不同盐碱胁迫对桔梗种子萌发和幼苗生理特征的影响

刘志洋， 刘 岩

(长春科技学院，吉林长春 130600)

桔梗(Platycodongrandiflorus)为桔梗科桔梗属多年生草本植物，含有皂苷、桔梗酸、桔梗糖、菊糖等多种成分，具有抗炎、抗肿瘤、降血糖、降血脂、镇静、解热等功效[1-2]，已被广泛应用于中药产品、畜禽饲料添加剂及保健品的开发中[3-4]。种子萌发和幼苗生长是植物生长的关键阶段，目前关于桔梗种子萌发和幼苗生长的研究多集中在干旱、低温、水分胁迫和浸种处理等方面[5-8]，而关于盐碱胁迫的研究鲜有报道。近年来，桔梗在吉林省得到了广泛种植和推广，特别是在西部地区，桔梗的种植面积在不断扩大，但是土地盐碱化已成为制约桔梗种植的重要因素。本试验通过模拟吉林省西部土壤的盐碱条件，研究不同盐浓度胁迫对桔梗种子萌发和幼苗生理特征的影响，以期为吉林省西部地区种植桔梗提供参考。

1 材料与方法

本试验于2016年7—10月在长春科技学院医药学院实验室中进行。

1.1 试验材料

桔梗种子购自茗州种业种植有限公司，经长春科技学院医药学院专家鉴定为桔梗(Platycodongrandiflorus)种子。

1.2 主要试剂

次氯酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠等常规分析纯试剂，购自天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.3 主要仪器

光照培养箱(型号为GZH-158A)，购自杭州汇尔仪器设备有限公司；高压灭菌锅(型号为MLS 3780)，购自日本三洋株式会社；分析天平(型号为XS105DU)，购自梅特勒-托利多公司。

1.4 试验设计

分别用NaHCO3、Na2CO3配制成浓度为50、100、150、200、250 mmol/L的胁迫溶液。采用滤纸纸上发芽法，将优质桔梗种子用1% NaClO溶液消毒4 min后，用蒸馏水清洗干净，然后均匀排列在垫有双层滤纸的培养皿中，每个培养皿100粒，分别用5 mL不同盐碱浓度的溶液进行处理，每个处理3个重复，以蒸馏水处理为对照(CK)，在温度为25 ℃、光照度为4 000 lx、光—暗周期为12 h—12 h的条件下进行培养，每天于同一时间统计种子的发芽情况，发芽后第3天计算发芽势，第10天计算发芽率和发芽指数。选择长势良好的桔梗幼苗，用蒸馏水冲洗干净后，用Hoagland液进行培养至定苗，每个蛭石钵选择生长一致的幼苗20株，待生长至4叶期时，分别加入上述不同浓度的胁迫溶液，以蒸馏水为对照，每个处理设3个重复，连续胁迫处理7 d，测定各处理组桔梗叶片的生理指标。

1.5 种子萌发指标测定

相关公式如下：

发芽势=(3 d内发芽种子数/种子总数)×100%；

发芽率=(10 d内发芽种子数/种子总数)×100%；

发芽指数=∑Gt/Dt，其中Dt为发芽时间，Gt为对应时间的发芽种子数；

相对盐害率=(对照发芽率-胁迫发芽率)/对照发芽 率×100%。

种子萌发后第12天，分别从每个重复中取10株幼苗，测量胚根长、胚芽长，并计算根芽比，同时称量幼苗鲜质量。根芽比=(胚根长/胚芽长)×100%。

1.6 幼苗生理指标的测定

参考相关文献测定桔梗叶片超氧化物歧化酶(superoxide dismultase，简称SOD)、过氧化物酶(peroxidase，简称POD)活性及丙二醛(malondialdehyde，简称MDA)含量[9]。

1.7 数据的统计分析

用SPSS 19.0对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对种子萌发的影响

盐碱胁迫对种子发芽率、发芽势、发芽指数和相对盐害率的影响如表1所示。可以看出，随着胁迫溶液浓度的增加，种子的发芽率、发芽势、发芽指数逐渐降低，相对盐害率则逐渐增加；当盐浓度为50 mmol/L时，种子的发芽率、发芽势、发芽指数与对照组相比有不同程度的增加，相对盐害率降低，但差异均不显著；当盐浓度≥100 mmol/L时，种子的发芽率、发芽势、发芽指数显著低于对照组(P<0.05)，相对盐害率则显著高于对照组(P<0.05)；当NaHCO3、Na2CO3的浓度= 250 mmol/L 时，种子的发芽率、发芽势、发芽指数为0，相对盐害率达到100%。

NaHCO3、Na2CO32种胁迫溶液对种子萌发的影响存在一定的差异，当浓度为150 mmol/L时，Na2CO3处理组种子的发芽势显著低于NaHCO3组；当浓度为200 mmol/L时，Na2CO3处理组种子的发芽率、发芽势显著低于NaHCO3组，Na2CO3处理则表现出更强的胁迫和抑制作用。

表1 盐碱胁迫对种子萌发的影响

2.2 盐碱胁迫对幼苗生长的影响

盐碱胁迫对幼苗芽长、根长、鲜质量和根芽比的影响如表2所示。可以看出，随着盐碱浓度的增加，幼苗芽长、根长、鲜质量和根芽比逐渐降低，当盐浓度达到250 mmol/L时，幼苗不能生长。当盐浓度为0、50、100 mmol/L时，桔梗幼苗的芽长、鲜质量和根芽比差异不显著，但均显著高于其他处理组(P<0.05)；当盐浓度为150、200 mmol/L时，桔梗幼苗的芽长差异不显著，但均高于盐浓度为250 mmol/L的处理组(P<0.05)；当盐浓度为150 mmol/L时，根长、鲜质量和根芽比均显著高于盐浓度为200 mmol/L的处理组(P<0.05)。

在相同盐浓度条件下，NaHCO3、Na2CO3胁迫对幼苗的芽长、根长、鲜质量和根芽比无显著影响。

表2 盐碱胁迫对幼苗生长的影响

2.3 盐碱胁迫对幼苗生理指标的影响

不同浓度盐碱胁迫对桔梗幼苗叶片中MDA含量、POD和SOD活性的影响如表3所示。可以看出，随着胁迫浓度的增加，幼苗叶片中的MDA含量逐渐增加，当盐胁迫溶液浓度大于100 mmol/L时，MDA含量显著高于对照组；当盐浓度为150 mmol/L时，Na2CO3胁迫组的MDA含量显著高于NaHCO3胁迫组(P<0.05)，说明在Na2CO3胁迫下桔梗的膜脂过氧化程度高于NaHCO3胁迫，对桔梗幼苗的损伤较大；在其他浓度下，Na2CO3胁迫组的MDA含量略高于NaHCO3胁迫组，但差异不显著。

由表3还可以看出，POD活性随着胁迫浓度的增加而逐渐升高，当盐浓度为100 mmol/L时达到最大值，之后逐渐降低；当盐浓度为50 mmol/L时，POD活性显著高于对照组(P<0.05)；当盐浓度为100 mmol/L时，POD活性显著高于除盐浓度为50 mmol/L外的其他处理组(P<0.05)；当盐浓度为150 mmol/L时，POD活性下降，与对照组差异不显著；当盐浓度为200、250 mmol/L时，POD活性显著下降(P<0.05)，低于对照组。此外可以看出，不同类型的盐碱处理对POD活性无显著影响。

由表3还可见，SOD活性先升高后逐渐降低，当盐浓度为100 mmol/L时，SOD活性达到最大值，并显著高于其他处理组(P<0.05)；当盐浓度为150 mmol/L时，SOD活性显著高于对照组(P<0.05)；当盐浓度为200、250 mmol/L时，SOD活性显著下降，显著低于对照组(P<0.05)。此外，不同类型盐碱处理对SOD活性无显著影响。

表3 盐碱胁迫对幼苗生理特征的影响

3 讨论与结论

种子萌发过程中对盐分最为敏感，种子在吸收水分的同时也吸收萌发液中的盐离子，从而降低种子内水势，利于种子的萌发，但是浓度过高可导致离子毒害和渗透胁迫[10-11]。研究表明，桔梗具有一定的耐盐碱能力[12]，桔梗受到盐碱胁迫后，脯氨酸、可溶性糖等有机溶质的大量积累可提高植物的抗胁迫能力，降低胁迫伤害[13]。在本研究中，当盐碱胁迫浓度≤50 mmol/L时，对桔梗种子的萌发和幼苗的生长无显著影响，并在一定程度上促进了种子的萌发；当盐浓 度≥100 mmol/L 时，桔梗种子的萌发和幼苗生长均受到了不同程度的抑制；当盐浓度达到250 mmol/L时，桔梗种子不能萌发生长。张晓燕等研究指出，当NaCl浓度≤100 mmol/L时，桔梗细胞膜的相对透性可通过自身调节适应盐浓度的变化，但当盐浓度大于100 mmol/L时，细胞膜透性则逐渐增加[14]，与本试验结果一致。

由于毒害机制的差异，不同类型盐碱对种子萌发和生长的胁迫作用存在差别，碱性盐的胁迫作用强于中性盐，而且碱性盐的pH值可抑制水分的吸收并破坏细胞结构与功能[11，15]。本研究中NaHCO3、Na2CO3属于碱性盐，当盐浓度为200 mmol/L时，Na2CO3处理组种子的发芽率、发芽势显著低于NaHCO3组，这可能是由于在相同浓度下Na2CO3胁迫溶液的碱性稍强，产生pH值胁迫造成的。本研究发现，在相同盐浓度条件下，NaHCO3、Na2CO3胁迫对幼苗的芽长、根长、鲜质量和根芽比无显著影响。

MDA是膜脂过氧化的产物，其大小反映了膜的受损程度[16]。SOD、POD分别是植物抗氧化系统的重要组成和活性较高的适应性酶，能直接反映植物修复能力和受损程度[17]。徐芬芬研究发现，随着Na+浓度的增长，菠菜幼苗MDA含量逐渐增加，SOD、POD活性则呈先升高后降低的变化趋势，与本研究结果一致[16]。在本研究中，当盐碱浓度 ≤100 mmol/L 时，桔梗SOD、POD活性增加，表明低浓度盐碱胁迫激发了桔梗种子的保护酶活性。本研究发现，NaHCO3、Na2CO32种胁迫溶液对桔梗SOD、POD活性的抑制无显著差异，但可显著影响MDA含量，表明Na2CO3胁迫对桔梗幼苗的抑制作用强于NaHCO3胁迫溶液，这与胁迫溶液的pH值胁迫有关，在相同浓度条件下，高pH值不但会消耗植物更多的能量，还可造成结构和功能的损伤[18]。

综上，不同浓度的NaHCO3、Na2CO3对桔梗种子萌发和幼苗生理的影响不同，随着盐碱胁迫溶液浓度的增加，种子的发芽率、发芽势、发芽指数、幼苗芽长、根长、鲜质量、根芽比逐渐降低，MDA含量逐渐升高，SOD、POD活性则先升高后降低；当盐浓度≤50 mmol/L时，胁迫溶液对桔梗种子萌发和幼苗生长无显著影响；当盐浓度为100 mmol/L时，桔梗幼苗丙二醛含量与对照差异不显著，且超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性达到最大值；当盐浓度达到250 mmol/L时，桔梗种子不能萌发和生长。初步判断，桔梗种子可在浓度不高于 100 mmol/L 的NaHCO3、Na2CO3胁迫处理下萌发和生长，Na2CO3胁迫对桔梗幼苗的抑制作用强于NaHCO3胁迫。