海藻糖浸種對鹽脅迫下揚麥19生理特性的影響

閆道良，鄭炳松（浙江農林大學林業與生物技術學院，浙江杭州311300）

·作物科學·

海藻糖浸種對鹽脅迫下揚麥19生理特性的影響

閆道良，鄭炳松
（浙江農林大學林業與生物技術學院，浙江杭州311300）

以揚麥19為材料，研究4個海藻糖溶液濃度（0、2、20、40 mmol·L-1）浸種對其種子萌發的影響。選擇對種子萌發沒有明顯抑制效應的最適海藻糖溶液濃度（2 mmol·L-1），研究其對鹽脅迫下（3 g·L-1NaCl）揚麥19幼苗生長及生理特性的影響。結果表明，2 mmol·L-1海藻糖溶液浸種處理對揚麥19種子發芽率和幼苗株高無顯著影響，但對幼苗單株干質量有顯著促進作用。在鹽脅迫下，2 mmol·L-1海藻糖浸種處理可顯著提高揚麥19幼苗相對生長率、單株生物量、葉綠素相對含量和N含量，比水浸種處理分別提高200%、6.50%、15.07%和9.25%；幼苗脯氨酸積累速度明顯加快，K+含量及K+/Na+顯著增加，Na+含量顯著下降（P＜0.05）。雙因素方差分析表明，影響幼苗K+含量的程度依次為海藻糖＞NaCl＞海藻糖×NaCl。海藻糖浸種處理可以使揚麥19更快更早地積累脯氨酸，增強對K+的吸收，以適應鹽脅迫環境。

揚麥19；海藻糖；鹽脅迫；浸種；生理特性

干旱和土壤鹽脅迫是影響作物生長及產量的主要不利環境因子［1-2］。面對逆境脅迫，植物在形態和生理上產生不同程度的適應特性，如植株矮化、葉片肉質化，抗氧化物酶活性增強，積累更多的滲透調節物質等［3］。而且，在逆境下，植物通過誘導基因的表達及生化修飾對首次脅迫產生“記憶”，以提高對后續環境脅迫的適應［4］。研究表明，對播種前的種子預處理是增強植物對不利環境適應的重要措施之一［5］，并且，這種處理方式成本較低，操作方便。

海藻糖是一種非還原性二糖，是一些生物的結構和能量貯藏物質，也是植物新陳代謝過程中的一種應激性的適應物質。許多生物在高溫、冷凍、干旱脫水及高滲等逆境狀態下表現出極強的耐受力，這與它們體內合成、積累大量的海藻糖有直接的關系［6］。研究證實，把海藻糖合成酶相關基因轉入到不合成海藻糖的水稻、小麥等植株內，可提高其對鹽脅迫的適應性［7-9］。而外源海藻糖同樣能緩解鹽脅迫和高溫脅迫對煙草細胞和冬小麥幼苗所造成的傷害，減輕鹽脅迫和高溫脅迫對幼苗生長的抑制［10-12］。本研究以江淮一帶大面積種植的揚麥19為材料，探討海藻糖浸種處理對鹽脅迫下種子萌發及相關生理特性的影響，為提高小麥在鹽漬化土壤中的抗性提供參考。

1 材料與方法

1.1 種子發芽及指標測定

水選法挑取籽粒飽滿、完好無損的揚麥19種子，用75%乙醇消毒2 min，用流水沖洗干凈后，置于裝有等體積不同濃度的海藻糖溶液（0、2、20、40 mmol·L-1）的廣口瓶中，其中對照組CK（海藻糖濃度為0）用蒸餾水，在4℃冰箱中浸泡處理種子2 d后做種子發芽試驗。將處理好的種子置于鋪有2層濾紙的培養皿中，每培養皿50粒種子，每處理3個重復，培養皿添加適量的蒸餾水，保障種子萌發所需水分，待種子胚根長為2 mm時，記為種子萌發，直至7 d后不再有種子萌發為止，計算發芽率。

發芽率/%=已萌發種子數/所有測試種子數×100。

用直尺測量株高，幼苗在80℃條件下烘干至恒重時稱量干質量。

1.2 鹽脅迫及指標測定

本試驗所有材料置于全光照人工氣候培養箱內，溫度為（25±1）℃/（22±1）℃（14 h/10 h），光照強度36～40 μmol·m-2s-1，相對濕度為70%～80%。取蒸餾水（對照組CK）和2 mmol· L-1海藻糖浸泡的種子分2組，做鹽脅迫試驗，試驗設置分別為：CK、3 g·L-1NaCl（S）、2 mmol· L-1海藻糖（Tr）、2 mmol·L-1海藻糖 +3 g·L-1NaCl（Tr+S）4個處理，鹽脅迫試驗是在相同規格的培養皿中進行，每隔2 d更換濾紙及注入同體積的處理液，處理液的量以浸沒種子厚度的1/3為準。同時，為避免單鹽毒害，種子萌發后，每培養皿噴施定量的1/4 Hoagland營養液。12 d后，用葉綠素儀（SPAD-502 Plus）測定葉片葉綠素相對含量SPAD值和含氮量，測量時避開主脈，每片葉在不同方位測5次，取平均值。生物量測定是把植株置于70℃烘箱中持續72 h后稱量干質量。相對生長率RGR=（ln DW2-ln DW1）/（D2-D1），其中：DW1和DW2分別為試驗開始和取樣測定時的單株干質量；D1和D2分別為試驗開始和取樣測定時的時間點（d）。

1.3 Na+、K+及脯氨酸含量的測定

用FP6400-A火焰光度計（上海傲普分析儀器有限公司）測定植株葉片Na+和K+含量（mg· kg-1干質量）。脯氨酸含量測定參照郝建軍等［13］的方法。

1.4 數據分析

利用SPSS 13.0對數據進行統計分析，處理間差異顯著性（P＜0.05）采用Duncan法多重比較。圖、表中數據為均值±標準誤。

2 結果與分析

2.1 海藻糖浸種處理對揚麥19種子發芽率及幼苗生長的影響

發芽試驗表明，與對照相比，2 mmol·L-1海藻糖浸種處理對種子的發芽率沒有顯著影響。3個濃度的海藻糖浸種處理對苗期株高均沒有顯著抑制作用。和對照相比，2～20 mmol·L-1海藻糖明顯增加了苗期生物量積累，2 mmol·L-1海藻糖處理后的幼苗單株干質量比對照高13.10%（表1），說明低濃度海藻糖浸種處理可以提高揚麥19幼苗干物質的合成與積累。

表1 海藻糖處理對揚麥19種子發芽率及幼苗生長的影響Table 1 Effect of exogenous trehalose on germination percentage of seeds and growth of seedlings of Yangmai-19

2.2 海藻糖浸種處理對揚麥19幼苗耐鹽性的影響

由表2可知，水浸種后的種子經鹽脅迫處理（S），其相對生長率、單株生物量、葉綠素相對含量（SPAD值）和N含量均顯著下降，分別是未經鹽脅迫處理（CK）的18.18%、74.58%、79.51% 和84.80%。2 mmol·L-1海藻糖浸種（Tr+S）顯著提高了鹽脅迫下幼苗的相對生長率、單株生物量、SPAD和N含量，分別比水浸種處理（S）提高了200%、6.50%、15.07%和9.25%，說明海藻糖浸種能緩解鹽脅迫對幼苗葉綠素的破壞，降低鹽害對葉片光合作用的抑制。

表2 海藻糖預處理對NaCl脅迫下植株生長、葉綠素相對含量和N含量的影響Table 2 Effects of trehalose pretreatment on growth，chlorophyll relative content and N content of Yangmai-19 seedlings under salt stress

2.3 海藻糖浸種處理對鹽脅迫下揚麥19幼苗葉片脯氨酸含量的影響

鹽脅迫下，揚麥19幼苗葉片中脯氨酸含量明顯上升。其中，Tr+S處理的脯氨酸含量比S處理上升速度更快，在48 h達到最高值，約為2.7 mmol·g-1（圖1）。處理時間為12、24、48 h時，Tr+S處理的脯氨酸含量分別是 S處理的1.64、1.28和1.79倍。處理72 h時，兩者脯氨酸含量較為接近。

2.4 海藻糖浸種處理對鹽脅迫下揚麥19幼苗葉片Na+、K+含量的影響

由表3可見，Tr處理的 K+含量顯著高于CK，是CK的1.32倍。與S處理相比，Tr+S處理的K+含量和K+/Na+顯著提高，說明海藻糖浸種可提高揚麥19幼苗對K+的吸收與積累，增強其對鹽脅迫的抗性。

雙因素方差分析表明，海藻糖與NaCl處理存在顯著的交互作用。對K+含量而言，各因素的影響程度為：海藻糖＞NaCl＞海藻糖×NaCl（表4）。

表3 海藻糖預處理對揚麥19鹽脅迫下幼苗Na+、K+含量的影響Table 3 Effect of trehalose pretreatment of Yangmai-19 on contents of Na+and K+in leaves

圖1 海藻糖預處理對揚麥19幼苗脯氨酸含量的影響Fig.1 Effects of seed pretreatment with trehalose on content of proline in leaves of Yangmai-19

表4 Na+、K+含量的雙因素方差分析結果Table 4 Results of a two-way analysis of variance of Na+and K+ion concentrations

3 討論

海藻糖對生物體和生物膜、蛋白質等大分子具有非特異性保護作用［14］。研究表明，通過轉基因技術或環境誘導能夠提高生物體內海藻糖的表達和積累，從而提高黑麥草［15］、冬小麥［8，16］、水稻［7］、和煙草［17］等作物的抗逆性。對植株施加外源海藻糖的方法更為簡便靈活，尤其是對種子進行預處理，避免種子發芽延緩，確保種子的發芽勢，對農業生產具有重要的意義［18］。外源海藻糖能提高甜瓜幼苗抗鹽堿脅迫能力［19］，提高高鹽濃度或高滲脅迫下油菜［20］、海濱錦葵［21］等種子的發芽率，以及冬小麥幼苗的抗寒性［22］和確保蘿卜在水分虧缺下的正常生長［23］。研究表明，海藻糖提高植株的抗逆性與其能夠提高植株內在的氧化防御體系活性，保護膜系統免受傷害有密切聯系。本研究表明，2 mmol·L-1海藻糖浸種揚麥19種子，并沒有明顯抑制種子的發芽率，卻顯著促進了幼苗干物質的積累。由此推測，一定濃度的外源海藻糖能促進揚麥19植株碳水化合物的合成，這與海藻糖能夠調節碳水化合物代謝，促進碳物質積累有密切關系［24-25］。

鹽脅迫明顯抑制了揚麥19幼苗的相對生長率，降低了葉綠素和N含量，而海藻糖浸種顯著提高了揚麥19幼苗在鹽脅迫下的相對生長率和葉綠素及N含量，這與前人研究結果一致［26-27］。由此可見，播種前對揚麥19進行海藻糖浸種處理可顯著緩解鹽脅迫對揚麥19幼苗生長發育的抑制作用。脯氨酸是植物應對各種脅迫的重要物質，起著滲透調節和穩定細胞結構的作用。研究表明，內源脯氨酸含量的增加可以提高植物對干旱及鹽脅迫的抗性［28-29］。Jiang等［30］把6-磷酸海藻糖合成酶基因IbTPS轉入煙草，通過提高植株的內源海藻糖和脯氨酸含量，增強了植株對鹽脅迫的適應。本試驗結果表明，海藻糖預處理可提高鹽脅迫下幼苗中脯氨酸積累速度，其在處理48 h時即達到最大值，比水浸種處理提前了約24 h。由此可見，海藻糖預處理可以使植物更快適應鹽脅迫，這也與其顯著提高幼苗的相對生長率一致。由此推測，海藻糖可作為使植物適應脅迫的一種誘導物，誘導植物通過基因表達及生理生化變化，以適應后期的鹽脅迫。植物體內K+含量及高K+/Na+是植物抗鹽性的重要指標［31］。海藻糖浸種處理可提高鹽脅迫下揚麥19幼苗K+含量和K+/Na+。雙因素方差分析表明，海藻糖對K+的影響程度最高。由此可見，海藻糖可能是作為一種信號分子，誘導揚麥19植株內某些氨基酸合成及K+吸收，以平衡Na+積累對細胞造成的傷害，提高植株對鹽脅迫的適應性。

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（責任編輯 張 韻）

Effects of soaking seeds in trehalose on physiological characteristics of wheat Yangmai-19 under salt stress

YAN Dao-liang，ZHENG Bing-song
（College of Forestry&Biotechnology，Zhejiang A&F University，Hangzhou 311300，China）

To investigate the effect of trehalose pretreatment with different concentrations of 0，2，20 and 40 mmol· L-1on seed germination，Yangmai-19，a high-yielding winter wheat cultivar，was selected as the experimental material.Furthermore，the optimal concentration of trehalose（2 mmol·L-1）was screened out to study its effect on growth and physiological characteristics of Yangmai-19 under salt stress（3 g·L-1NaCl）.The results showed that the seed germination and plant height were not significantly affected in the pretreatment with 2 mmol·L-1trehalose，but the dry weight per plant was significantly increased.Under salt stress，compared with the non-treated seeds，the relative growth rate，biomass per plant，relative chlorophyll content and N content in the pretreatment of 2 mmol·L-1trehalose were significantly improved by 200%，6.50%，15.07%and 9.25%，respectively.Proline accumulation rate was found to be significantly increased in the seedlings pretreated with 2 mmol·L-1trehalose than the non-treated seeds，as well as the total K+content and K+/Na+ratio，while Na+content was significantly decreased（P＜0.05）.Two-factor variance analysis showed that the factor orders of impacting K+content was trehalose＞NaCl＞trehalose×NaCl.Trehalose pretreatment could improve the seedlings adaption to salt stress earlier，by increasing their proline accumulation and also increasing their K+absorption.

wheat Yangmai-19；trehalose；salt stress；soaking seed；physiological characteristics

S512.1；S311

A

1004-1524（2016）08-1271-06

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.08.01

2015-11-17

浙江省重點科技創新團隊項目（2010R50039）

閆道良（1975—），男，安徽宿州人，講師，從事植物資源與耐鹽生理生態研究。E-mail：liangsie2000@foxmail.com