外源植物激素對東方山羊豆響應鹽脅迫的調控效應初探

田 聰，張清斌，顧 祥，韓 青，朱忠艷，王承軍，穆尼熱

(1.新疆畜牧科學院草業研究所，新疆 烏魯木齊 830000； 2.新疆維吾爾自治區農產品質量安全監督檢驗中心，新疆 烏魯木齊 830049)

東方山羊豆(Galegaorientalis)又稱飼用山羊豆，是一種多年生冬性豆科牧草，我國無此野生種質資源分布[1-2]。我國從20世紀90年代開始對東方山羊豆進行引種研究。1999年新疆畜牧科學院草業研究所從高加索地區引進東方山羊豆種子,并在新疆天山以北牧區進行多點引種試驗。通過多年馴化栽培，于2004年通過全國牧草評審委員會審定，登記為全國引進牧草新品種——“新引1號東方山羊豆”(G.orientaliscv.Xinyin No.1)，登記號為275[3]。隨著退牧還草、牧民定居、草原生態保護補助獎勵機制等項目的實施，東方山羊豆作為栽培草地建植用種得到進一步推廣栽培，并以其綜合農藝性狀好[4]、營養豐富[5]、越冬能力強、產草量高和不感染菟絲子(Cuscutachinensis)[2]的特性得到了廣大農牧民、基層農技、草原推廣部門的認可。

土壤鹽漬化是一個世界性難題[6]，也是困擾牧區栽培草地建設的核心問題之一，高品質農業土地資源有限，飼草料地建設不可能擠占經濟、糧食等作物的農業生產用地。采用工程學方法改良鹽堿地成本高[7]，無疑會增加人工飼草料地建設成本。種植抗逆性高的優良牧草不失為較佳的解決方式。但東方山羊豆在鹽堿地種植時，時常表現出出苗困難，苗期生長緩慢的現象。植物生長調節劑與植物耐鹽性的關系一直是植物耐鹽機理研究的重要內容[8]。本試驗研究植物生長激素對東方山羊豆種子發芽和苗期耐鹽性的影響，旨在為東方山羊豆在鹽堿地上的種植管理，以及培育篩選耐鹽堿優良品系、品種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1試驗材料 東方山羊豆種子于2010年10月采自新疆畜牧科學院草業研究所東方山羊豆育種試驗田，通風晾干，去種莢后4 ℃低溫保存。

1.2試劑與設備 6-卞基腺嘌呤(6-BA)、α-萘乙酸(NAA)、赤霉素(GA3)為進口分裝，購自上海生工生物股份有限公司；其余試劑為國產分析純。分析天平及721分光光度計、人工氣候箱均為國產儀器。

1.3試驗設計

1.3.1種子發芽特性的測定 將經預處理(機械打磨)的東方山羊豆種子用0.1% HgCl2消毒3 min，然后用蒸餾水沖洗干凈，置于底部墊有濾紙的發芽盒中。每盒放入種子100粒，設3個重復。采用稱重法，向發芽盒中分別加入濃度梯度為0、25、50、100、150、200 mmol·L-1的NaCl溶液。通過預試驗，GA3處理質量濃度為1 mg·L-1，6-BA為2 mg·L-1，NAA為5 mg·L-1，以不添加激素處理為對照將發芽盒置于人工氣候箱暗培養，設置溫度為26 ℃(16 h)/16 ℃(8 h)。第3天開始記錄發芽數，以胚根突破種皮2 mm作為種子發芽標準，霉爛的記為無生活力的種子，計算15 d內的發芽率[9]。

1.3.2幼苗生理特性的測定 將經過預處理的東方山羊豆種子(方法同上)播于墊有濾紙的發芽盒中，在1/4濃度Hoagland營養液中培養。種子發芽后用改良的Hoagland營養液水培，每5 d更換營養液，其余時間用去離子水補充散失水分。培養30 d后分別加入濃度為0、25、50、100、150、200 mmol·L-1的NaCl溶液和GA3質量濃度為1 mg·L-1、6-BA為2 mg·L-1、NAA為5 mg·L-1的Hoagland營養液對東方山羊豆幼苗進行培養(每處理3個重復)，以不添加激素處理為對照。處理5 d后，收集葉片測定游離脯氨酸[10]、丙二醛[10]、葉綠素[11]含量等各項生理指標。

1.4數據處理 所有試驗數據采用微軟Excel及DPS 9.1.48軟件進行統計分析，完成作圖。

2 結果與分析

2.1植物生長激素對NaCl脅迫下東方山羊豆種子發芽的影響 隨NaCl濃度的增大，4組處理的發芽率均呈現下降趨勢，因處理方式不同，降低的程度也不相同(圖1)。在無激素處理組中，50 mmol·L-1的NaCl濃度下，鹽脅迫對種子萌發的影響較小，發芽率呈現出下降趨勢；在100 mmol·L-1的NaCl濃度下，發芽率大幅下降；當NaCl濃度達到200 mmol·L-1以上時，萌發率幾乎為0(<1%)。在GA3處理組中，發芽率下降趨勢較緩，在鹽濃度為150 mmol·L-1時，發芽率才有較大的下降，但在鹽濃度為200 mmol·L-1時，仍能有接近50%的發芽率，催芽能力明顯。6-BA處理組中，隨著鹽濃度提高，發芽率在100 mmol·L-1之后，才大幅下降。NAA組中，發芽率與無激素處理組中趨勢比較接近，基本上沒有催芽的效果。

2.2植物生長激素對NaCl脅迫下東方山羊豆幼苗脯氨酸含量的影響 在無鹽脅迫狀態下，各激素處理差異不顯著(P>0.05);隨著鹽濃度的提高，4組處理中東方山羊豆幼苗脯氨酸含量呈增加趨勢(圖2)。當NaCl濃度高于50 mmol·L-1時，脯氨酸含量較無鹽脅迫狀態下均顯著增大。在同一脅迫處理下，NAA和6-BA處理脯氨酸含量總是高于其他處理。NAA組在200 mmol·L-1鹽濃度下，脯氨酸含量最高，為本組初始期的10倍以上。雖然無激素處理組中脯氨酸含量較低，但最高鹽脅迫濃度下脯氨酸含量較無脅迫狀態下提高了18倍。NaCl濃度為50 mmol·L-1時，GA3組脯氨酸含量較無激素處理組差異不顯著。6-BA組中，50～100 mmol·L-1鹽濃度區間中，脯氨酸濃度高于NAA。

圖1 植物生長激素對NaCl脅迫下東方山羊豆種子發芽率的影響Fig.1 Effects of plant growth hormones on germination of Galega orientalis under different NaCl stress seedlings under different NaCl stress

2.3植物生長激素對NaCl脅迫下東方山羊豆丙二醛含量的影響 在無鹽脅迫狀態下，NAA處理丙二醛含量與無激素處理差異顯著(P<0.05)，其他處理組MDA含量與無激素處理組差異不顯著(P>0.05)；隨著NaCl濃度的增加，無激素處理組和GA3組丙二醛含量呈下降趨勢(圖3)。在25～100 mmol·L-1鹽濃度區間，無激素處理組出現先下降后迅速回升的趨勢，這與東方山羊豆幼苗的應激性有密切聯系。在最低點，即50 mmol·L-1鹽濃度是一個閾值。6-BA和NAA組丙二醛含量隨著NaCl濃度的增加呈先上升后下降的趨勢，拐點在50 mmol·L-1處。

圖2 植物生長激素對NaCl脅迫下東方山羊豆幼苗脯氨酸含量的影響Fig.2 Effects of plant growth hormones on proline content of Galega orientalis seedlings under different NaCl stress

圖3 植物生長激素對NaCl脅迫下東方山羊豆丙二醛含量的影響Fig.3 Effects of plant growth hormones on MDA content of Galega orientalis seedlings under different NaCl stress

2.4植物生長激素對NaCl脅迫下東方山羊豆葉綠素含量的影響 在無鹽脅迫條件下，東方山羊豆幼苗無激素處理中葉綠素含量顯著(P<0.05)高于GA3和6-BA處理。隨著鹽濃度的不斷提高，4組處理葉綠素含量均總體呈現降低的趨勢(圖4)。低濃度的鹽脅迫下，無激素處理組和NAA組葉綠素含量上升，說明NAA能夠刺激東方山羊豆細胞中葉綠體的生成。隨著鹽濃度進一步提高，葉綠素含量逐漸下降，NAA組下降趨勢強于無激素處理，NAA表現出限制葉綠素的形成。總體來說，在中、低濃度的鹽脅迫條件下，NAA處理的東方山羊豆葉綠素含量高于無激素處理，對幼苗的生長是有利的。而GA3和6-BA處理降低了非鹽脅迫和鹽脅迫條件下葉綠素的含量。

圖4 植物生長激素對NaCl脅迫下東方山羊豆葉綠素含量的影響Fig.4 Effects of plant growth hormones on chlorophyll content of Galega orientalis seedlings under different NaCl stress

3 討論

3.1鹽脅迫及激素處理對東方山羊豆種子發芽的影響 對于大多數非鹽生植物，鹽脅迫明顯影響其種子萌發，隨著鹽濃度的增大，種子萌發出現遲滯的現象[12]，高濃度鹽分對種子有毒害作用。鹽脅迫環境阻礙植物種子吸水，同時過量的離子進入植物細胞，還會打破種子體內激素平衡。植物對鹽脅迫環境也會表現出應激性，但會增加植物的代謝成本。本研究發現，隨著鹽脅迫濃度的增加，東方山羊豆種子發芽率總體呈下降趨勢，質量濃度低于50 mmol·L-1NaCl脅迫對東方山羊豆發芽影響小，這與苜蓿(Medicagosativa)等[13-14]非鹽生植物的研究結論類似，即低鹽濃度對種子萌發抑制作用不明顯。植物生長調節劑可用于調控種子萌發[15]。外源植物激素的刺激能夠調控種子中一系列信號轉導途徑。從而使種子萌發相關酶的活力增強，促使種子萌發，最終表現為提高了種子的生活力[16]。GA3是一種重要的植物激素，常用于打破某些植物種子的休眠，促進其萌發[17]；6-BA是一種非植物內源生長調節物，能促進細胞分裂[18]；NAA可促進細胞伸長與分裂，誘導形成不定根，促進扦插枝條生根[18]。本研究結果顯示，GA3、6-BA、NAA 3種植物外源激素中，僅GA3的浸種處理達到了在較高鹽濃度脅迫條件下，對東方山羊豆種子有催芽的效果，而6-BA、NAA的處理，雖然一定程度上可以提高種子的發芽率，但從總體上看，不能達到生產上的要求，這是否與其浸種時間和浸種濃度有關還需做進一步的研究。

3.2東方山羊豆對鹽脅迫及激素處理的生理響應 當植物體受到逆境脅迫時，體內會發生一系列的生理生化變化，從而提高植株適應逆境的能力。脯氨酸作為一種有機滲透調節劑，雖然它在植物體內積累的原因和生理意義仍然存在分歧，但其可作為植物對鹽堿脅迫反應敏感的協變指標[19]。通常植物中脯氨酸含量很低，但遇到鹽堿、干旱、低溫等逆境時，脯氨酸便會大量積累，其積累指數與植物的抗逆性有關。在本研究中的鹽脅迫條件下，隨著NaCl濃度的提高，東方山羊豆葉片中游離脯氨酸含量顯著增加，表明東方山羊豆具有一定的滲透調節能力。特別是在NaCl濃度超過50 mmol·L-1，脯氨酸含量增長較快。在鹽脅迫條件下，NAA、6-BA能夠調控東方山羊豆脯氨酸快速累積。隨著鹽濃度的提升，低濃度的NAA就可以使東方山羊豆幼苗脯氨酸含量成倍提高。在本研究的中等鹽濃度100 mmol·L-1NaCl脅迫下，2 mg·L-16-BA可使東方山羊豆幼苗脯氨酸含量顯著提升，但隨著鹽濃度的提高，調控能力下降。GA3對東方山羊豆脯氨酸積累促進作用要明顯低于NAA和6-BA。

植物器官衰老或在逆境下遭受傷害，通常會發生膜脂過氧化作用，MDA是膜脂過氧化的最終分解產物，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度[20]，同時也能夠間接反映植物組織抗氧化性和細胞結構的完整程度。本研究中，隨著鹽脅迫濃度的升高，東方山羊豆丙二醛的含量表現出波動性，低鹽濃度脅迫條件下，MDA含量下降，中等鹽濃度下MDA含量升高，當NaCl脅迫濃度超過100 mmol·L-1，MDA含量下降，初步判斷MDA不適合作為評價東方山羊豆耐鹽性的重要生理指標。推測東方山羊豆可能在膜系統上有其他的耐鹽結構和機制，這與李鑫等[21]的研究結果有很強的相關性。

葉綠素是參與植物光合作用的核心物質，葉綠素含量與葉片光合作用密切相關。因而，葉綠素含量可以作為評價植物生長狀況的重要指標[22]。本研究顯示隨著鹽濃度的提高，東方山羊豆幼苗葉綠素的含量隨之下降，但在高濃度的NaCl脅迫下，葉綠素含量有上升，這是否與東方山羊豆自身抗逆機制有關，還是由膜系統損傷導致仍需研究。NAA可以提高東方山羊豆幼苗葉綠素含量，特別是在中、低鹽濃度條件下。

在分析植物生長激素對植物生長的影響時，不能只強調某一項生理指標，而應綜合考慮對植物種子萌發和苗期生長的影響。盡管NAA加大了東方山羊豆苗期細胞膜的滲透壓力，但NAA能促進東方山羊豆滲透調節物質的積累和細胞光合作用，在中、低鹽濃度脅迫條件下，對苗期東方山羊豆耐鹽生長綜合調控效果好于GA3和6-BA。由于本試驗僅探討了NaCl對東方山羊豆種子、幼苗的影響，但通常鹽堿地上生長的植株會受到復鹽脅迫，且不同無機離子之間存在著相互作用[23]，同時幼苗與成熟植株的耐鹽性是否一致等問題均值得研究。此外，已經開發出來植物生長調節劑種類繁多，用法、用量各不相同。因此，關于植物生長調節劑對東方山羊豆在實際鹽堿土壤條件下的耐鹽性的影響值得進一步探討研究。

4 結論

本研究表明，東方山羊豆種子和幼苗對鹽脅迫敏感。東方山羊豆能夠適應0～50 mmol·L-1NaCl濃度脅迫。在NaCl濃度為150 mmol·L-1以內，GA3適合用于提高鹽脅迫條件下東方山羊豆種子發芽率。NAA適合調控東方山羊豆幼苗在中、低鹽濃度下的生長。試驗結果對東方山羊豆育種材料選擇、種子包衣技術的開發及在鹽堿地上的栽培管理具有參考價值。

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