外源激素IAA对NaCl胁迫下水稻种子萌发的影响

王敬东 白海波 马斯霜 惠建 李树华

摘要 盐胁迫对农作物产量造成的损失在所有非生物胁迫中占首位。为了探索外源生长素对植物在逆境中的调节作用，研究了外源IAA对0.1 mol NaCl胁迫下水稻种子萌发的影响。采用培养皿滤纸培养法，研究0.1 mol NaCl胁迫下IAA对水稻萌发期盐危害的抵消效应。方差分析（ANOVA）和LSD多重比较结果显示，材料的基因型和IAA浓度均控制0.1 mol NaCl条件下外源IAA对水稻种子萌发的影响。外源IAA对0.1 mol NaCl胁迫下水稻种子的发芽率影响较小，能显著提高发芽势;50～100 mg/L IAA能显著，甚至极显著恢复部分材料胚根的伸长生长及胚根数;150 mg/L IAA能显著提高部分材料根叶干重。

关键词 水稻种子; NaCl胁迫;发芽率;胚根

中图分类号 S 511  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）14-0025-04

Abstract The loss of crop yield caused by salt stress takes the first place among all the abiotic stresses.In order to explore the regulatory effect of exogenous auxin on plant stress，we studied the effects of exogenous IAA on rice seeds germination under 0.1 mol NaCl stress.The culture method of Petri dish filter paper was adopted to study the offsetting effect of IAA on salt damage in rice germination under 0.1 mol NaCl stress.The multiple comparisons were carried out between ANOVA and LSD.Results showed that the genotypes of materials and IAA concentration had controled the exogenous IAA effects on the germination of rice seeds under 0.1 mol NaCl.Exogenous IAA had little influence on the germination rate of rice seeds under 0.1 mol NaCl and significantly improved the germination potential.50-100 mg/L IAA can significantly or extremely significantly restore the radicle elongation and radicle number of some materials.150 mg/L IAA could significantly improve the dry weight of root and leaf of some materials.

Key words Rice seeds;NaCl stress;Germination rate; Radicle

基金项目 宁夏回族自治区农业育种专项“水稻新品种选育”（2018NYYZ0302）。

作者简介 王敬东（1969—），女，宁夏吴忠人，副研究员，从事小麦、水稻生物技术育种研究。*通信作者，研究员，从事小麦、水稻生物技术育种方面的研究。

收稿日期 2020-11-02

盐胁迫是限制粮食生产最严重的非生物因素之一。盐胁迫对植物造成的伤害主要表现为降低土壤溶液的渗透势、破坏生物膜并使生理代谢紊乱[1]。近年来，植物盐脅迫响应和抗盐生理机制的研究有了进一步进展，逐步渗透到蛋白质组学，如盐胁迫对水稻根、叶片以及花序中的蛋白质组的影响[2-5]，抑制水稻组织器官正常发育，进而影响生物的生长发育，因此盐胁迫对农作物产量造成的损失在所有非生物胁迫中占首位[6]。

外源物质调控植物代谢可以减缓植物的盐害，近年来，利用外源物质提高植物耐盐性的研究也越来越多，植物生长激素IAA[7]、赤霉素 GA3[8]、CaCl2[9-10] 等能够缓解盐胁迫对植物的伤害。有关利用外源激素提高植物抗逆性的研究报道较多[9，11-13]，但鲜见关于外源生长素（IAA）对盐胁迫的植物调节控制作用的研究报道。生长素在胚根原细胞转化过程中起着非常重要的作用[14]。胚根的生长状况又是衡量盐胁迫对种子萌发的影响指标之一[15]，所以关于生长素在种子萌发时的作用应该引起足够的重视[16]。因此，研究植物生长物质（激素）对植物生长发育的调节具有重要的理论和实践意义[17]。

为了探索外源生长素对植物逆境中的调节作用，笔者研究了外源IAA对0.1 mol NaCl胁迫下水稻种子萌发期发芽势、发芽率、胚根以及叶根干重的影响，明确外源 IAA对盐胁迫下水稻种子萌发及组织器官的影响及缓解作用，以期为外源生长素对植物抗逆性研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

从前期0.1 mol NaCl胁迫试验中筛选出6份材料。其中，4份耐盐材料，为宁粳56号、宁粳58号、宁粳54号、富源4号;2份盐敏感材料，为宁粳43号和D15号。

1.2 试验方法

1.2.1 种子消毒。

挑选饱满无残缺的种子，先用蒸馏水清洗3遍，去掉种子上的灰尘，再用70%酒精浸泡3 min，然后用蒸馏水清洗3遍去掉种子上残留的酒精，最后用30%的NaClO 溶液浸泡30 min后用蒸馏水清洗3遍去掉种子上残留的NaClO 溶液。

1.2.2 试验处理。

6个品种各设5个处理：①CK：dH2O，②NT：0.1 mol NaCl，③NT1：0.1 mol NaCl+50 ml/L IAA，④NT2：0.1 mol NaCl+100 ml/L IAA，⑤NT3：0.1 mol NaCl+150 ml/L IAA，每个处理3次重复，每个重复100粒种子。将消毒的种子控干水分后，平铺到Φ90 mm发芽皿中的滤纸上，每皿100粒种子。然后，每个发芽皿中加入10 mL相对应的处理试剂，出芽后每2 d换1次试剂。25 ℃暗培养，第5天调查发芽势，第10天调查发芽率。第8天16 h/d光照培养，种子萌发第14天随机取10株幼苗调查根长、根数，种子萌发第21天植株开始衰败，将鲜活植株用流水清洗干净，分别取根、叶烘干称重。

1.2.3 测定标准。发芽标准：种子芽长等于1/2种子长度，根长等于种子长度。根长（cm）：测量最长根的长度。

计算公式：发芽势=第5天发芽种子粒数/试验种子数×100%，发芽率=第10天发芽种子粒数/试验种子数×100%。单株根重量（g）=植株根总重量（g）/植株数（株），单株叶重量（g）=植株叶总重量（g）/植株数（株）。

1.4 数据处理 采用SPSS 20对数据进行统计分析，统计值用平均数±标准差（MEAN±SD）来描述，单因素ANOVA分析，一般线性模型（LSD）单变量分析组内及组间的差异性。采用Microsoft Excel 2007处理数据并制图，误差线选正负误差值。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫下IAA对不同水稻品种发芽势的影响 单因素方差分析及多重比较结果显示，6份材料中2份材料，即宁粳43号、宁粳54号5个处理间差异极显著，D15号5个处理间差异显著。从图1可以看出，在NaCl胁迫下，水稻种子发芽势均低于对照，特别是宁粳43号、宁粳54号和D15号发芽势极低于对照。当加入不同浓度的IAA进行外源激素的调节后，3份材料发芽势基本随IAA浓度的增加不同程度提高。LSD多重比较显示，D15号、宁粳54号和宁粳43号在盐胁迫下，添加IAA后发芽势随IAA浓度提高而显著，甚至极显著提高。宁粳54号在IAA 150 mg/L时发芽势极显著提高且与对照相当。只有宁粳56号受外源激素调节后发芽势未提高，稍低于NaCl胁迫下发芽势。由此可知，外源激素可以提高NaCl胁迫下水稻种子的发芽势，但根据材料的不同对IAA的反应有所不同，在该试验的6份材料中有3份发芽势的提高与IAA浓度呈正相关。

2.2 NaCl胁迫下IAA对不同水稻品种发芽率的影响 单因素方差分析及多重比较显示，只有宁粳56和宁粳54处理间差异显著，经NaCl胁迫下发芽率显著低于对照。从图2可以看出，添加IAA后并未使水稻种子发芽率明显提高，宁粳43号、宁粳54号发芽率略有提高，且与IAA浓度呈正相关。而宁粳56号添加激素后水稻种子的发芽率反而略低于NaCl胁迫下水稻种子发芽率。NaCl胁迫以及外源IAA的刺激对大部分水稻种子的发芽率影响极小。

2.3 NaCl胁迫下IAA对不同水稻品种胚根数的影响

盐溶液的渗透势阻碍胚细胞的吸水能力，从而影响了胚根的发育。单因素方差分析及多重比较显示，在NaCl胁迫下，除宁粳54號外，其余5份材料的胚根数处理间差异均极显著。由图3可知，盐胁迫对水稻根的分化具有严重的危害。经NaCl处理的材料根数都极低于对照，经不同浓度IAA调节后胚根数有不同程度提高，但均未高于对照。不同材料对不同浓度IAA的反应有差异。宁粳43号、宁粳56号和宁粳58号添加IAA100 mg/L后胚根数增加最多，而宁粳54号、富源4号和D15号添加IAA 50 mg/L后胚根数增加最多。将IAA浓度提高到150 mg/L时，5份材料的胚根数均低于其他2个浓度的胚根数。结果表明，150 mg/L IAA抑制胚根的分化，50～100 mg/L IAA可有效缓解盐对胚根数分化的抑制作用。

2.4 NaCl胁迫下IAA对不同水稻品种胚根长的影响 单因素方差分析及多重比较显示，宁粳43号、宁粳56号、宁粳58号和D15号处理间差异极显著，富源4号处理间差异显著。在NaCl胁迫以及IAA的调节下，D15号和宁粳43号胚根长显著甚至极显著低于对照。从图4可以看出，宁粳56号、宁粳58号和富源4号经IAA调节后的胚根长不同程度高于对照，极显著高于NaCl胁迫后的胚根长。其中，IAA 50 mg/L时宁粳56号、宁粳58号、宁粳54号胚根最长。富源4号在IAA 100 mg/L时胚根最长。结果表明，在NaCl胁迫下，添加50～100 mg/L IAA能不同程度提高胚根长度。

2.5 NaCl胁迫下IAA对不同水稻品种根干重的影响

单因素方差分析及多重比较显示，宁粳43号、宁粳56号、宁粳58号和D15号处理间差异极显著。尤其宁粳43号和D15号经 NaCl胁迫后及胁迫时外源激素IAA调节后单株根干重极显著低于对照。从图5可以看出，虽然盐胁迫严重抑制胚根的生长速度，但低浓度（50 mg/ L）IAA可提高宁粳43号单株根干重，而对D15号影响不大。IAA浓度为100 mg/L时D15号单株根干重略高于其他2个浓度的单株根干重。盐胁迫时通过外源IAA调节，宁粳58号、宁粳54号、富源4号显著，甚至极显著提高了单株根干重，且高于对照，宁粳56号也有所提高。当IAA浓度为150 mg/L时4份抗盐材料的单株根干重最高，而2份敏感材料中宁粳43号在低浓度IAA处理的单株根干重最高，D15号在中浓度IAA处理的单株根干重略高。试验结果表明，在NaCl胁迫下，添加150 mg/L IAA能提高抗盐材料单株根干重，中低浓度的IAA对盐敏感材料有一定缓解作用。

2.6 NaCl胁迫下IAA对不同水稻品种叶干重的影响 单因素方差分析及多重比较显示，宁粳43号、宁粳56号、宁粳54号和D15号处理间差异极显著，宁粳58号和富源4号处理间差异显著。从图6可以看出，盐胁迫时添加不同浓度的IAA后，2份盐敏感材料宁粳43号和D15号单株叶干重极显著提高。当IAA浓度为150 mg/L时，4份抗盐材料的单株叶干重高于对照并达到最高值。2份盐敏感材料宁粳43号和D15号在IAA 100 mg/L时单株叶干重高于NaCl胁迫处理，但未超过对照。结果表明，在NaCl胁迫下，添加150 mg/L IAA能提高抗盐材料叶干重，100 mg/L IAA对盐敏感材料有一定缓解作用。

3 讨论

激素的调节作用因植物种类及植物的生长环境不同而有变化。正常环境下 IAA 能促进烟草根系的发育，提高根系活力，增强根系的代谢能力[18]，但1 μmol/L（18.7 mg/L）IAA抑制水稻幼苗主根的生长[19-20]。20 mg/L IAA对紫罗勒种子的幼根伸长及幼苗鲜重增加有明显影响[21]。该试验中，盐胁迫严重影响水稻胚根的生长发育，但50～100 mg/L IAA调节显著缓解了盐胁迫下胚根的伸长生长，试验的6份材料都不同程度提高了胚根的长度，增加胚根数，且耐盐品种的胚根长超过了对照。 同样一定浓度的IAA处理可促进盐胁迫下大豆幼苗的生长，使其干物质产量增加[7]。该试验中150 mg/L IAA提高了4份耐盐材料叶干重和根干重超过了对照。100 mg/L IAA使2份盐敏感材料根叶干重也有所提高。

激素对盐胁迫的调控还存在浓度效应。前人研究表明，80 mg/L GA3对缓解盐胁迫下水稻种子萌发的效果最佳，且与正常对照没有显著差异，而100 mg/L GA3缓解效果最差，说明植物生长调节剂对植物作用的特征为低浓度促进、高浓度抑制[22]。该研究中激素对盐胁迫的调控浓度效应主要体现在不同品种和不同指标对IAA浓度的响应。在NaCl胁迫下，150 mg/L IAA抑制水稻胚根的分化，而50～100 mg/L IAA可有效缓解盐抑制胚根数的分化，能不同程度提高胚根长度;添加150 mg/L IAA能提高抗盐品种单株根、叶干重，100 mg/L IAA对盐敏感品种略有缓解作用。外源IAA不能有效改善盐胁迫对盐敏感材料胚根和根叶干重的危害，但能显著改善耐盐材料胚根和根叶干重的盐危害，恢复盐胁迫下胚根的伸长生长及侧根的发育和根叶干重。

目前很多学者针对激素与盐胁迫的调控机理做了大量的研究，但就某一种激素主要调控某个特定生理过程的研究报道较少，所以可以侧重研究不同激素主要参与的生理过程之间的对应关系，为今后通过激素手段增强植物特定抗性提供依据[23]。该试验在0.1 mol/L NaCl胁迫下外源IAA对盐危害的缓解作用根叶处理的发芽势和发芽率较对照大，抗盐品种的缓解作用要比盐敏感品种大。这是由不同植物生长调节剂固有的特性和作用所致，而植物的抗逆性是多种指标综合反应的结果，因此下一步将探究外源钙和IAA结合对盐胁迫的控制作用。

4 结论

（1）0.1 mol/L NaCl2对水稻种子的发芽势和发芽率影响不显著，但显著抑制胚根的生长，降低根叶干重。

（2）外源激素对盐胁迫的调控浓度效应主要体现在不同品种不同指标对IAA浓度的响应。

（3）外源IAA只对0.1 mol/L  NaCl2 胁迫下的胚根生长和根叶干重的盐危害有缓解作用。

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