外源褪黑素对复合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发和幼苗生长的缓解效应

2021-11-10 02:23聂必林巫利梅如马南木尼合买提王狄宁吕海英
西北植物学报 2021年10期
关键词:黑果盐碱外源

聂必林,巫利梅,如马南木·尼合买提,王狄宁,吕海英

(1 新疆师范大学 生命科学学院,乌鲁木齐 830054;2 新疆特殊环境物种保护与调控生物学实验室,乌鲁木齐 830054;3 干旱区植物逆境生物学实验室,乌鲁木齐 830054)

目前,学术界对于盐碱地没有确切的定义,多是将盐类物质过量集聚、对植物正常生长产生直接或间接危害的各种类型土壤视为盐碱地。据联合国教科文组织(UNESCO)和粮农组织(FAO)不完全统计,截至目前,全球盐碱土地面积约为10亿hm2,主要分布于非洲、美洲西部和欧亚大陆,中国盐碱土地面积约9 913万hm2,约占全国土地面积的10%[1],这严重制约着中国甚至全球生态环境和农业经济发展[2]。根据所含盐碱种类不同,盐碱地分为盐土和碱土两大类,前者主要由NaCl和Na2SO4等中性盐引起,后者主要含盐物质为Na2CO3和NaHCO3,而实际上盐土与碱土通常混合存在,故而习惯上称为盐碱土;根据中性盐和碱性盐含量及比例变化,盐碱土又分为轻度、中度和重度3类,若用pH表示,则轻度、中度和重度盐碱地pH值分别为7.1~8.5、8.5~9.5和大于9.5。盐碱土壤的危害巨大,其对植物的影响主要包括离子毒害、渗透胁迫等[3]初级胁迫,以及高盐引起的营养亏缺、膜透性改变等[4]一系列次生胁迫。同时,诸多研究也证明,植物对盐碱胁迫的耐受力与盐碱类型和浓度密切相关[4-5],因此,弄清植物对不同盐碱类型和浓度组合胁迫下的响应机制具有重要意义。有关盐碱地的改良和修复,目前已形成包括水利工程[6]、农业耕作[7]、化学改良[8]、耐盐植物[9]及耐盐微生物[10]培养和选育等多项措施。其中,培育耐盐碱植物,提高植物的耐盐碱能力不仅可以改良修复盐碱地,还能产生较好的生态和经济效益。因此,耐盐植物的选育以及如何提高植物的抗盐碱能力成为近年来学者们研究的重点和热点课题。

黑果枸杞(Lyciumruthenicum)为茄科(Solanaceae)枸杞属(Lycium)多年生落叶小灌木植物,是一种典型的高度耐盐碱植物,也是中国西北盐碱荒漠地区的重要建群树种之一[11]。黑果枸杞果实中含有大量的原花青素、多糖、维生素等生物活性物质[12],具有抗氧化、抗疲劳、抗机体衰老、降血糖血脂等多种生理功能[13-14],有植物中“软黄金”的美称[15];黑果枸杞植株的形态结构独特,其叶片属于肉质化叶型,角质膜较厚,根系属于根蘖型,主根发达,根毛浓密[16],这些特征使得黑果枸杞对盐碱、干旱、土壤贫瘠等不良环境具有很强的耐受性,可作为荒漠干旱地区盐碱地土壤治理、防风固沙、保持水土的优选树种[17]。但是,受巨大的商业利益驱动,黑果枸杞野生资源被大规模野蛮开采,原生居群数量和规模愈来愈少,荒漠化治理能力及果实产量远不能满足人类需求。同时,经野外调查发现,黑果枸杞虽结实量大,但实生幼苗极少,可能是种子自身特性和干旱、盐碱等生境环境限制了其种子萌发。在这种形势下,对野生黑果枸杞的有效保护和快速繁育显得十分迫切。

提高植物耐盐碱特性,常采用的方法有施加外源调节物质[10]、与真菌协同效应[18]、生物技术手段[19]、抗性锻炼[20]等。施加外源调节物质由于见效快、成本低而成为抗盐碱研究的热点,较常使用的外源调节物质主要有外源植物激素[21-22]、褪黑素[23]、甜菜碱[24]、小分子有机酸[25]等。其中,褪黑素(melatonine,MT) 属于吲哚类化合物,化学名称为N-乙酰-5-甲氧基-色胺,是一种广泛存在于动植物内的天然抗氧化剂[26]。褪黑素在植物中具有调节植物昼夜节律和光周期、促进植物生根、提高种子萌发率、增强植物抗逆性等多种功能[27-28],例如,外源褪黑素可提高盐胁迫下玉米幼苗叶片抗氧化酶活性[29],可通过提高茶树的抗氧化防御能力,进而增强茶树对低温、干旱和盐胁迫的耐受性[30]。鉴于此,本研究在黑果枸杞种子萌发进程中,模拟不同盐碱组成和盐碱浓度组合胁迫,探究外源MT对复合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发及幼苗生长的缓解效应,为黑果枸杞小浆果产业及盐碱荒漠化提供一定参考。

1 材料和方法

1.1 实验材料

实验所用黑果枸杞种子于2019年9月采自新疆库尔勒市哈拉玉宫乡黑果枸杞人工种植基地。地理坐标41°25′22″N, 86°01′39″E,海拔892 m,属暖温带大陆性干旱气候;年平均降雨量57 mm,集中于5-10月;年平均气温11.4 ℃,最冷月(1月)平均气温-9 ℃,最热月(7月)平均气温26.5 ℃。种子采集后人工去除果肉,漂洗干净并自然风干,保存于5 ℃冰箱中。

褪黑素(MT)于2020年10月购买于索莱宝生物技术有限公司,有效含量≥99%,溶解度20 mg/mL 乙醇。用电子天平(Mettler Toledoal 204)称取适量MT于烧杯中,用蒸馏水配成浓度为1.0 mmol/L的MT母液。取适量母液,稀释成浓度为0.1 mmol/L(MT0.1)、0.3 mmol/L(MT0.3)、0.5 mmol/L(MT0.5)、1.0 mmol/L(MT1.0)的实验处理液各100 mL,以蒸馏水为对照,记为MT0。其他试剂(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3)购买于天津市盛奥化学试剂有限公司,均为分析纯级别。

1.2 实验设计

实验共涉及到盐碱度、盐碱浓度和褪黑素浓度3个因素。其中,盐碱度因素包括3个水平,即将中性盐NaCl、Na2SO4和碱性盐NaHCO3、Na2CO3,按碱性盐所占比例由小到大模拟设置中性复合盐、中度碱性复合盐和重度碱性复合盐,依次记为L(1∶1∶0∶0)、M(1∶9∶9∶1)、H(9∶1∶1∶9);盐碱浓度因素在每种复合盐碱内按Na+浓度由低到高设定50、100、200 mmol/L 3个盐碱浓度梯度水平;褪黑素浓度设置0、0.1、0.3、0.5、1.0 mmol/L共5个梯度水平,分别记为MT0、MT0.1、MT0.3、MT0.5、MT1.0。盐碱度及其浓度两因素共模拟出9个盐碱胁迫处理组合,以蒸馏水为对照,共计10个处理,分别记为CK、L50、L100、L200、M50、M100、M200、H50、H100、H200,其pH利用PHS-3C型精密酸度计测定(表1);盐碱度、盐碱浓度和褪黑素浓度3个因素组合共计组成50个处理,分别记为CKMT0、CKMT0.1、CKMT0.3、CKMT0.5、CKMT1.0、L50MT0、L50MT0.1、……、H200MT0.5、H200MT1.0,每个处理3次重复。

黑果枸杞种子萌发实验参照《农作物种子检验规程》(GB/T3543. 4-1995),按纸床发芽法稍作改动。挑选适量饱满均一的黑果枸杞种子,40 ℃恒温水浴锅中催芽24 h,将催芽后的种子再次挑选后整齐摆入直径120 mm垫有3层滤纸的培养皿中,每皿50粒,分别加入10 mL处理溶液,盖上皿盖。将所有培养皿按随机区组方式置于RXZ智能型人工气候箱(宁波江南仪器厂)中,设置昼/夜光周期16 h /8 h,昼/夜温度25 ℃/15 ℃,昼/夜相对湿度75%/85%,昼/夜相对光照强度100%/0%。种子萌发过程中,每5 d更换1次对应处理溶液,期间每天利用称重法补充蒸馏水,以保证处理溶液浓度稳定。从种子置于光照培养箱第2 天开始,每日上午10:00观察记录种子的萌发状况,以突破种皮的胚轴长度大于种子自身长度的1/2为发芽标准。所有处理连续7 d无新增萌发时结束实验。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 幼苗生长指标实验结束时,从每个培养皿中随机选取5株发芽幼苗,不足5株的全部选择,蒸馏水清洗干净并吸干表面水分,用电子天平(Mettler Toledoal204)称量幼苗鲜重,然后用体视显微镜(Nikon SMZ1270)对幼苗进行观察拍摄,并使用测量功能测出幼苗根长(root length, RL)和芽长(shoot length, SL)。

1.3.2 萌发指标根据种子发芽数据计算发芽率(germination rate, GR)、发芽势(germination potential, GP)、发芽指数(germination index, GI)、活力指数(vigor index, VI)、日萌发率(daily germination rate, DGR)。各项指标计算公式如下:

GR=(Ni/N)×100%,Ni为第i天发芽种子数;N为试验种子总数;

GP=规定天数内发芽种子数(8 d)/试验种子总数×100%。

GI=∑(Gt/Dt),Gt为第t日发芽种子数,Dt为对应Gt的发芽天数;

VI=S×∑Gt/Dt,式中S为幼苗的鲜重。

其中,UAV的移动策略矩阵Q=(Qj,l)为0-1稀疏矩阵,当UAV存在从t时刻最优布署坐标运动到t+1时刻最优布署坐标的策略时,其元素值为1,否则为0.联合运动能耗矩阵

DGR=(Wt+1-Wt)/N,Wt+1为第t+1天的种子萌发数,Wt为第t天的种子萌发数,N为种子萌发总数。

1.4 数据分析

试验数据用Excel 2019分析整理;用SPSS 19.0中的一般线性模型对各变量进行多因素方差分析,用ANOVE LSD法对不同变量进行多重比较;用Origin8.5和Photoshop CS6绘图。

表1 各盐碱处理的组成及pH

2 结果与分析

2.1 褪黑素(MT)和复合盐碱作用下黑果枸杞种子幼苗的生长表型变化

萌发期幼苗的生长表型是评价种子萌发优劣最简单、最直观的形态指标。从图1可以看出,在不施加外源MT的情况下(MT0),当盐碱组成一致时,随着盐碱浓度升高,黑果枸杞幼苗长势逐渐减弱;当盐碱浓度相同时,随着碱性盐所占比例增加(L→M→H),幼苗长势明显减弱;同时,盐碱浓度和碱性盐所占比增加对黑果枸杞幼苗根部的影响明显大于地上部分,高比例碱性盐胁迫下有明显的根部腐烂现象。外源MT对复合盐碱胁迫下黑果枸杞幼苗生长具有伤害缓解和伤害加剧双重效应。适当低中浓度MT(MT0.1、MT0.3、MT0.5)起缓解伤害效应,并以MT0.3处理的综合缓解效果最佳;过高浓度MT (MT1.0)起加剧伤害效应。另外,施加适当浓度外源MT后,黑果枸杞幼苗侧根数量明显增多;根表皮颜色明显加深,由浅黄色变为棕褐色。

2.2 复合盐碱胁迫对黑果枸杞种子萌发和幼苗生长的影响

多因素方差分析表明,黑果枸杞种子萌发期的GR、GP、GI、VI、SL和RL等 6个性状在不同盐碱组成之间、不同盐碱浓度之间均存在极显著差异,且不同盐碱组成和盐碱浓度对黑果枸杞种子萌发期各指标的影响程度不同,其影响程度以盐碱组成最强,其次为盐碱浓度,二者之间的交互作用影响程度最小(表2、表3)。其中,在L复合盐处理中, 随着盐浓度升高,黑果枸杞种子各项萌发指标均呈现先升高后降低的趋势, GR、GP、GI、VI、SL、RL在盐浓度为50 mmol/L时较CK分别提高了5.01%、10.84%、10.61%、15.48%、2.60%、3.15%;在盐浓度为100 mmol/L时,各项指标均不同程度低于CK,但仅VI、RL降幅达显著水平;当盐浓度增加到200 mmol/L时,各项指标均显著低于CK。在M复合盐碱处理中,黑果枸杞种子各项萌发指标均随盐碱浓度升高而显著降低, GR、GP、GI、VI、SL、RL在盐浓度为50 mmol/L时就较CK分别降低了32.62%、44.62%、36.53%、46.34%、24.65%、42.13%(P<0.05)。在H复合盐碱处理中,各项萌发指标也随盐碱浓度升高显著降低,各指标在盐浓度为50 mmol/L时较CK分别降低72.64%、86.48%、76.94%、93.75%、57.31%、88.09%(P<0.05)。同时,在相同盐碱浓度胁迫下,随着碱性盐占比的升高(L→M→H),黑果枸杞种子各项萌发指标均显著降低(P<0.05)。以上结果说明黑果枸杞种子萌发与盐碱胁迫程度紧密相关,中性复合盐(L)在浓度较低时对黑果枸杞种子萌发和幼苗生长有一定促进作用,中度(M)和重度(H)碱性复合盐及高浓度中性复合盐则显著抑制黑果枸杞种子萌发和幼苗生长。

MT0、MT0.1、MT 0.3、MT0.5和MT1.0分别表示外源褪黑素浓度为0、0.1、0.3、0.5 和1.0 mmol/L;L、M、H分别表示碱性盐占比为低、中、高的三类复合盐处理;下同图1 外源MT对复合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发19 d时生长表型的影响MT0, MT0.1, MT 0.3, MT0.5 and MT1.0 stand for the concentration exogenous MT are 0, 0.1, 0.3, 0.5 and 1.0 mmol/L, respectively; The capital letters L, M, H represent the three types of complex salt-alkali with low, medium, and high proportions of alkaline salts; the same as belowFig.1 Effect of exogenous MT on the phenotype of Lycium ruthenicum seeds under compound salt-alkali stress at 19 days of germination

表2 外源MT及复合盐碱处理下黑果枸杞种子萌发和幼苗生长指标的多因素方差分析

表3 不同盐碱胁迫对黑果枸杞种子萌发和幼苗生长指标的影响

2.3 褪黑素对复合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发进程的影响

图2显示,L中性复合盐处理中,黑果枸杞种子在50、100 mmol/L浓度胁迫下于播种后第4 天开始有少量萌发,第12天后无新增萌发种子,发芽延续9 d;在200 mmol/L盐碱浓度胁迫下,种子萌发开始于第5天,结束于第11天,发芽延续7 d。M中度碱性复合盐处理中,种子在50、100 mmol/L盐碱浓度胁迫下的萌发起始时间和结束时间与L一致,发芽延续9 d;在200 mmol/L浓度胁迫下,萌发开始于第6天, 结束于第10天,发芽延续5 d。H重度碱性复合盐处理中,在3种盐碱浓度胁迫下,种子萌发起始时间集中于第7天,结束时间集中于第11天,发芽延续期为5 d。所有盐碱胁迫处理黑果枸杞种子的萌发高峰为播种后第6~9天,大多在第8天的日萌发率最大。

同时,施加适当浓度外源MT后(MT0.1、MT0.3、MT0.5),各种盐碱胁迫下黑果枸杞种子的萌发起始时间提前了1~2 d,萌发结束时间也延长了1~2 d,发芽延续时间增加1~4 d,并以MT0.1和MT0.3处理效果更佳;当施加外源MT浓度过高时(MT1.0),黑果枸杞种子发芽延续时间被缩短;外源MT处理后各盐碱胁迫下黑果枸杞种子的最大日萌发率出现的时间没有明显改变,仍集中于第8天。以上结果说明,各盐碱胁迫和MT处理对黑果枸杞种子萌发高峰出现的时间没有明显影响,但盐碱浓度和碱性盐占比升高使得黑果枸杞种子萌发的起始时间延迟,萌发总时长缩短;施加适当浓度外源MT能使盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发起始时间提前,并延长萌发总时长。

2.4 褪黑素对复合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发和幼苗生长的影响

多因素方差分析结果(表2)表明,黑果枸杞种子萌发期GP、GR、GI、VI、SL和RL在不同MT浓度之间以及盐碱组成、盐碱浓度与MT浓度交互作用之间均存在极显著差异(P<0.01),且各指标的F值均表现为:盐碱组成>盐碱浓度>MT处理>盐碱组成×盐碱浓度>盐碱组成×MT处理>盐碱浓度×MT处理>盐碱组成×盐碱浓度×MT处理。

图2 外源MT对复合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发进程的影响Fig.2 Effect of exogenous MT on the germination process of L. ruthenicum seeds under compound salt-alkali stress

表4 外源MT对复合盐碱胁迫下黑果枸杞种子GP和GR的影响

2.4.2 发芽指数和活力指数表5显示,不同浓度MT处理对各盐碱组成和盐碱浓度组合胁迫下黑果枸杞种子的GI有不同程度的影响。CK处理下,黑果枸杞种子的GI均随MT浓度升高先升后降,最大值出现在MT0.1浓度时,显著高于MT0(P<0.05)。在L复合盐处理中,50、100、200 mmol/L 3种盐碱浓度胁迫下,种子GI均随MT浓度升高呈先升后降趋势,并均在MT0.1浓度时最大,且显著高于MT0,MT0.3与MT0.1之间差异不显著,MT0.5稍低于MT0,而MT1.0显著低于MT0(P<0.05)。在M复合盐碱处理中,3种盐碱浓度胁迫下,种子GI随MT浓度的变化趋势与L中性盐处理一致,但最大值均出现在MT0.3浓度下,且MT0.1、MT0.3、MT0.5三者之间差异不显著,均显著高于MT0(P<0.05),MT1.0稍低于MT0(P>0.05)。H复合盐碱处理中种子GI的变化趋势与M复合盐碱处理一致,3种盐碱浓度下GI最大值也均出现在MT0.3浓度下,但与MT0.1差异不显著(P>0.05),均显著高于MT0(P<0.05),MT0.5和MT1.0与MT0差异不显著。

同时,在各类复合盐碱胁迫下,黑果枸杞种子的VI随MT浓度的变化趋势与其GI一致,均呈先升后降(表5)。其中,在CK处理中,种子VI在MT0.1浓度时最大,与MT0.3差异不显著,两者均显著高于MT0(P<0.05);MT0.5和MT1.0显著低于MT0(P<0.05)。在L复合盐处理中,3种盐浓度胁迫下的种子VI均在MT0.1浓度时最大,并与MT0.3差异不显著;MT1.0显著低于MT0(P<0.05)。在M和H复合盐碱处理中,3种盐碱浓度胁迫下种子VI的最大值均出现在MT0.3浓度下,且MT0.1、MT0.3、MT0.5浓度之间大多差异不显著,MT1.0稍低于MT0(P>0.05)。

以上结果说明,外源MT对各类复合盐碱胁迫下黑果枸杞种子的GI和VI具有伤害缓解和伤害加剧双重效应,且与复合盐组成和浓度密切相关;L中性复合盐处理中,0.1和0.3 mmol/L MT对3种盐碱浓度胁迫伤害均有一定缓解效应,并以0.1 mmol/L的缓解效果最佳,而 0.5和1.0 mmol/L MT均使盐碱胁迫的伤害加剧;在M和H复合盐碱处理中,当MT浓度为0.1、0.3、0.5 mmol/L时对胁迫伤害有缓解效果,并以0.3 mmol/L缓解效果最佳,而当MT浓度为1.0 mmol/L时则加剧伤害。这与MT对各类复合盐碱胁迫下种子萌发过程中GR和GP的表现基本一致。

2.4.3 幼苗根长及芽长外源MT对不同盐碱组成和盐碱浓度胁迫下黑果枸杞幼苗根长(RL)及芽长(SL)的影响程度不同(表6)。在CK处理中,黑果枸杞幼苗RL和SL均随外源MT浓度升高呈现先升后降的变化趋势,RL在MT0.1浓度时最大,并与MT0.3差异不显著,两者均显著高于MT0,MT0.5和MT1.0显著低于MT0;SL的最大值出现在MT0.3浓度时,且MT0.3与MT0、MT0.1、MT0.5处理间均差异不显著,MT1.0显著低于MT0。在L、M、H 3类复合盐碱处理中,3种盐碱浓度胁迫下黑果枸杞幼苗RL和SL也均随外源MT浓度升高呈先升后降趋势。当L复合盐在浓度为50、100 mmol/L时,幼苗RL在MT0.1浓度时最大,且MT0.3与MT0.1差异不显著,两者均显著高于MT0(P<0.05),MT0.5稍低于MT0(P>0.05),而MT1.0显著低于MT0(P<0.05);当L复合盐浓度为200 mmol/L时,幼苗RL在MT0.3最大, MT0.5和MT1.0与MT0无显著差异。当M复合盐碱浓度为50 mmol/L时,幼苗RL在MT0.1最大,MT0.3与MT0.1差异不显著,两者均显著高于MT0(P<0.05);当M复合盐碱浓度为100、200 mmol/L时,幼苗RL在MT0.3最大,且MT0.3、MT0.1、MT0.5之间差异均不显著,而MT1.0显著低于MT0(P<0.05)。在3种H复合盐碱浓度胁迫下,幼苗RL均在MT0.3浓度下最大。同时,L、M、H复合盐碱在3种盐碱胁迫浓度下,幼苗SL的最大值均出现在MT0.3,且MT0.3、MT0.1、MT0.5与MT0之间均差异不显著,而MT1.0均低于MT0。另外,当盐碱浓度和MT浓度一定时,随着碱性盐所占比例增加(L→M→H),黑果枸杞幼苗的RL和SL均有显著降低趋势(P<0.05),且RL的降低幅度明显高于SL。以上结果说明,MT对各类复合盐碱胁迫下黑果枸杞幼苗生长均有一定影响,适当低浓度MT能够在一定程度上缓解盐碱胁迫对黑果枸杞RL和SL造成的伤害,而高浓度MT则加剧盐碱胁迫的伤害,且RL对MT浓度的响应比SL更为敏感。

表5 外源MT对复合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发GI和VI的影响

表6 外源MT对复合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发RL和SL的影响

3 讨 论

3.1 黑果枸杞种子萌发和幼苗生长对不同盐碱组成和盐碱浓度组合胁迫的响应

3.2 外源MT对复合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发的调控作用

为了抵御干旱、盐害、低温等各种不良生存环境对植物的伤害效应,植物在长期进化过程中演变出了一系列复杂的防御反应机制。诸多研究证明,MT在植物防御反应过程中具有极为广谱的作用[29,38-39]。陈莉等[40]研究发现,低浓度褪黑素对盐胁迫下棉花种子萌发具有促进作用,提高了种子耐盐性,而高浓度褪黑素对棉花种子萌发具有抑制作用;熊毅等[41]研究表明,外源褪黑素能显著提高NaCl(浓度150 mmol/L)胁迫下老化燕麦种子的发芽率,以褪黑素浓度为500 μmol/L时效果最佳。本研究得到相类似的结果:L、M、H 3种复合盐碱在50、100、200 mmol/L 3种盐碱浓度胁迫下,黑果枸杞种子萌发期GP、GR、GI、VI、SL、RL指标均随MT浓度升高呈现先升后降趋势,说明外源MT对各类盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发和幼苗生长均具有一定的促进作用,但MT浓度过高时则会抑制黑果枸杞种子萌发和幼苗生长。这可能是因为MT通过直接或间接清除盐碱胁迫产生的活性氧自由基,达到缓解伤害目的[42],浓度过高时又会诱导蛋白质的氧化变性[43],反而造成活性氧积累,表现为加剧盐碱胁迫对黑果枸杞种子萌发和幼苗生长的伤害作用;也可能是MT与赤霉素和脱落酸分别呈现协同和拮抗关系,通过调节赤霉素和脱落酸的比例来调节种子萌发和抗逆性[44]。在本研究中,在L复合盐处理下,0.1和0.3 mmol/L MT对GP、GR、GI、VI有促进作用,并以0.1 mmol/L促进效果最佳,而0.5和1.0 mmol/L MT则产生抑制作用;在M和H复合盐处理下,0.1、0.3、0.5 mmol/L MT有促进作用,并以0.3 mmol/L促进效果最佳,但1.0 mmol/L MT则产生抑制作用,说明MT对中性复合盐(L)胁迫的缓解作用强于对碱性盐(M和H)的缓解作用,且最适MT浓度更低。推测原因可能是黑果枸杞种子通过自身合成MT或吸收环境中的MT来清除盐碱胁迫产生的活性氧自由基,而碱性盐较中性盐胁迫会产生更多的活性氧自由基,清除活性氧自由基所需MT浓度更高[45]。

另外,在本研究各类盐碱胁迫下,黑果枸杞幼苗RL在MT浓度为0.1或0.3 mmol/L时最大,在MT浓度为0.5 mmol/L时与对照(0 mmol/L)差异不显著,在MT浓度为1.0 mmol/L时低于对照;幼苗SL在MT浓度为0.3 mmol/L时最大,在MT浓度为0.5 mmol/L时高于对照,在MT浓度为1.0 mmol/L时低于对照;同时,黑果枸杞幼苗生长表型显示,随外源MT浓度改变,幼苗RL的变化幅度比SL更大。说明MT对各类盐碱胁迫下黑果枸杞幼苗生长具有伤害缓解和伤害加剧双重效应,低浓度缓解伤害,高浓度加剧伤害,且RL对MT浓度变化的敏感性比SL更强,这与刘月等[46]在大豆上的相关研究结果类似。其原因可能是MT具有与生长素类似的结构和功能[47],与生长素一样对植物的生长表现为双重性,同时也具有诱导生长素合成的作用[48],黑果枸杞幼苗根部对MT敏感性比茎部更强,表现为根部最适MT处理浓度低于茎部。

综上所述,盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发期GP、GR、GI、VI、SL、RL指标变化因盐碱组成和盐碱浓度而异,低浓度中性复合盐(L50)对黑果枸杞种子萌发和幼苗生长有一定的促进作用,高浓度中性复合盐(L100、L200)、中度及重度碱性复合盐(M、H)则表现出明显抑制作用,且盐碱浓度和碱性盐占比越高,抑制作用越强。外源MT可有效缓解盐碱胁迫对黑果枸杞种子萌发和幼苗生长的伤害效应,但不同MT浓度的影响不尽相同。在L复合盐中,MT浓度为0.1和0.3 mmol/L时对3种浓度盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发和幼苗生长均有促进作用,以0.1 mmol/L促进效果最佳,而在MT浓度为0.5和1.0 mmol/L时则产生抑制作用;在M和H复合盐中,MT浓度为0.1、0.3、0.5 mmol/L时有促进作用,并以0.3 mmol/L促进效果最佳,而MT浓度为1.0 mmol/L时则产生抑制作用。可见,MT用于调控黑果枸杞抗盐性显然可行,但应根据盐碱组成和盐碱胁迫浓度,合理适量施加外源MT以缓解盐碱胁迫对黑果枸杞种子萌发的伤害效应,有效提高盐碱胁迫下黑果枸杞种子的育苗成活率。

致谢:本研究得到新疆维吾尔自治区教育厅重点实验室“新疆特殊环境物种多样性应用与调控重点实验室”、新疆师范大学校级重点学科生物学学科,新疆师范大学沙漠藻研究院的大力支持和帮助,在此表示衷心的感谢。

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