壳聚糖浸种对盐胁迫苜蓿种子萌发受阻的缓解作用

常青山， 张利霞， 刘龙昌， 张巧明， 王 宁， 郑轶琦， 田彭伟， 王倩倩

(1.河南科技大学 林学院， 河南 洛阳 471003； 2.河南科技大学 农学院， 河南 洛阳 471003)



壳聚糖浸种对盐胁迫苜蓿种子萌发受阻的缓解作用

常青山1， 张利霞2*， 刘龙昌1， 张巧明1， 王 宁1， 郑轶琦1， 田彭伟1， 王倩倩1

(1.河南科技大学 林学院， 河南 洛阳 471003； 2.河南科技大学 农学院， 河南 洛阳 471003)

为解决苜蓿种子萌发的盐害问题，采用不同浓度壳聚糖溶液(50～250 mmol/L)对苜蓿进行浸种处理，在100 mmol/L NaCl胁迫下进行苜蓿种子的萌发试验。结果表明：与清水对照相比，盐胁迫显著抑制苜蓿种子的萌发，壳聚糖50～200 mmol/L溶液浸种处理后，盐胁迫苜蓿种子的萌发效果均有不同程度升高，其中以150 mg/L壳聚糖处理对盐胁迫下苜蓿种子萌发的缓解效果最好，其根长、活力指数、苗高、发芽指数、发芽势和发芽率分别比盐胁迫对照组高7.82倍、52.27%、47.92%、22.68%、16.28%和15.67%。

苜蓿； 壳聚糖； 盐胁迫； 种子萌发; 缓解作用

苜蓿(MedicagosativaL.)俗称金花菜，品类繁多，栽培历史悠久，在世界范围内被广泛种植[1]，其中最有名的是紫花苜蓿。紫花苜蓿是一种多年生优质豆科牧草，有“牧草之王”的美称。其茎中含有丰富的蛋白质、矿物质、氨基酸、维生素和胡萝卜素，叶片中粗蛋白含量高达36.50%，其总能、消化能、代谢能也很高[2]，是替代禾本科牧草的首选。我国存在大量的盐渍化土地，约占全国可利用土地的4.88%，耕地中的盐渍化面积达6.62%[3]。虽然苜蓿的叶片具有排盐机制，但是不同品种间的耐盐性差别很大[4]，耐盐性也随个体发育阶段发生变化，其中种子萌发时是对盐胁迫最敏感的时期[5-6]。因此，探究盐胁迫下苜蓿种子的处理方法对于扩大我国苜蓿的种植面积具有重要意义。

壳聚糖(Chitosan，CTS)又称几丁聚糖、壳糖胺、脱乙酰基甲壳质和基多酸等，是甲壳素(chitin)脱乙酰基的衍生物。作为一种生物聚合物，广泛存在于昆虫的表皮、蟹虾的外壳以及微生物的细胞壁里。在植物遭到生物逆境胁迫时作为天然诱导因子，通过促进植物细胞次生代谢产物的形成，激活编码苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia lyase，PAL)和蛋白酶抑制子基因的转录等，参与植物细胞的防卫反应机制。壳聚糖也能在植物遭到非生物逆境时引发植物体的防卫反应机制，广泛应用于农业生产领域[7]，能够促进番茄[8]、大豆[9]、黄瓜[10]、水稻[11]等种子的萌发。壳聚糖通过诱导植物细胞木质胶、蛋白质抑制因子、木质素等物质的合成，参与植物细胞对病原菌侵染的防卫反应，有效提高植物的抗病性[12]；通过提高抗氧化酶类(SOD，POD，CAT，APX)的活性，增强幼苗的抗冷性[13]，对黄瓜幼苗抗盐性具有协同作用[12]。但目前有关壳聚糖浸种对盐胁迫下苜蓿种子萌发受阻的缓解作用研究鲜见报道。为此，笔者于2014年3月以苜蓿种子为材料，研究不同浓度壳聚糖溶液浸种对盐胁迫下苜蓿种子萌发特性的影响，为解决苜蓿种子萌发的盐害问题提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

紫花苜蓿(M.sativa)：品种名为标杆，购于江苏省农业科学院。培养箱：GXZ-280B型光照培养箱(宁波江南仪器制造厂生产)，培养温度(21±1)℃，每天光照12 h，光照度66%。

1.2 试验方法

设1个清水对照组(CK1)、1个盐胁迫对照组(CK2)和7个处理组(T1～T7)，重复4次。准确称取壳聚糖固体粉末1.000 0 g，先以1%醋酸配成母液，然后将其稀释为50 mg/L (T1)、100 mg/L (T2)、125 mg/L (T3)、150 mg/L (T4)、175 mg/L (T5)、200 mg/L(T6)、250 mg/L(T7)的壳聚糖试验用溶液。选取籽粒饱满、大小基本一致的苜蓿种子，用0.1%的氯化汞溶液消毒10～15 min，再经去离子水漂洗3次并用吸水纸吸干表面水分，然后在各壳聚糖溶液及去离子水(CK)中浸泡12 h，用去离子水漂洗种子3次，吸水纸吸干种子表面水分。将浸种处理的种子放入预先铺上2层滤纸的培养皿中，每皿50粒，重复4次，间距一致。每个培养皿加入100 mmol/L NaCl溶液10 mL进行胁迫，清水对照组(CK1)加等量去离子水。每天称重补水保证盐胁迫浓度不变，打开培养皿与外界换气5 min，每24 h观察记录发芽情况；最后1 d记录最终发芽数，幼苗鲜重、苗高与根长。

1.3 统计分析

采用《牧草种子检验规程GB/T2930.11-2008》规定的苜蓿末次计数时间(第10天)，每天统计发芽的种子数，10 d后计算发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数等指标。试验数据用软件SPSS 16.0进行单因素方差分析和多重比较(Duncan新复极差法)。

为避免单个指标的片面性，全面地反映壳聚糖浸种对盐胁迫下苜蓿种子萌发的影响能力[14]，采用隶属函数法分别对各处理效果进行综合评定，评定值越大，表明壳聚糖溶液浸种对苜蓿在盐胁迫下萌发能力的提高作用越明显。

隶属函数值计算公式:

R(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

反隶属函数值计算公式:

R(Xj)=1-(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中，Xj为第j个综合指标，Xmin和Xmax分别为第j个综合指标的最小值和最大值。若所测指标与抗性指标正相关则采用公式(1)，反之采用公式(2)。

2 结果与分析

2.1 种子萌发

从表1看出，在盐胁迫条件下，壳聚糖浸种的苜蓿种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数呈先增加后降低趋势。T4处理的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均达最高，分别比CK2增加15.67%、16.28%、22.68%和52.27%。发芽率、发芽势除T7处理外，其余壳聚糖处理均高于CK2，低于CK1，其中T3～T5处理与CK2相比差异均显著。发芽指数T4处理显著高于CK2，显著低于CK1，其余处理与CK2差异不显著。活力指数CK1与其余处理间差异显著；除T7处理外，T1～T6处理的活力指数显著高于CK2。

2.2 幼苗生长

从表1看出，随壳聚糖处理浓度增加幼苗鲜重先增加后降低。鲜重T1～T6处理均显著高于CK2，其中T3和T4处理分别比CK2增加20.82%和24.56%；T4处理与CK1间差异不显著，其余处理均显著低于CK1。幼苗根长、苗高除T7处理外，其他壳聚糖处理组均显著大于CK2，其中T3和T4处理分别比CK2增加6.64倍和7.82倍、39.17%和47.92%；所有壳聚糖处理组的根长均低于CK1。T3和T4处理的苗高略高于CK1，但差异不显著。

表1 各处理苜蓿种子的萌发及幼苗生长情况

表2 各处理苜蓿种子萌发及幼苗生长指标的隶属函数分析

Table 2 Subordinate function analysis and indexes of seeds germination ofM.sativaunder salt stress

处理Treatment发芽率Germinationrate发芽势Germinationenergy发芽指数Germinationindex活力指数Vigorindex鲜重Freshweight根长Rootlength苗高Seedlingheight综合评定Comprehensiveevaluationvalue排名OrderCK11.0001.0001.0001.0001.0001.0000.8046.8041CK20.1820.3370.0060.0390.1090.0400.0000.7138T10.3770.4230.2120.2510.4030.1460.5872.3987T20.4940.5380.2280.3660.6940.4490.6853.4535T30.6490.7400.2320.3940.7640.6880.8154.2843T41.0000.9420.4440.5770.8820.8031.0005.6482T50.6880.7120.1200.3340.8000.5050.9894.1484T60.5320.5380.0330.2540.7250.2520.6522.9886T70.0000.0000.0000.0000.0000.0000.1300.1309

2.3 综合评定

从表2可知，壳聚糖浸种处理对盐胁迫苜蓿种子萌发能力的影响浓度为150 mg/L>125 mg/L>175 mg/L>100 mg/L>200 mg/L>50 mg/L>0 mg/L>250 mg/L。综合评定值CK1最大，T7处理最小，其余处于两者之间，说明在盐胁迫下苜蓿种子萌发生长明显受到抑制，而过高浓度的壳聚糖处理也会抑制其种子萌发。

3 结论与讨论

试验结果表明，与盐胁迫对照相比，壳聚糖50～200 mg/L溶液处理可提高苜蓿种子的发芽率、发芽势、发芽指数及幼苗的苗高、根长与鲜重。其中，壳聚糖150 mg/L对盐胁迫下苜蓿种子萌发的缓解效果最好，该浸种处理下的根长、活力指数、苗高、发芽指数、发芽势和发芽率分别比盐胁迫对照组高7.82倍、52.27%、47.92%、22.68%、16.28%和15.67%。壳聚糖浓度在250 mg/L时苜蓿种子的萌发低于盐胁迫对照组，表现为抑制，原因是过高浓度的壳聚糖对植株生长具有一定的抑制作用[9]，苜蓿种子受到盐胁迫和过高浓度壳聚糖抑制双重影响所致。秦峰梅等[15]研究表明，盐胁迫显著抑制苜蓿根系的生长。试验结果表明，盐胁迫对根长的抑制作用大于对苗高的影响，壳聚糖浸种处理可有效减少盐胁迫对幼苗苗高和根生长的影响，与壳聚糖在大豆上的研究结果一致[9]。原因可能是胚根直接与盐接触，随着壳聚糖对盐胁迫的缓解，首先表现在胚根上，胚芽受到的缓解效果滞后于胚根。

壳聚糖浸种可有效提高盐胁迫下苜蓿种子的萌发能力，随着壳聚糖处理浓度的增加，苜蓿在盐胁迫下的种子萌发能力逐渐提高，其中以150 mg/L处理效果最好，超过150 mg/L后苜蓿种子的萌发能力和幼苗生长效果降低。该结果对盐渍化土壤环境下苜蓿牧场建植有一定的参考作用，应用于生产实践或者其他草坪草种是否有明显的缓解效果有待于进一步验证。

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(责任编辑： 冯 卫)

Relieving Effects on Germination ofMedicagosativaSeeds under Salt Stress Soaking in Chitosan

CHANG Qingshan1， ZHANG Lixia2*， LIU Longchang1， ZHANG Qiaoming1，WANG Ning1， ZHENG Yiqi1， TIAN Pengwei1， WANG Qianqian1

(1.CollegeofForestry，HenanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang，Hennan471003； 2.CollegeofAgriculture，HenanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang，Hennan471003,China)

In order to solve problem of salt injury in germination ofM.sativaseeds，the effects of seeds soaking in chitosan solutions with different concentrations (50～250 mmol/L) on germination characteristics of the seeds ofM.sativaunder 100 mmol/L NaCl stress were studied. Results: The seed growth ofM.sativaunder salt stress were obviously inhibited compared with the control (water). The seed germination indexes were improved in different extent after 50～200 mmol/L chitosan treatment, the treatment in 150 mmol/L chitosan could get the best relieving effect, the values of root length, vigor index, seedling length, germination index, germination energy，and germination percentage of the seeds in 150 mmol/L Chitosan improved 7.82 times，52.27%，47.92%，22.68%，16.28% and 15.67% higher than in the salt stress treatment respectively.

Medicagosativa； chitosan； salt stress； seed germination;relieving effects

2014-09-02； 2015-02-01修回

河南科技大学博士科研启动基金项目“氮素营养对夏枯草积累重金属的调控作用研究”(4026-13480038)

常青山(1979-)，男，讲师，博士，从事园林植物抗逆生理研究。E-mail:mehero2010@126.com

*通讯作者：张利霞(1982-)，女，讲师，博士，从事植物逆境生理研究。E-mail: hkdzlx@126.com

1001-3601(2015)05-0239-0069-03

S541.037

A