抗坏血酸引发对NaCl胁迫燕麦幼苗生长的影响

夏方山，李晓禹，董秋丽，王明亚，朱慧森，杜利霞，佟莉蓉

(1.山西农业大学 动物科技学院，山西 太谷 030801； 2.山西农业大学 林学院，山西 太谷 030801；3.中国农业大学 动物科技学院草业科学北京市重点实验室，北京 100193)

抗坏血酸引发对NaCl胁迫燕麦幼苗生长的影响

夏方山1，李晓禹1，董秋丽2，王明亚3，朱慧森1，杜利霞1，佟莉蓉1

(1.山西农业大学 动物科技学院，山西 太谷 030801； 2.山西农业大学 林学院，山西 太谷 030801；3.中国农业大学 动物科技学院草业科学北京市重点实验室，北京 100193)

[目的]探讨外源抗坏血酸(AsA)引发对植物幼苗耐盐性生长的影响。[方法]以燕麦种子为材料，通过对燕麦种子进行不同浓度(0、0.5、1.0、1.5和2.0 mmol·L-1)的抗坏血酸(AsA)引发，然后在浓度为0、50、100和200 mmol·L-1的NaCl胁迫下发芽，并分析其芽长(LS)、根长(LR)、芽鲜重(FWS)、根鲜重(FWR)及幼苗活力指数(SVI)的变化。[结果]NaCl胁迫下燕麦幼苗LS、LR、FWS、FWR和SVI均显著(P<0.05)下降。随AsA浓度增加，燕麦幼苗LS、LR、FWS、FWR和SVI均在NaCl胁迫下呈先升后降的趋势，在AsA浓度为1.0 mmol·L-1时达到最大值。不同AsA和NaCl浓度及两者的交互作用均对燕麦幼苗LS、LR、FWS、FWR和SVI的影响均极显著(P<0.01)。[结论]NaCl胁迫抑制了燕麦幼苗的生长，而适宜浓度的外源AsA引发可促进NaCl胁迫下燕麦幼苗生长，且该作用与AsA和NaCl的浓度及两者交互作用具有密切关系。试验中1.0 mmol·L-1的AsA引发对NaCl胁迫的缓解效果最好。

抗坏血酸； 燕麦； 引发； 幼苗生长； NaCl胁迫

燕麦(Avenasativa)是干旱和半干旱地区广泛种植的优质粮饲兼用作物，其播种面积和总产量也仅次于小麦(Triticumaestivum)、玉米(Zeamays)及水稻(Oryzasativa)。燕麦是解决草地畜牧业生产中冷季缺草问题的重要饲草料[1]。燕麦在青绿时柔嫩多汁、适口性好，其粗蛋白质、粗脂肪及无氮浸出物等营养成分较高，而粗纤维含量较低，远优于谷子(Setariaitalic)、小麦和玉米等秸秆，可用于调制青干草及青贮饲料[2]。此外，燕麦还是重要的绿色营养保健作物，其籽实富含均衡蛋白质、可溶性膳食纤维β-葡聚糖及油脂等对人类健康至关重要的营养成分，尤其油脂含量远高于小麦、玉米及水稻，可达3.1%～11.6%[3～5]。因此，燕麦高效种植是实现农牧业可持续发展及解决粮食安全问题的重要途径。

燕麦具有耐瘠薄、耐盐碱及抗旱耐寒等优点，是改良盐碱地的重要先锋植物，其出苗率及产量在低盐碱(0.2%土壤含盐量)胁迫下均会明显提高[6,7]。然而，土壤盐渍化仍会限制燕麦种子萌发、植株生长和产量，尤其春季返盐季节对其幼苗生长的影响更大[8]。因此，探究如何提高燕麦种子萌发及其幼苗生长能力是其在盐渍化土地种植成功的最有效途径。引发可改善不同生态条件下种子的活力、发芽率及幼苗生长[9]。利用生理活性物质进行引发，既可启动萌发前代谢，又可参与萌发代谢[10]。因此，生理活性物质引发能有效提高种子活力及幼苗抗逆性，使其利于在市场流通及农牧业生产，成为目前种子科学领域关注的热点问题。抗坏血酸(ascorbic acid，AsA)是种胚内最重要的生理活性物质之一，其在植物体内的生物学功能研究越来越受到关注[11]。AsA不仅能参与种子内众多物质代谢和氧化还原反应，还能促进其细胞分裂及伸长，维持其活力水平[10,12]。研究发现，外源AsA能提高甘蔗(Saccharum)[13]、鹰嘴豆(Cicerarietinum)[14]、菜豆(Phaseolusvulgaris)[15]、油菜(Brassicacampestris)[16]及小麦[17]等植物种子的耐盐性萌发能力。然而，外源AsA引发与耐盐性萌发种子幼苗生长的关系研究尚未见报道。因此，本研究以燕麦种子为材料，探究AsA引发对其耐盐性萌发幼苗生长的影响，以期为探讨AsA引发提高植物幼苗耐盐性生长的机理研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料来源

供试燕麦(品种：太阳神，Titan)种子由北京正道生态科技有限公司提供，2016年进口于惠特兰种子有限责任公司(Wheatland seed LLC)，-20 ℃保存至试验进行。种子自然含水量为7.8%，初始发芽率为100%。含水量的测定方法参照已发表论文[5]进行。

1.2 AsA引发处理

在20°C黑暗条件下，将燕麦种子分别用浓度为0、0.5、1.0、1.5和2.0 mmol·L-1的AsA引发处理0.5 h后，蒸馏水快速冲洗2次，并用滤纸吸干其表层水分，然后于25°C室温风干至10%含水量，4次重复。

1.3 发芽试验及指标测定

发芽试验参照国际种子检验协会(ISTA)的检验规程(2015)[19]进行。选取均匀饱满的燕麦种子100粒，放入培养皿(11.5×11.5 cm2)中，分别加入8 mL浓度为0(CK)、50、100和200 mmol·L-1的NaCl溶液，在20°C恒温条件下培养，每天更换NaCl溶液，4次重复。每天统计种子发芽数，以第10天为末次计数，并统计其正常种苗数，用直尺测量培养皿中全部正常种苗芽和根的长度，以平均值作为其芽长(length of shoots，LS)和根长(length of roots，LR)。用滤纸快速吸干培养皿中所有正常种苗芽和根表面的水分，并用分析天平迅速称量其鲜重，以作为其芽鲜重(fresh weight of shoots，FWS)和根鲜重(fresh weight of roots，FWR)，并参照Abdul-Baki和Anderson[20]的方法计算其幼苗活力指数(seedling vigor index，SVI)，SVI=[Gp(100%)×平均苗长(cm)]/100，Gp为种子发芽率。

1.4 统计分析

试验数据处理通过Excel 2010和SAS 8.0统计分析软件进行，多重比较则采用Duncans法进行，最终结果以平均值±标准误来表示。

2 结果与分析

2.1AsA引发对NaCl胁迫燕麦幼苗芽长(LS)的影响

AsA浓度为0～1.0 mmol·L-1时，燕麦幼苗LS在NaCl浓度为50 mmol·L-1时与0(CK)mmol·L-1时差异不显著(P>0.05)，但在NaCl浓度为100和200 mmol·L-1时显著(P<0.05)下降(表1)；AsA浓度为1.5和2.0 mmol·L-1时，燕麦幼苗LS随NaCl浓度增加显著(P<0.05)下降。NaCl浓度为0(CK)mmol·L-1时，燕麦幼苗LS随AsA浓度增加变化不显著(P>0.05)；NaCl浓度为50～200 mmol·L-1时，燕麦幼苗LS随AsA浓度增加呈先升后降的趋势，并均在AsA浓度为1.0 mmol·L-1时显著(P<0.05)大于其它浓度时。

表1 AsA处理对NaCl胁迫燕麦种子幼苗芽长的影响/cmTable 1 Effect of AsA treatments on length of shoots in oat seeds under NaCl stress

注：同列不同大写字母表示差异显著(P<0.05)，同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同

Note: Means in the same column with different capital letters are significantly difference (P<0.05), in the same row with different small letters are significantly difference (P<0.05).The same as below

2.2AsA引发对NaCl胁迫燕麦幼苗根长(LR)的影响

随NaCl浓度增加，燕麦幼苗LR显著(P<0.05)降低(表2)。相同浓度NaCl胁迫下，燕麦幼苗LR随AsA浓度增加呈先升后降的趋势；浓度为0(CK)mmol·L-1的NaCl胁迫下，燕麦幼苗LR在AsA浓度为1.5 mmol·L-1时显著(P<0.05)高于其它浓度；浓度为50～200 mmol·L-1的NaCl胁迫下，燕麦幼苗LR在AsA浓度为1.0 mmol·L-1时显著(P<0.05)高于其它浓度。

表2 AsA处理对NaCl胁迫燕麦种子幼苗根长的影响/cmTable 2 Effect of AsA treatments on length of shoots in oat seeds under NaCl stress

2.3AsA引发对NaCl胁迫燕麦幼苗芽鲜重(FWS)的影响

AsA浓度为0和0.5 mmol·L-1时，燕麦幼苗FWS在NaCl浓度为50 mmol·L-1时与0(CK)mmol·L-1时差异不显著(P>0.05)，但在NaCl浓度为100和200 mmol·L-1时显著(P<0.05)下降(表3)；AsA浓度为1.0～2.0 mmol·L-1时，燕麦幼苗FWS随NaCl浓度增加显著(P<0.05)下降。NaCl浓度为0(CK)mmol·L-1时，燕麦幼苗FWS随AsA浓度增加而增加，在AsA浓度为1.5和2.0 mmol·L-1时显著(P<0.05)大于其浓度为0和0.5 mmol·L-1时；NaCl浓度为50～200 mmol·L-1时，燕麦幼苗FWS随AsA浓度增加呈先升后降的趋势，并均在AsA浓度为1.0 mmol·L-1时达到最大值，并显著(P<0.05)高于浓度为0 mmol·L-1时。

表3 AsA处理对NaCl胁迫燕麦种子幼苗芽鲜重的影响/gTable 3 Effect of AsA treatments on fresh weight of shoots in oat seeds under NaCl stress

2.4AsA引发对NaCl胁迫燕麦幼苗根鲜重(FWR)的影响

随NaCl浓度增加，燕麦幼苗FWR显著(P<0.05)降低(表4)。NaCl浓度为0(CK)mmol·L-1，燕麦幼苗FWR随AsA浓度增加而增加，并在1.5 mmol·L-1时显著(P<0.05)高于其浓度为0～1.0 mmol·L-1时，但与浓度为2.0 mmol·L-1时差异不显著(P>0.05)；NaCl浓度为50～200 mmol·L-1时，燕麦幼苗FWR随AsA浓度增加呈先升后降的趋势，并在AsA浓度为1.0 mmol·L-1时达到最大值，且除200 mmol·L-1的NaCl胁迫下与AsA浓度为0.5 mmol·L-1时差异不显著(P>0.05)外，均显著(P<0.05)高于其它浓度时。

表4 AsA处理对NaCl胁迫燕麦种子幼苗根鲜重的影响/gTable 4 Effect of AsA treatments on fresh weight of roots in oat seeds under NaCl stress

2.5AsA引发对NaCl胁迫燕麦种子幼苗活力指数(SVI)的影响

随NaCl浓度的升高，燕麦种子SVI显著(P<0.05)降低(表5)。NaCl浓度为0(CK)mmol·L-1时，燕麦种子SVI随AsA浓度的升高变化不显著(P>0.05)；NaCl浓度为50、100和200 mmol·L-1时，燕麦种子SVI均随AsA浓度的升高呈先升后降的趋势，并均在AsA浓度为1.0 mmol·L-1时显著(P<0.05)高于其它浓度时。

表5 AsA处理对NaCl胁迫燕麦种子幼苗活力指数的影响Table 5 Effect of AsA treatments on seedlings vigor index in oat seeds under NaCl stress

2.6AsA浓度影响NaCl胁迫下燕麦种子萌发的双因素方差分析

由表6的双因素方差分析结果表明，不同NaCl和AsA浓度对燕麦幼苗LS、LR、FWS、FWR和SVI的影响均差异极显著(P<0.01)，NaCl和AsA浓度的交互作用对燕麦幼苗LS、LR、FWS、FWR和SVI的影响均差异极显著(P<0.01)。

表6 AsA浓度和NaCl胁迫对燕麦种子幼苗生长影响的双因素方差分析Table 6 Variance analysis of AsA concentration and NaCl stress on seedling growth of oat seeds

3 讨论

种子萌发及其幼苗建成是决定植物能否正常生长发育的关键时期，也是对外界环境条件最敏感的时期，其能力强弱直接决定了该植物在土壤盐碱化地区的分布与繁衍[21]。土壤盐渍化是当前人类面临的主要生态危机，不仅限制植物的生长发育，还会导致其产量和品质的下降，这种现象在燕麦生产中也有发现[1,22]。本试验结果表明，NaCl胁迫导致燕麦幼苗LS、LR、FWS、FWR及SVI降低，而且这种现象随NaCl浓度增加而增大，不同NaCl浓度对燕麦种子LS、LR、FWS、FWR和SVI的影响均差异极显著(P<0.01)。这与前人的研究结果相似，燕麦种子发芽率、发芽势、株高和根长在NaCl胁迫下会显著(P<0.05)降低，NaCl浓度越高，这种下降现象越明显[1]。此外，燕麦种子发芽率、发芽势、胚根及胚芽生长在复合盐碱胁迫下也会受到抑制[23]。这说明盐胁迫会抑制燕麦幼苗的建成，从而限制燕麦在盐渍化土地的建植。本试验中，NaCl浓度为50 mmol·L-1时，燕麦幼苗LS在AsA浓度为0～1.0 mmol·L-1时与0(CK)mmol·L-1时差异不显著(P>0.05)；且其FWS在AsA浓度为0和0.5 mmol·L-1时也与0(CK)mmol·L-1时也差异不显著(P>0.05)；但其LR和FWR均已显著下降，说明燕麦根系生长对NaCl胁迫更敏感，这可能由于根系直接与NaCl溶液接触，直接受到NaCl胁迫损伤。

盐胁迫造成的脂质过氧化损伤是其抑制燕麦幼苗生长的主要原因[8,24]。AsA既可直接清除植物体内氧化应激产生的活性氧，又可调节植物生长及延缓衰老等[25]。因此，植物内AsA含量的升高能有效增强其对逆境的适应能力[26]。研究表明，内源AsA含量变化与盐胁迫下燕麦幼苗生长的关系密切[8]。本试验结果表明，在相同浓度的NaCl胁迫下，燕麦幼苗LS、LR、FWS、FWR和SVI均随AsA浓度增加呈先升后降的趋势，且不同AsA浓度及其与NaCl胁迫的交互作用对燕麦幼苗LS、LR、FWS、FWR和SVI的影响均差异极显著(P<0.01)，这说明AsA引发对燕麦幼苗在NaCl胁迫下生长的影响与其浓度密切相关，适宜浓度的AsA引发可有效提高NaCl胁迫下燕麦幼苗生长。外源AsA处理可提高植物种子的耐盐性萌发及其幼苗生长，这已在黄芩(Scutellariabaicalensis)[27]、油菜(Brassicacampestris)[28]及紫花苜蓿(Medicagosativa)[29]等植物中被报道。本试验中，浓度为1.0 mmol·L-1的AsA引发时，燕麦幼苗LS、LR、FWS、FWR和SVI均显著高于其它浓度时，这说明1.0 mmol·L-1的AsA引发对NaCl胁迫下燕麦幼苗生长的促进效果最好，这与在黄芩[27]和油菜[28]中的研究报道相似。由于外源AsA浓度与盐胁迫下植物幼苗生长能力具有密切关系，所以在实际生产中应根据植物种类及盐胁迫程度确定合适的AsA引发浓度。

4 结论

NaCl胁迫会抑制燕麦幼苗的生长，而适宜浓度的AsA引发则会缓解其抑制作用，并与AsA和NaCl浓度密切相关，本研究以1.0 mmol·L-1的AsA引发缓解NaCl胁迫抑制燕麦幼苗生长的效果最好。

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EffectofascorbicacidprimingonseedlinggrowthofoatseedsunderNaClstress

XiaFangshan1,LiXiaoyu1,DongQiuli2,WangMingya3,ZhuHuisen1,DuLixia1,TongLirong1

(1.CollegeofAnimalScienceandVeterinaryMedicine，ShanxiAgriculturalUniversity，Taigu030801，China; 2.CollegeofForeatry,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801，China; 3.CollegeofAnimalScienceandTechnology,ChinaAgriculturalUniversity，BeijingKeyLaboratoryofGrasslandScience,Beijing100193,China)

[Objective] In order to study the effects of ascorbic acid priming on the salt tolerance of seedling growth in plant.[Methods]Oat seeds were primed with different concentration of ascorbic acid (0, 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 mmol·L-1), and germinated in different concentration of NaCl stress (0, 50, 100 and 200 mmol·L-1), their changes in length of shoots (LS) and roots (LR), fresh weight of shoots (FWS) and roots (FWR), and seedling vigor index (SVI) were analyzed.[Results]The result showed that the LS, LR, FWS, FWR and SVI of oat seeds decreased significantly under NaCl stress. With the increase of AsA concentration, the LS, LR, FWS, FWR and SVI of oat seeds increased firstly and then decreased under NaCl stress, and they also reached the maximum level at 1.0 mmol·L-1of AsA concertration. Meanwhile, the effects of different concentration of AsA and NaCl, and their interaction on the LS, LR, FWS, FWR and SVI of oat seed were extremely significant (P<0.01).[Conclusion]The seedling growth of oat seeds was declined under NaCl stress. Priming with appropriate concentration of exogenous AsA promoted the seedling growth of oat seeds under NaCl stress, and this effect was closely related to the concentration of AsA and NaCl, and their interaction. The optimal effects were reached at the AsA concentration of 1.0 mmol·L-1for NaCl stress.

Abscorbic acid, Oat, Priming, Seedling growth, NaCl stress

2017-06-21

2017-08-05

夏方山(1983-)，男(汉)，山东安丘人，讲师，博士，研究方向:草类植物育种与种子科学

国家自然科学基金(31702171)；山西农业大学科技创新基金(2016YJ15)；山西省自然科学基金(201701D221154)

S512.6；Q945.34

A

1671-8151(2017)11-0761-06

(编辑：张莉)