的強弱。該試驗結(jié)果顯示，在鹽脅迫下，種外源物質(zhì)均可促進根的伸長和提高根系活力，可能與外源物質(zhì)調(diào)節(jié)根部次生代謝酶活性、維持胞質(zhì)滲透壓和清除細胞自由基等作用有關(guān)，這與等的研究結(jié)果相似。種外源物質(zhì)對比，促進根伸長效果最明顯，而脯氨酸更能提高根系活力，這可能與二者作用機制不同有關(guān)。同時，僅能促進胚軸的伸長，脯氨酸和茉莉酸甲酯對下胚軸的生長反而有抑制作用，這可能與二者的處理濃度過大有關(guān)。綜上所述，脯氨酸為鹽脅迫下西瓜種子發(fā)芽的最佳外源物質(zhì)，其最適處理濃度為·，鹽脅迫下種外源物質(zhì)提高種子出芽及對脅迫響應(yīng)相關(guān)的生理及分子機制有待進一步研究。參考文獻楊建國，樊麗琴，許興，等鹽堿地改良技術(shù)集成示范區(qū)水土環(huán)境變化研究初報中國農(nóng)學(xué)通報，（）： ， ，（）： ， ， ， ，：陳培琴，郁松林，詹妍妮，等茉莉酸對葡萄幼苗耐熱性的影響石河子大學(xué)學(xué)報，（）：李小玲，華智銳外源茉莉酸甲酯對鹽脅迫下黃芩種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，（）： ， ， ， ，（）： ，（）：北方園藝月（下） ，： ， ， ， ，： ， ，： ， ， ， ， ，：陳曉云，劉洪慶，李發(fā)良，等外源蔗糖和對蕎麥幼苗耐鹽性的影響植物生理學(xué)報，（）： ， ，（）：喬俊鵬，夏鵬云，梅海軍，等脯氨酸、維生素和 處理對深山含笑抗寒性的影響江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，（）：， ： ，（）： ， ， ， ，（）：顏志明，孫錦，郭世榮外源脯氨酸對脅迫下甜瓜幼苗生長和活性氧物質(zhì)代謝的影響江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，（）：孫敏紅，鄧云，和相瓊脅迫對不同西瓜品種種子發(fā)芽及其幼苗生長特性的影響北方園藝，（）：斯琴巴特爾，吳紅英鹽脅迫對玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的影響干旱區(qū)資源與環(huán)境，（）：楊藝，常丹，王艷，等鹽脅迫下茉莉酸（）及茉莉酸甲酯（）對棉花種子萌發(fā)及種苗生化特性的影響種子，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， （ ， ，； ， ）： ， ， ， ， · ， ；， ， ， ， ， ， ， · ， ： ； ； ； 第期北方園藝