水杨酸对华北落叶松种子萌发及幼苗生理特性的影响

范晓龙，陶 莉，马国强，卫书平

(1 山西林业职业技术学院，山西 太原 030009；2 山西林业调查规划院，山西 太原 030012)

在华北落叶松幼苗培育过程中发现，种子发芽率低和成苗率低的现象普遍存在，其中种子未经过任何处理是导致发芽率低的直接原因，而种子发芽后恰逢夏季高温，幼苗的生长常常因高温胁迫而大量死亡，这是造成成苗率低的直接原因。为破解华北落叶松育苗培育中存在的上述问题，研究者提出采用水杨酸(Salicylic acid,SA)处理华北落叶松种子以提高种子的发芽率，同时采用外施水杨酸的方式来提高幼苗的抗逆性，以促进成苗率的提高。

水杨酸是植物体内重要的活性物质，20世纪60年代发现其对植物生长具有重要的调节作用[1]，90年代又发现其是植物抗逆胁迫的信号分子[2]。当前众多研究证明，SA主要的生理作用是提高植物的抗逆性和延缓果实成熟。由于水杨酸具有提高植物抗逆性的重要作用，因此水杨酸常常作为提高植物幼苗抗逆性的重要活性物质而应用于多种植物的育苗工作中。向华等[3]在水稻的研究中发现，高浓度(0.1～0.2 mmol/L)的水杨酸处理会对水稻种子萌发产生抑制作用，而低浓度(0.005～0.05 mmol/L)的水杨酸处理能够促进种子萌发并提高抗逆性；朱利君等[4]在对红花的研究中发现，随着水杨酸浓度的增加，红花种子的发芽率呈升高趋势，其中水杨酸浓度在0.1～0.5 mmol/L时可以较好地促进胚根和胚芽生长，并且幼苗的抗逆性有所增强；张凤银等[5]对藜豆的研究显示，水杨酸浓度为1.5 mmol/L时对提高幼苗的抗逆性效果最佳；段辉国等[6]研究了水杨酸对NaCl胁迫下黄瓜种子活性的影响，结果表明，水杨酸浓度为0.5 mmol/L时种子发芽率、发芽势最高，水杨酸浓度为0.75 mmol/L时对降低幼苗MDA含量及细胞膜电导率的效果最佳；袁超等[7]研究发现，水杨酸可以有效缓解低温和盐胁迫对棉花的伤害；韩志平等[8]研究认为，水杨酸浓度在 1.00 mmol/L以下可以较好地提高西瓜种子发芽率和促进幼苗生长，并能增强幼苗的抗逆性。

以上研究均证明，在植物育苗中施用水杨酸可以较好地提高幼苗的抗逆性，但是对于不同植物水杨酸的适宜浓度存在差异，而且目前尚未见到关于水杨酸在华北落叶松育苗中应用的相关报道。为此，详细研究不同浓度水杨酸处理对华北落叶松种子发芽、幼苗生长和幼苗植株内保护酶活性的影响，以期为水杨酸在华北落叶松育苗中的应用及提高育苗质量提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试华北落叶松种子采自山西省东山实验林场种子园，2012-09采于20年生母树上，种子经过风选，剔除杂质、空粒和瘪粒并适当干燥后贮存于玻璃瓶中。2013-03挑选充实饱满的种子进行种子生活力测定，测定结果显示种子生活力为97%。

1.2 方 法

1.2.1 种子消毒 用50 g/L高锰酸钾浸种2 h，取出用蒸馏水清洗3遍后分别进行水杨酸浸种处理和外施处理。

1.2.2 水杨酸浸种处理 用浓度分别为0.1，0.5和1.0 mmol/L的水杨酸，于室温下浸种12 h，以蒸馏水浸种为对照(CK)。浸种后将种子用蒸馏水冲洗干净，播入处理好的发芽皿(13 cm×15 cm)中，每皿100粒。将发芽皿逐个标记，分2组放入SPX-G微电脑控制光照培养箱中培养。其中1组发芽皿在25 ℃条件下恒温培养，第4天开始每天测定1次种子发芽率，在试验的第12天测定胚根长、胚芽长的变化情况，用以确定水杨酸对幼苗生长的影响；另1组共9皿，发芽温度分别设置为25，30和35 ℃，于第12天终止发芽试验，测定幼苗POD、SOD活性及MDA、可溶性糖含量的变化，每个处理重复3次。

1.2.3 水杨酸外施处理 将消好毒的种子用蒸馏水浸种12 h后播入发芽皿中，培养12 d，取胚根长度一致的幼苗进行外施处理，用浓度分别为0.1，0.5和1.0 mmol/L 的水杨酸喷施幼苗根部，以其表面充分湿润而不滴水为度，待根部干燥后继续喷施，保持水杨酸在根部连续作用12 h，对照喷施蒸馏水，然后测定幼苗POD、SOD活性及MDA和可溶性糖含量的变化，每个处理重复3次。

1.2.4 测定指标及方法 胚根长与胚芽长使用直尺测定，每重复测定20株幼苗取其平均数；POD活性采用愈创木酚比色法[9]测定，SOD活性采用NBT还原法[10]测定，MDA含量采用硫代巴比妥酸法[11]测定,可溶性糖含量采用蒽酮法[11]测定。

1.3 数据处理

采用DPS 7.05对试验数据进行处理，应用单因素试验方差分析和Duncan’s多重比较法检验各处理之间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 水杨酸浸种对华北落叶松种子发芽率的影响

0.1，0.5和1.0 mmol/L SA浸种对华北落叶松种子发芽率的影响如图1所示。

图1 华北落叶松种子经不同浓度水杨酸处理后发芽率的动态变化

由图1可知，华北落叶松种子从第4天开始发芽，不同处理种子发芽率不同，其中对照发芽率最低，仅为2.33%，1.0 mmol/L水杨酸处理发芽率最高，达到8.67%；在发芽4～7 d，0.1和1.0 mmol/L水杨酸处理的发芽率比较相近，高于对照和0.5 mmol/L处理；发芽8～9 d， 3个水杨酸处理之间无显著差异(P>0.05)，但均显著高于对照(P<0.05)；发芽10～12 d，发芽率呈现出随着水杨酸浓度增加而降低的变化趋势，其中0.1 mmol/L水杨酸处理的发芽率为87.22%，显著高于对照(54.02%)和1.0 mmol/L(67.12%)处理(P<0.05)，0.5 mmol/L处理发芽率为75.34%，显著高于对照(P<0.05)，但与1.0 mmol/L 处理之间无显著差异(P>0.05)。从华北落叶松种子发芽率的变化上来看，水杨酸处理浓度为0.1～0.5 mmol/L时对提高种子发芽率效果较好。

2.2 水杨酸浸种对华北落叶松幼苗生长的影响

由表1可以看出，发芽12 d时，华北落叶松胚根长以0.1 mmol/L水杨酸处理最高，达到了48.11 mm，显著高于对照(P<0.05)和其他处理；1.0 mmol/L处理的胚根长仅较对照提高1.40 mm，两者之间无显著差异(P>0.05)。胚芽长也以0.1 mmol/L水杨酸处理最高，较对照提高了84.67%，显著高于对照(P<0.05)和其他处理；0.5与1.0 mmol/L处理之间无显著差异(P>0.05)；0.5 mmol/L处理胚芽长较对照提高16.22%，但与对照之间无显著差异(P>0.05)。综合分析认为，0.1～0.5 mmol/L的水杨酸处理对促进华北落叶松幼苗生长效果较好。

表1 不同浓度水杨酸对华北落叶松幼苗生长的影响

2.3 水杨酸浸种和外施对华北落叶松幼苗POD和SOD活性的影响

2.3.1 水杨酸浸种 由表2可知，经浸种处理后，华北落叶松幼苗体内的POD和SOD活性均随处理温度的升高而降低，且在同一培养温度下，2种保护酶活性均随着水杨酸浓度的增加呈现降低趋势。对POD活性来说，在发芽温度为25～30 ℃时，除0.1 mmol/L水杨酸处理的POD活性高于对照外，0.5和1.0 mmol/L水杨酸处理的POD活性均低于对照；35 ℃时，3个水杨酸处理的POD活性均显著高于对照(P<0.05)，其中以0.1 mmol/L水杨酸处理的提高幅度最大，达到了174.42%，1.0 mmol/L处理提高幅度最小，仅为90.70%。SOD活性的变化规律与POD相似，在培养温度为25，30，35 ℃时，0.1 mmol/L水杨酸处理的SOD活性分别较对照提高26.30%，86.98%和109.82%，而0.5 mmol/L水杨酸处理的SOD活性仅在35 ℃条件下较对照提高58.93%。表明水杨酸处理可以提高高温环境下华北落叶松幼苗体内2种保护酶的活性，其中以浓度为0.1～0.5 mmol/L时提高效果较好。

表2 水杨酸浸种对不同培养温度下华北落叶松幼苗POD和SOD活性的影响

2.3.2 水杨酸外施 由表3可知，在外施水杨酸条件下，0.1和1.0 mmol/L处理华北落叶松幼苗的POD活性在培养温度为30 ℃时达到最高，且35 ℃条件下的POD活性较25 ℃时高。外施水杨酸对华北落叶松幼苗POD活性的影响与浸种有所不同，在25和30 ℃条件下，外施水杨酸处理的POD活性均显著高于对照(P<0.05)，而在35 ℃时，0.1和0.5 mmol/L处理的POD活性也显著高于对照(P<0.05)；同时，在3个处理温度下，均以0.1 mmol/L水杨酸处理的POD活性最高，分别较对照提高 2.44，2.17和0.57倍。在25和30 ℃条件下，0.1与0.5 mmol/L水杨酸处理之间SOD活性无显著差异(P>0.05)，但均显著高于对照(P<0.01)；1.0 mmol/L水杨酸处理在25 ℃条件下与对照相比无显著差异(P>0.05)，但在35 ℃条件下所有水杨酸处理的SOD活性均显著高于(P<0.05)对照；在3个不同的温度处理下，均以0.1 mmol/L水杨酸处理的SOD活性最高，0.5 mmol/L处理次之。综合分析认为，外施水杨酸浓度在0.1～0.5 mmol/L时，可以显著提高华北落叶松幼苗体内的POD和SOD活性。

表3 外施水杨酸对不同培养温度下华北落叶松幼苗POD和SOD活性的影响

2.4 水杨酸浸种和外施对华北落叶松幼苗MDA含量的影响

由表4可知，在各浓度水杨酸浸种条件下，华北落叶松幼苗体内的MDA含量均随着培养温度的升高而呈增加趋势；而在同一培养温度下，MDA含量均随着水杨酸处理浓度的增加而呈逐渐降低趋势。方差分析结果表明，在25 ℃条件下，0.5和1.0 mmol/L水杨酸处理的MDA含量显著低于对照(P<0.05)；在30和35 ℃条件下，所有水杨酸处理的MDA含量均显著低于对照(P<0.05)，表明水杨酸可以较好地提高华北落叶松幼苗的抗热性。由表4还可知，外施水杨酸处理幼苗体内的MDA含量同样表现为随着温度升高而升高的变化趋势，并且各温度下均以0.1 mmol/L水杨酸处理的MDA含量最高。方差分析结果表明，3个外施水杨酸处理在各培养温度下的MDA含量均显著低于对照(P<0.05)，表明外施水杨酸同样可以显著降低(P<0.05)华北落叶松幼苗体内的MDA含量，对防止膜脂过氧化具有良好的效果。

2.5 水杨酸浸种和外施对华北落叶松幼苗可溶性糖含量的影响

由表5可知，在水杨酸浸种处理条件下，华北落叶松幼苗体内的可溶性糖含量均高于对照，但是不同浓度水杨酸处理的可溶性糖含量存在差异。从试验结果来看，0.5 mmol/L处理的可溶性糖含量最高，与对照相比差异显著，0.1 mmol/L的可溶性糖含量仅次于0.5 mmol/L处理，且2个处理之间无显著差异；1.0 mmol/L处理的可溶性糖含量高于对照，但与对照之间无显著差异，表明水杨酸浸种浓度为0.1～0.5 mmol/L时，其可以显著提高华北落叶松幼苗体内的可溶性糖含量，而水杨酸浓度达到1.0 mmol/L时促进效果不再显著。

外施水杨酸处理对华北落叶松幼苗体内可溶性糖含量的影响规律与浸种处理相似，但是外施水杨酸处理幼苗体内的可溶性糖含量高于水杨酸浸种处理。同时，在25和30 ℃条件下，0.1和0.5 mmol/L 处理的可溶性糖含量均显著高于对照，0.1与1.0 mmol/L处理之间可溶性糖含量无显著差异，1.0 mmol/L处理与对照之间无显著差异；35 ℃时，0.1和0.5 mmol/L处理的可溶性糖含量显著高于对照和1.0 mmol/L处理。综合分析认为，无论外施还是浸种处理，水杨酸浓度仍以0.1～0.5 mmol/L为宜。

表4 浸种和外施水杨酸对华北落叶松幼苗MDA含量的影响

表5 浸种和外施水杨酸对华北落叶松幼苗可溶性糖含量的影响

3 结论与讨论

华北落叶松经水杨酸浸种处理后，种子的发芽率发生明显的变化，其中低浓度的水杨酸处理可以促进发芽率的提高，这种现象与其在水稻[3]、红花[4]、棉花[7]、玉米[12]、高羊茅[13]、黑麦草[14]等植物上的研究结果相似。从本试验的研究结果来看，提高华北落叶松种子发芽率的最佳水杨酸处理浓度为0.1 mmol/L，该浓度下种子发芽率与对照相比提高了33.20%。水杨酸可以促进华北落叶松胚根和胚芽的生长，以水杨酸浓度为0.1～0.5 mmol/L时效果较佳，其中0.1 mmol/L处理的胚根长度较对照增加83.91%，这与低浓度水杨酸促进油松[15]根系生长的结论相似，表明低浓度的水杨酸处理可以促进华北落叶松胚根的生长。

POD和SOD是植物体内2种重要的保护酶，其活性大小与植物抗逆性的强弱有直接关系[16]。通常认为，POD和SOD的活性越高，植物的抗逆性越强[17]。本试验发现，华北落叶松种子经0.1～0.5 mmol/L水杨酸浸种后，其幼苗在高温胁迫下POD、SOD活性均显著高于对照，表现出了较强的抗高温能力。同时，本试验结果表明，在外施0.1～0.5 mmol/L水杨酸条件下，华北落叶松幼苗体内的POD和SOD活性也均高于对照，可见外施SA对其耐高温能力具有良好的促进作用，该结果与在国槐[18]上的相关研究结果相似。

MDA是膜脂过氧化作用的产物之一，其含量高低可以作为判断植物抗逆性强弱的重要指标[19]。本试验结果表明，无论是水杨酸浸种还是外施水杨酸处理，在30～35 ℃条件下，华北落叶松幼苗体内的MDA含量均显著低于对照，表明水杨酸处理对提高华北落叶松幼苗的抗高温能力具有良好作用。可溶性糖含量高低也是反映植物抗性强弱的一项重要指标，本试验结果证明，0.1～0.5 mmol/L水杨酸浸种或外施均可以显著提高华北落叶松幼苗体内的可溶性糖含量。综合分析认为，无论是浸种还是外施，0.1～0.5 mmol/L水杨酸对华北落叶松幼苗生理效应的改善效果较好。因此，在华北落叶松育苗实践中，可用0.1～0.5 mmol/L水杨酸浸种或喷根，以提高发芽率和幼苗的抗性。

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