外源ZnCl2对成县迟蒜盐胁迫响应研究

， ， ， ， 让军，

(陇南师范高等专科学校 a.农林技术学院； b.数信学院， 甘肃 成县 742500)

外源ZnCl2对成县迟蒜盐胁迫响应研究

叶文斌a，樊亮b，王昱a，王瀚a，王让军a，杨小录a

(陇南师范高等专科学校 a.农林技术学院； b.数信学院， 甘肃 成县 742500)

用不同浓度的ZnCl2对盐胁迫下成县迟蒜鳞茎种子进行处理，对大蒜鳞茎种子萌发、幼苗生长和幼苗中渗透调节物质的含量及4种抗氧化酶活性进行了测定。结果表明，在单一NaCl胁迫下，大蒜鳞茎种子萌发和幼苗的生长受到严重抑制，添加不同浓度ZnCl2后，大蒜鳞茎种子萌发率和幼苗的耐盐性明显增强。添加浓度为10-5mol/L时，大蒜鳞茎种子萌发率、萌发指数和芽长、根长、发根数以及幼苗鲜重、苗干重、根鲜重、根干重和根体积、抗氧化酶SOD、POD、CAT和APX活性达到最大，可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量降到最低。因此，外源ZnCl2缓解NaCl胁迫对大蒜鳞茎种子萌发和幼苗伤害的最适浓度为10-5mol/L。

外源锌； 成县迟蒜； 盐胁迫； 响应； 研究

Zn是植物生长必需的微量元素，主要参与多种酶的合成，在植物光合作用、糖类和蛋白质的新陈代谢过程中也具有重要作用[1-4]。近年来，Zn对植物作用的研究主要集中于Zn在植物体内的吸收、分布、累积以及缺Zn导致的危害[5-8]，毒害作用及其机制的研究也逐渐增多[9-11]，叶文斌等近年研究结果表明，过量的Zn离子进入植物体，造成渗透调节物质的积累，使抗氧化系统代谢过程紊乱，扰乱了原有的离子平衡系统，影响正常离子的吸收、运输等生理过程[2-4，6-8]。植物在受到逆境胁迫时能启动一系列生理生化过程，对逆境的感受、传递、响应和适应产生积极的作用，适量的锌离子能降低质膜透性，促进在干旱胁迫条件下种子的萌发，提高萌发势，而且低浓度的Zn盐会主动刺激处在干旱条件下的植物幼苗积累一些可溶性糖，去降低渗透势以适应外界干旱的环境条件，使幼苗在生长和发育上尽量减轻外界逆境的影响[2-4]，同时还结合到植物体内的有关酶活性基团上面，刺激植物的生理活性，提高生活力和对干旱环境的抗性，促进植物的生长[11]。

表1 不同浓度的NaCl胁迫对大蒜鳞茎种子萌发的影响

NaCl浓度(mol/L)萌发率(%)萌发指数芽长(cm)根长(cm)发根数(条)ck(0)96．58±3．56a392±22a7．26±0．56a5．92±0．78a27±1．78a0．5×10-292．32±2．16a366±19b5．75±0．79b4．80±0．45b25±1．30a1．0×10-281．52±1．45b314±12c4．36±0．29c3．29±0．36c20±2．80b1．5×10-273．19±0．43c270±6d3．79±0．31d2．83±0．17c14±2．41c2．0×10-251．54±0．18d201±9e1．83±0．18d1．23±0．11d9±1．17d

注：数值为“平均值±标准差”；同列数据后不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。下同。

成县位于甘肃省陇南市，海拔750～2 377 m，属暖温带半湿润气候，四季分明，冷暖适度，年均降雨量620.80 mm左右，相对湿度75%，独特的气候条件，为大蒜的生长提供了良好的环境。目前成县已经成为国内蒜苗、蒜薹和蒜头主要的生产销售集散地之一。中国是世界上盐碱土大国之一，盐胁迫是影响植物生长发育和农作物产量的主要环境胁迫因子之一，随着陇南矿产经济的迅猛发展，土壤盐渍化进程加快，大蒜的品质和产量受到了影响，尤其对成县“三蒜”产业的发展影响较大。为此，本实验采用外源锌作用于盐胁迫下的成县“迟蒜”幼苗，对大蒜幼苗生长和抗逆指标进行测定，来探索大蒜抗盐生理机制，筛选出缓解大蒜幼苗盐胁迫的最适外源锌浓度，对减少土壤盐渍化的危害、提高大蒜产量具有重要意义，也为大蒜在生产种植提供相关参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料成县迟蒜鳞茎种子购自甘肃省陇南市成县农技中心，用NaCl和蒸馏水配制成0.5×10-2mol/L、1.5×10-2mol/L、1.5×10-2和2.0×10-2mol/L的溶液；参照叶文斌等[2-4]的方法，用ZnCl2和蒸馏水配制成10-6mol/L、10-5mol/L、10-4mol/L和10-3mol/L的培养液。

1.2 方 法

1.2.1 萌发测定

参照叶文斌等[2-4]的方法，在培养皿(直径15 cm)的底部铺上2张滤纸，选取籽粒饱满健康、大小一致的成县迟蒜鳞茎，漂洗干净，用10%次氯酸钠溶液消毒8 min，用蒸馏水冲洗3遍后，均匀点播30粒，准确加入5 mL浓度为10-2mol/L的NaCl溶液与各浓度ZnCl2培养液2 mL进行交叉处理，以蒸馏水培养为对照(ck)，重复5次，置入25 ℃的光照培养箱中，遮光暗萌发3 d，3 d 后每天光照12 h，记录萌发数目，同时计算萌发率、萌发指数，迟蒜鳞茎种子萌发率和萌发指数计算参照Leather GR和Einhellig FA[12]的方法，以芽长超过迟蒜鳞茎种子长度的50%为发芽标准[13]。

1.2.2 幼苗生长测定

参照叶文斌等[2-4,14-15]的方法，在直径250 cm的花盆底部铺2张滤纸，以消毒和高温灭菌的沙作为培养基质，每盆培养30株大蒜幼苗，5次重复，用上述两者组合的方法加入10 mL各浓度ZnCl2与10 mL各浓度NaCl培养液，以蒸馏水为对照，定时补给ZnCl2与各浓度NaCl培养液和蒸馏水，用透明塑料袋将盆口套住，以防止水分蒸发和不同处理间的相互影响。将花盆置于恒温25 ℃、12 h/d的智能温室中培养。第15天用直尺测定幼苗的根长、苗高；取10株幼苗将根与苗分开，用“排水法[14]”测定根的体积后，置于105 ℃的烘箱中杀青30 min，在调至75 ℃烘至恒重，称其每30株的苗干重和根干重。

1.2.3 渗透调节物质含量和抗氧化系统活性的测定

大蒜幼苗培养第15天后取健康生长幼苗植株顶部全展叶测定可溶性糖含量、丙二醛含量[15-16]和游离脯氨酸含量[14-16]；超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性[15-16]。

1.3 数据统计与分析

数据用SPSS 17.0软件统计分析，用单因素方差分析结合多重比较进行显著性检验，不同小写字母表示显著性差异(p<0.05)。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对大蒜鳞茎种子萌发的影响

依据参考文献设定NaCl胁迫浓度为0.5×10-2mol/L至2.0×10-2mol/L[17]来处理大蒜鳞茎种子，随着NaCl浓度的升高，大蒜鳞茎种子萌发率和萌发指数以及幼苗的芽长和根长逐渐降低，结果见表1。1.5×10-2mol/L NaCl处理大蒜的萌发率和萌发指数与对照相比，分别下降了24.22%和31.12%；芽长、根长和发根数与对照相比，分别下降了54.68%、57.26%和48.15%。2.0×10-2mol/L NaCl处理大蒜萌发率和萌发指数及幼苗的芽长、根长及发根数受到严重抑制，这和朱利君的研究结果相似[17]。因此，选择1.5×10-2mol/L NaCl处理做后续的研究。

表2 不同浓度ZnCl2对NaCl胁迫下大蒜鳞茎种子萌发的影响

NaCl浓度(mol/L)ZnCl2浓度(mol/L)萌发率(%)萌发指数芽长(cm)根长(cm)发根数(条)ck(0)ck(0)95．47±3．56a390±13a7．14±0．44a5．81±0．63a28±1．64a1．5×10-2ck(0)74．10±0．29c272±3c3．56±0．28c2．67±0．20b15±1．52d10-676．32±1．19b279±5b3．75±0．49b2．80±0．35b17±1．33b10-591．58±1．95a385±12a7．06±0．19a5．29±0．66a26±2．14a10-478．35±0．33b281±3b4．24±0．61c3．23±0．71b19±2．39c10-349．46±0．81d203±12d1．38±0．45d1．18±0．23c8±1．53e

表3 不同浓度ZnCl2对NaCl胁迫下大蒜幼苗生长的影响

NaCl浓度(mol/L)ZnCl2浓度(mol/L)苗鲜重(mg)苗干重(mg)根鲜重(mg)根干重(mg)根体积(mL)ck(0)ck(0)78．56±2．73a27．25±0．08a19．65±0．34a2．76±0．02a5．62±0．28a1．5×10-2ck(0)60．66±1．48c23．08±0．03c13．95±0．77c2．45±0．03c4．96±1．03c10-662．14±1．11c24．12±0．03c14．89±0．35c2．51±0．02c5．12±0．44c10-572．52±0．94b25．63±0．06b17．46±1．62b2．65±0．05b5．19±0．47b10-454．12±0．48d14．21±0．05d8．18±0．76d1．47±0．01d2．18±0．17d10-327．53±0．44e10．53±0．04e5．11±0．16e0．49±0．02e1．17±0．21e

表4 不同浓度ZnCl2对NaCl胁迫下大蒜幼苗中渗透调节物质含量的影响

NaCl浓度(mol/L)ZnCl2浓度(mol/L)可溶性糖(mmol/g)丙二醛(mmol/g)游离脯氨酸(μg/g)ck(0)ck(0)0．121±0．015c0．012±0．0005d157．12±14．15e1．5×10-2ck(0)0．139±0．021b0．045±0．0009b215．78±16．26b10-60．134±0．011b0．036±0．0007c197．31±10．45b10-50．127±0．017c0．021±0．0008d169．52±12．03d10-40．137±0．018b0．032±0．0007c191．03±14．19c10-30．176±0．028a0．087±0．0005a356．94±23．59a

2.2 不同浓度ZnCl2对NaCl胁迫下大蒜鳞茎种子萌发和幼苗生长的影响

NaCl胁迫浓度为1.5×10-2mol/L和不同浓度的ZnCl2溶液来交叉处理大蒜鳞茎种子，结果见表2。随着ZnCl2浓度的升高，10-6～10-4mol/L和NaCl胁迫处理后，大蒜鳞茎种子萌发率和萌发指数以及幼苗的芽长、根长和发根数和1.5×10-2mol/L NaCl-ck(0)相比均成升高趋势，10-3mol/L和NaCl胁迫处理后与1.5×10-2mol/L NaCl-ck(0)相比明显降低；在10-5mol/L时所有指标升高明显，和1.5×10-2mol/L NaCl-ck(0)相比明显升高(p<0.05)，和ck(0)-ck(0)相比差异不显著(p>0.05)。结果表明，ZnCl2可以缓解NaCl胁迫对大蒜鳞茎种子的萌发抑制，当ZnCl2浓度大于10-3mol/L时，大蒜鳞茎种子的萌发开始受到严重抑制。

NaCl胁迫和不同浓度的ZnCl2溶液交叉处理对大蒜幼苗生长影响结果见表3。单一1.5×10-2mol/L NaCl胁迫处理时，大蒜幼苗鲜重、苗干重、根鲜重、根干重和根体积都受到明显抑制，与ck(0)-ck(0)相比均成降低趋势；随着ZnCl2浓度的升高，10-6～10-5mol/L和NaCl胁迫处理后，大蒜幼苗鲜重、苗干重、根鲜重、根干重和根体积与1.5×10-2mol/L NaCl-ck(0)相比均成升高趋势，10-6～10-5mol/L胁迫处理后与1.5×10-2mol/L NaCl-ck(0)相比均成降低趋势，其中10-5mol/L胁迫处理后所有指标升高明显，和ck(0)-ck(0)相比差异显著(p<0.05)。结果表明，ZnCl2可以缓解NaCl胁迫对幼苗生长的抑制，当ZnCl2浓度大于10-4mol/L时，大蒜幼苗生长开始受到抑制。

2.3 不同浓度ZnCl2对NaCl胁迫下大蒜幼苗中渗透调节物质含量的影响

不同浓度ZnCl2对NaCl胁迫下大蒜幼苗中渗透调节物质含量的影响如表4。1.5×10-2mol/L NaCl处理后大蒜幼苗中的可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量均显著升高，与ck(0)-ck(0)相比差异显著(p<0.05)。

表5 不同浓度ZnCl2对NaCl胁迫下大蒜幼苗中抗氧化保护酶的影响

NaCl浓度(mol/L)ZnCl2浓度(mol/L)SOD活性(U/g)POD活性(U/g)CAT活性[μmol/(min·g)]APX活性[μmol/(min·g)]ck(0)ck(0)102．65±12．23e152．37±7．56d32．13±1．51e3．73±0．21e1．5×10-2ck(0)174．45±9．56d207．18±9．17c44．25±1．96d6．97±0．72c10-6192．17±12．46c252．35±11．58b72．33±2．43c8．71±0．53b10-5230．81±11．43a324．01±13．92a90．62±4．54a11．03±0．64a10-4207．31±19．12b274．83±9．65b80．35±3．15b6．13±0．55c10-393．65±9．96f101．29±7．69e36．47±2．19e5．43±0．76d

添加10-6mol/L～10-4mol/L浓度ZnCl2胁迫处理后，大蒜幼苗中可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量与1.5×10-2mol/L NaCl-ck(0)相比均成降低趋势；当ZnCl2胁迫处理浓度为10-3mol/L时，大蒜幼苗中可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量最高，对大蒜已造成严重伤害。当ZnCl2浓度为10-5mol/L时，大蒜幼苗中的脯氨酸、MDA含量降到最低，与单独盐胁迫处理相比成差异显著(p<0.05)，与ck(0)-ck(0)相比差无异显著(p>0.05)。综上结果可见，10-5mol/L的ZnCl2可以降低渗透调节物质可溶性糖、脯氨酸含量积累，降低细胞膜透性和膜脂质的过氧化程度，减小对膜和细胞的伤害。

2.4 不同浓度ZnCl2对NaCl胁迫下大蒜幼苗抗氧化保护酶的影响

不同浓度ZnCl2对NaCl胁迫下大蒜幼苗中抗氧化保护酶活性的影响如表5。1.5×10-2mol/L NaCl处理后大蒜幼苗中抗氧化保护酶SOD、POD、CAT和APX活性均升高，与ck(0)-ck(0)相比差异显著(p<0.05)。添加不同浓度ZnCl2后，大蒜幼苗的SOD、POD、CAT和APX活性呈先升后降的变化趋势；当ZnCl2浓度为10-5mol/L时，大蒜幼苗SOD、POD、CAT和APX活性达到最大，与1.5×10-2mol/L NaCl单一胁迫处理相比差异显著(p<0.05)。提示ZnCl2可以有效提高NaCl胁迫下大蒜幼苗的抗氧化保护酶活性，减少盐胁迫对幼苗的氧化损伤；当ZnCl2浓度大于10-3mol/L时，大蒜幼苗的抗氧化保护酶活性开始降低。表明ZnCl2可以缓解NaCl胁迫处理对大蒜幼苗细胞膜质的伤害。

3 结论与讨论

在1.5×10-2mol/L NaCl胁迫下，大蒜鳞茎种子萌发和幼苗的生长受到抑制，当添加ZnCl2后，大蒜鳞茎种子萌发率和幼苗的耐盐性明显增强。在添加不同浓度的V后，与单一盐胁迫相比，大蒜鳞茎种子萌发率、萌发指数和芽长、根长、发根数、以及幼苗鲜重、苗干重、根鲜重、根干重和根体积均有所增加；幼苗中的SOD、POD、CAT和APX 4种抗氧化酶活性增加、可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量下降。当添加ZnCl2浓度为10-5mol/L时，大蒜鳞茎种子萌发率萌发指数和芽长、根长、发根数以及幼苗鲜重、苗干重、根鲜重、根干重和根体积、抗氧化酶活性达到最大，可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量降到最低。因此，缓解NaCl胁迫对大蒜鳞茎种子萌发和幼苗伤害的最适ZnCl2浓度为10-5mol/L。

盐胁迫主要导致植物体内离子不平衡、渗透胁迫、离子毒害和营养缺乏等现象[11]，同时植物生长受到抑制，能耗增加，光合下降，胞内物质外渗，造成植物代谢状况恶化，植物主动启动自身的保护酶系统以应答和抵御活性氧自由基对植物细胞造成的伤害[18-19]。本研究中，NaCl胁迫严重抑制了大蒜种子萌发和幼苗的生长，抗氧化保护酶活性比对照显著升高，当添加不同浓度的ZnCl2后，抗氧化保护酶的活性进一步升高，就会促进SOD、POD、CAT和APX酶活性，增强对自由基的清除能力[2-4]，来缓解NaCl胁迫对大蒜幼苗生长的影响，这可能是微量的锌离子被大蒜种子和幼苗吸收后，结合在与萌发相关的酶活性基因上，提高在高盐环境的抗性[11]。维持渗透调节物质的平衡和抗氧化系统的平衡是保证大蒜正常生长的重要因素，在大蒜遭受钠盐胁迫时，渗透调节物质会大量积累并造成膜脂过氧化，大蒜幼苗会主动进行调节和适应高盐的胁迫条件，增强对环境的适应[18-19]。低浓度的锌盐会主动刺激处在单一钠盐条件下的大蒜幼苗积累一些可溶性糖，去降低渗透势以适应外界的高盐环境条件，使幼苗在生长和发育上尽量减轻外界逆境的影响，同时刺激大蒜幼苗积累较多可溶性糖，引起大蒜体内脯氨酸的含量显著增加[2-4]，发生膜脂过氧化作用使膜透性增大，加快了大蒜幼苗器官的衰老和伤害[11,19]。所以，采用外源锌作用于盐胁迫下的成县迟蒜幼苗，对大蒜幼苗生长和抗逆性进行研究，来探索大蒜抗盐生理机制，筛选出缓解大蒜幼苗盐胁迫的最适外源锌浓度，对减少土壤盐渍化的危害、提高大蒜产量具有重要意义，为科学种植成县迟蒜具有现实的农业指导意义。

[1]颉敏华,张继封,颉建明,等.锌对青花菜叶片光合特性的影响[J].兰州大学学报(自然科学版),2008,44(5):35-39.

[2]叶文斌.Zn2+与干旱交叉胁迫对当归种子萌发和幼苗生理特性的影响[J].安徽农业大学学报,2015,42(2):305-309.

[3]叶文斌.Zn2+对纹党种子萌发和幼苗渗透调节物质积累与活性氧代谢的影响[J].种子,2014,33(2):43-46.

[4]叶文斌.Zn2+对当归种子萌发和幼苗渗透调节物质积累与活性氧代谢的影响[J].甘肃农业大学学报,2014,49(5):112-115.

[5]Zheng N,Wang Q,Zhang X,et al.Population health risk due to dietary intake of heavy metals in the industrial area of Huludao city,China[J].Sci Total Environ,2007,387(1-3):96-104.

[6]Küpper H,Zhao F J,McGrath S P.Cellular compartmentation of zinc in leaves of the hyperaccumulator Thlaspi caerulescens[J].Plant Physiol,1999,119(1):305-312.

[7]Cakmak I,Kalayc M,Ekiz H,et al.Zinc deficiency as a practical problem in plant and human nutrition inTurkey:ANATO-science for stability project[J].Field Crop Res,1999,60(1):175-188.

[8]Kochian L V.Zinc absorption from hydroponic solutions by plant roots[J].Dev Plant Soil Sci,1993,55:45-48.

[9]Rout G R,Das P.Effect of metal toxicity on plant growth and metabolism:I.Zinc[J].Agronomie,2003,23(1):3-11.

[10]Brune A,Urbach W,Dietz K J.Compartmentation and transport of zinc in barley primary leaves as basic mechanisms involved in zinc tolerance[J].Plant Cell Environ,2006,17(2):153-162.

[11]叶文斌,樊亮,叶建龙.Zn盐和干旱胁迫对纹党种子萌发和幼苗生理特性的影响[J].干旱地区农业研究,2015,33(2):106-112,134.

[12]Leather GR,Einhellig F A.Bioassays in the study of allelopathy[C]//Putnam AR,Tang C S.The Science of Allelopathy.NewYork:John Wiley & Sons,1986:133-145.

[13]米银法,王进涛,朱坤.外源钙对盐胁迫下菊花生理效应影响[J].科技导报,2010,28(17)：83-86.

[14]叶文斌,樊亮,贠汉伯.Pb2+对甘肃纹党种子萌发和幼苗生理特性的影响[J].西北农业学报,2012,21(12):142-148.

[15]叶文斌,樊亮.党参和黄芪种植地土壤水浸液对玉米化感作用研究种子[J].种子,2013,32(4):29-33,36.

[16]中国科学院上海植物生理研究所,上海市植物生理学会.现代植物生理学实验指南[M].北京:科学出版社,1999.

[17]朱利君,闫秋洁.外源氯化钙对大蒜幼苗盐胁迫伤害的缓解作用[J].江苏农业科学,2016,44(8):242-244.

[18]叶文斌,樊亮,贠汉伯.Pb2+对甘肃纹党种子萌发和幼苗生理特性的影响[J].西北农业学报,2012,21(12):142-148.

[19]朱晓军,杨劲松,梁永超,等.盐胁迫下钙对水稻幼苗光合作用及相关生理特性的影响[J].中国农业科学,2004,37(10):1 497-1 503.

[20]A shraf M,Foolad M R.Roles of glycin ebetaine and proline in improving plant abiotic tressesi stance[J].Environmental and Experimental Botany,2007,59:206-216.

Study on Salt Stress Response of Exogenous ZnCl2to Chengxian Late Garlic

YEWenbina,FANLiangb,WANGYua,WANGHana,WANGRangjuna,YNAGXiaolua

(a.School of Agriculture and Forestry Technology； b.School of Mathematics and Information, Longnan Teachers College,Chenxian Gansu 742500，China)

In different concentrations of ZnCl2on Chengxian late garlic bulb seeds under salt stress,the seed germination,seedling growth and the contents of osmotic adjustment substances and 4 kinds of antioxidant enzyme activities were determined.The results show that under the single NaCl stress,garlic bulb seed germination and seedling growth were severely suppressed,after adding different concentrations of ZnCl2,the germination rate of garlic bulbs and the salt tolerance of seedlings were significantly increased.When the concentration is 10-5mol/L,garlic seed germination rate,germination index and shoot length,root length,root number,and seedling fresh weight,seedling dry weight,root fresh weight,root dry weight and root volume,SOD,POD,CAT and APX antioxidant enzymes activity reached the maximum,the content of soluble sugar,proline and MDA decreased to the lowest level.Therefore,exogenous ZnCl2could alleviate the optimal concentration of NaCl stress on garlic bulb seed germination and seedling injury,the optimum concentration was 10-5mol/L.

exogenous zinc; chengxian late garlic; salt stress; response; study

2017-01-19

甘肃省自然科学基金项目(1107 RJZK 243)；甘肃省教育厅项目(2015 B-148)。

叶文斌(1982—)，男，甘肃西和人；硕士，讲师，研究方向：天然产物化学、果蔬保鲜及植物生理生态；E-mail:yewenbinbest@sohu.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.08.037

Q 945； S 633.401

A

1001-4705(2017)08-0037-05