外源物质对盐胁迫下西瓜种子发芽的影响_贺滉.pdf

北方园艺（）： 研究论文第一作者简介：贺滉（），男，硕士，助理研究员，研究方向为蔬菜遗传育种。：责任作者：詹园凤（），女，硕士，副研究员，研究方向为蔬菜遗传育种。：基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资助项目（）；海南耕地改良关键技术研究与示范专项资助项目（）。收稿日期：外源物质对盐胁迫下西瓜种子发芽的影响贺滉，牛 美 丽，党 选 民，詹 园 凤（中国热带农业科学院 热带作物品种资源研究所，海南 儋州；舞阳县第一高级中学，河南 舞阳）摘要：以小型西瓜品种“美月”种子为试材，在溶液中添加不同浓度的茉莉酸甲酯、氯化钙和脯氨酸，对其种子进行浸种处理，研究了外源物质对西瓜种子发芽的影响。结果表明：浓度处理效果最佳，以该浓度作为西瓜种子发芽处理盐浓度；茉莉酸甲酯、氯化钙和脯氨酸均能提高盐胁迫下种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数以及根系活力、胚根长和胚轴长；以添加脯氨酸处理效果最佳，脯氨酸最适浓度为，在此浓度下，发芽率和发芽势等指标显著提高。说明种外源物质能够缓解盐胁迫对西瓜种子的伤害，促进西瓜种子的萌发。该研究为这种外源物质在西瓜种植中的应用提供了依据。关键词：外源物质；盐胁迫；西瓜种子；萌发中图分类号： 文献标识码： 文章编号：（）我国盐渍土地总面积约亿，占全国土地总面积的，并且发生次盐渍化的土地面积仍在不断增加，严重影响作物的产量和制约作物种植面积的增长。西瓜 （） 属西瓜属一年生蔓性草本植物，起源于非洲。我国是西瓜生产第一大国，其栽培面积、总产量和消费量均居世界之首，在我国农业结构调整和促进农民增收等方面发挥着重要作用。作为一种盐敏感瓜菜，土壤的盐渍化抑制了西瓜的生长发育，也严重影响西瓜的产量和品质。茉莉酸甲酯（ ，）是广泛存在于高等植物体内的内源激素，在植物生长发育、蒸腾作用、诱导抗逆基因表达等方面发挥着关键作用。通过添加外源，可以提高作物对非生物胁迫的抗性，减少非生物胁迫对作物的伤害。李小玲等研究发现，以浓度为对照，在盐溶液中添加茉莉酸甲酯可缓解盐害，显著提高黄芩种子的发芽势、发芽率，提高叶片、活性及叶绿素含量，降低含量。等报道在盐胁迫条件下，施加外源通过调控细胞分裂素氧化酶来调节小麦幼苗细胞分裂素含量，从而缓解盐害对小麦幼苗生长的阻碍效应。是植物的一种信号分子，它参与到植物细胞气孔关闭和维持细胞内离子平衡。钙通过与胞内钙调蛋白结合，参与到植物胁迫信号的传递、响应和表达，保护植物细胞膜系统和渗透压，从而提高植物的抗逆性和抗病性等。脯氨酸是以游离状态广泛存在于植物体内，在盐渍、水涝、干旱及病害侵染等不利条件下积累，并证实其与胞内钠钾离子运输和渗透平衡有关，且具有清除活性氧的作用，在植物逆境胁迫响应中发挥着重要的作用。虽已有部分研究报道、和脯氨酸能促进盐胁迫下水稻和黄芩等植物种子的萌发，但这种外源物质是否能促进盐胁迫下西瓜种子的萌发仍未知晓。因此，该研究以海南小型西瓜品种“美月”为供试材料，研究外源施加、和脯氨酸对于盐胁迫下西瓜种子萌发的影响，并比较三者的作用效果，旨在探讨种外源物质缓解盐胁迫下西瓜种子萌发的效果，为、和脯氨酸的抗逆应用提供参考依据。 材料与方法 试验材料供试小型西瓜品种“美月”由中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所提供。 试验方法 盐胁迫最佳浓度的选择选取成熟饱满的西瓜种子，先用高锰酸钾溶液消毒，再用无菌水冲洗次，然后用浓度分别为、溶液浸种，将种子摆放在铺有层滤纸的培养皿中，每个摆放粒种子，加入的处理液，每处理重复次，置于的恒温培养箱中暗培养，期间每更换一次相应的处理液，培养皿完全随机排列。 外源物质对西瓜种子的处理西瓜种子用上述方法消毒后，采用不同浓度（、）、（、）和脯氨酸（、）处理液浸种，摆放在铺有层滤纸的培养皿中，以中筛出的盐浓度为对照（），进行种子发芽试验。每处理粒种子，重复次。 项目测定催芽后的第天开始每天记录发芽数，记录，以胚根露出作为种子萌发状态。以对照组的发芽率计算相对发芽率，统计种子的发芽率、发芽势、胚根长、胚轴长、发芽指数和活力指数，并采用法测定根系活力。其中：发芽率（）发芽种子数供试种子数；发芽势（）规定时间内发芽种子数供试种子数（以的发芽率为准）；发芽指数（）（）；活力指数（）（）。指日的发芽数，指相应的发芽日数，为平均胚根长。催芽第天时随机取粒种子测定胚根长度。 数据分析用 和软件进行数据处理及单因素的差异显著性分析，所有数据均以平均值标准差表示。 结果与分析 西瓜盐胁迫临界值的选取图显示，随着浓度的升高，西瓜种子的发芽率逐渐降低，当浓度从增加到时，西瓜种子发芽率变化不大。但是当浓度增加至时，发芽率急剧下降，从的降为，因此选取为西瓜盐胁迫的临界值，以该浓度作为西瓜种子发芽的胁迫浓度进行外源物质的处理。图不同浓度对西瓜种子发芽的影响 盐胁迫下外源物质对西瓜种子发芽率和发芽势的影响从表可以看出，当外源物质浓度较低时，对盐胁迫下西瓜种子的发芽率和发芽势有明显的促进作用，而随着外源物质浓度的增加，西瓜种子的发芽率和发芽势逐渐降低。与对照相比，在茉莉酸甲酯浓度下，与对照相比，种子的发芽率和发芽势有所提高，分别为和，高出、个百分点，提高不显著（）。当茉莉酸甲酯浓度增加时，种子的发芽率和发芽势随之降低；而在个不同浓 第期北方园艺度处理下，浓度对盐胁迫下种子出芽的缓解效应最显著，在此浓度下，种子发芽率达，比对照高个百分点。在 浓度下，对种子的发芽势影响最大，在此浓度下，种子发芽势达，比对照高个百分点；对于脯氨酸，在浓度下，种子的发芽率和发芽势最高，分别为和，比对照高、个百分点。随着浓度的增加，脯氨酸的缓解效应减弱。个外源物质相比较，脯氨酸的作用效果最佳，且在浓度时，对于西瓜发芽率和发芽势的影响最大。但当脯氨酸浓度达到时，其对盐胁迫下种子的发芽不仅没有促进作用，反而抑制了种子的发芽，种子的发芽率和发芽势也比对照低。表盐胁迫下不同浓度外源物质对西瓜种子发芽的影响 处理 发芽率 发芽势 （）（）（）（） 蒸馏水 盐胁迫下外源物质对西瓜种子发芽指数和活力指数的影响从图、可以看出，这种物质对于种子发芽指数和活力指数的影响不一样。对于茉莉酸甲酯来说，当浓度为时，发芽指数和活力指数数值最高，分别为和，相比对照，高出和。浓度为时，发芽指数和活力指数最低，分别为和，比对照低和，说明该浓度的茉莉酸甲酯抑制了西瓜种子的发芽。而 在处 理 下，当浓 度 为时，发芽指数和活力指数数最高，分别为和，分别比对照高和。当浓度为，发芽指数和活力指数数值最低，分别为和，分别比对照低和。对于脯氨酸，在脯氨酸浓度下种子的发芽指数和活力指数数值最大，分别为和，分别比对照高和。而当浓度为，发芽指数和活力指数最低，分别为和，比对照低和。在这种外源物质中，脯氨酸的促进作用最明显，添加脯氨酸后，西瓜种子的发芽指数和活力指数数值最高，但是不论是哪种外源物质，添加浓度过高，对于西瓜种子发芽都会有抑制作用，同时发芽指数和活力指数也低于对照组。 盐胁迫下外源物质对西瓜胚根长、胚轴长和根系活力的影响在盐溶液中添加这种物质可以提高西瓜种苗在盐胁迫下的根系活力，从图可以看出，茉莉酸甲酯、和脯氨酸三者之间相比较，在脯氨酸浓度下，根系活力提高最明显，达 到，比 对 照 高，而和茉莉酸甲酯处理效果不明显，最适处理浓度为，根系活力为，茉莉酸甲酯最适处理浓 度 为，根 系 活 力 为，和茉莉酸甲酯处理相对于对照，根系活力仅有微弱的提高。在盐溶液中添加脯氨酸和可以促进西瓜胚根伸长。其中 处理效果最佳，平均胚根长为，比对照高，添加脯氨酸的最适浓度为，在此浓度下，胚根长为 ，仅比对照高北方园艺月（下）注：脯氨酸浓度为、，氯化钙浓度为、，浓度为、。下图同。： ， ， ， ， 图盐胁迫下不同浓度外源物质对西瓜种子发芽指数的影响 图盐胁迫下不同浓度外源物质对西瓜种子活力指数的影响 ，效果不明显；而在茉莉酸甲酯处理下，与对照相比，胚根反而变短，说明个处理浓度均对种苗胚根生长有抑制作用。盐胁迫下仅能促进下胚轴的伸长，在浓度下，下胚轴最长，为，比对照高。当浓度增加时，下胚轴长度也降低，浓度为时，下胚轴最短，为，比对照短，说明高浓度对种苗下胚轴生长有抑制作用。在茉莉酸甲酯和脯氨酸处理图盐胁迫下不同浓度外源物质对西瓜种苗胚根长的影响 图盐胁迫下不同浓度外源物质对西瓜种苗下胚轴长的影响 图盐胁迫下不同浓度外源物质对西瓜种苗根系活力的影响 第期北方园艺下，下胚轴长度均比对照短，说明这二者处理抑制了种苗下胚轴的生长。 讨论茉莉酸甲酯和是植物胞内重要的内源信号分子，植物在逆境胁迫下，茉莉酸甲酯和参与到胁迫信号的感受、传递与响应过程，诱导与抗逆相关的基因表达，增强植物的抗逆性，。脯氨酸代谢对于植物的生长发育和逆境响应具有重要的影响，脯氨酸积累有利于植物抵抗不利的环境条件，从而影响植物抗逆性和生长发育。因此，添加一定浓度的外源茉莉酸甲酯、或脯氨酸可以促进植物生长，缓解植物在逆境下所受到的不利影响。但是如果浓度过高，则会对植物生长造成抑制，加重逆境胁迫对植物的伤害。因此，在处理前需要了解外源激素或氨基酸处理的最适浓度范围。试验中随着浓度的增加，西瓜种子的出芽率逐渐降低，当浓度从提高到时，种子的出芽率急剧下降，因此，选取的为西瓜盐胁迫的临界值，作为后续盐胁迫处理的浓度。孙敏红等研究表明， 浓度对西瓜种子发芽有促进作用，浓度大于，种子发芽则受到抑制，该试验结果与其类似。但在其试验中，不同品种在同一浓度处理下，出芽率存在差异，且与该试验结果也不一致，这与不同西瓜品种抗性不同有关。种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等指标是种子在盐胁迫的逆境下种子发芽数的多少和活力的大小的直观体现。在该试验中，盐溶液中添加一定浓度茉莉酸甲酯、和脯氨酸可以显著提高种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数，缓解对西瓜种子发芽的抑制。用茉莉酸甲酯处理时，最适浓度为。在此浓度下，茉莉酸甲酯的缓解效应最明显，当浓度提高时，对种子出芽反而造成了抑制。用处理时，最适浓度为，在此浓度下，种子的发芽势、发芽指数和活力指数最高，当浓度超过时，则对种子发芽产生抑制作用。用脯氨酸处理时，最适浓度为，在此浓度下，显著提高种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数，如浓度超过时，种子发芽受到抑制，这与斯琴巴特尔等、杨艺等的研究结果相一致。这种外源物质之间相比较，脯氨酸的作用效果优于茉莉酸甲酯和，对盐胁迫的缓解效应最明显。植物根部是抵御盐胁迫的首要器官，根部细胞的外排功能和的分隔作用对植物响应盐胁迫具有关键的作用。胚根长和根系活力代表着根部在盐胁迫下根部生长代谢活力的强弱。该试验结果显示，在盐胁迫下，种外源物质均可促进根的伸长和提高根系活力，可能与外源物质调节根部次生代谢酶活性、维持胞质渗透压和清除细胞自由基等作用有关，这与等的研究结果相似。种外源物质对比，促进根伸长效果最明显，而脯氨酸更能提高根系活力，这可能与二者作用机制不同有关。同时，仅能促进胚轴的伸长，脯氨酸和茉莉酸甲酯对下胚轴的生长反而有抑制作用，这可能与二者的处理浓度过大有关。综上所述，脯氨酸为盐胁迫下西瓜种子发芽的最佳外源物质，其最适处理浓度为，盐胁迫下种外源物质提高种子出芽及对胁迫响应相关的生理及分子机制有待进一步研究。参考文献杨建国，樊丽琴，许兴，等盐碱地改良技术集成示范区水土环境变化研究初报中国农学通报，（）： ， ，（）： ， ， ， ，：陈培琴，郁松林，詹妍妮，等茉莉酸对葡萄幼苗耐热性的影响石河子大学学报，（）：李小玲，华智锐外源茉莉酸甲酯对盐胁迫下黄芩种子萌发及幼苗生理特性的影响山西农业科学，（）： ， ， ， ，（）： ，（）：北方园艺月（下） ，： ， ， ， ，： ， ，： ， ， ， ， 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