，　，　，　　

(1.山西大同大學生命科學學院，設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心，　山西 大同 037009；2.山西大同大學后勤管理處，　山西 大同 037009)

隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，設(shè)施蔬菜種植面積近30年來不斷擴大，溫室大棚數(shù)量迅猛增加。但由于設(shè)施內(nèi)化肥施用量過大、土壤水分蒸發(fā)旺盛而灌溉不合理等原因，土壤次生鹽漬化不斷加重，已經(jīng)嚴重影響了設(shè)施蔬菜的生產(chǎn)[1-2]。Ca(NO3)2是設(shè)施土壤次生鹽漬化的主要成分，也是影響設(shè)施蔬菜種植的重要因素之一。Ca(NO3)2濃度過高可對細胞產(chǎn)生滲透脅迫、離子毒害及過氧化傷害，嚴重影響了種子的萌發(fā)和幼苗的生長[3-4]。通過合理密植和控制肥水、施用外源化學物質(zhì)、培育耐鹽品種等措施，能在一定程度上提高作物對鹽堿土的適應(yīng)性，部分緩解土壤鹽漬化對作物的傷害，有利于設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

表1甜菜堿對Ca(NO3)2脅迫下黃瓜種子發(fā)芽率的影響

品種處理發(fā)芽率(%)24h36h48h60h72h84h津春2號ck93．67±2．08a96．55±1．34a97．33±1．34a97．67±0．88a98．89±1．02a98．89±1．02aCa3．67±0．88e42．56±3．24e66．78±2．67d70．44±1．39e75．00±4．36d79．78±3．67dB1．05．06±0．48e43．67±3．06e71．11±3．01d75．67±3．51d79．11±5．39d87．11±2．17cB2．510．11±0．84d51．78±3．01d75．78±0．69c82．89±2．14c86．11±2．83c88．44±0．77cB5．011．44±1．07d58．33±3．85c78．11±2．01c88．67±2．40b90．67±2．67bc92．67±3．06bB7．513．67±1．45c57．78±2．34c79．78±3．01bc88．89±1．17b91．00±0．67bc92．56±1．90bB10．020．44±1．07b69．78±3．67b84．11±3．47b91．67±1．45b92．44±0．77b93．67±0．88b津春4號ck90．44±1．38a94．55±2．41a95．78±1．68a97．00±1．86a97．33±1．36a98．45±0．39aCa1．67±0．88e18．11±1．64f49．55±5．18d57．67±3．79d70．89±3．00e83．78±2．91dB1．02．45±0．39e18．67±0．88ef49．78±0．69d58．33±1．21d71．56±2．04e85．00±2．18dB2．55．67±0．88d21．33±1．34e51．00±0．88d60．89±4．07d76．89±1．54d85．56±1．39cdB5．08．78±1．07c31．33±1．76d53．22±2．67d69．33±4．81c79．67±3．51cd89．55±4．02bcB7．59．45±1．07c37．00±1．86c62．45±4．01c73．45±4．60c82．33±4．70c92．11±2．22bB10．025．78±3．56b50．00±1．00b74．44±1．39b85．00±1．86b89．78±2．04b93．33±1．36b

近年來，施用外源甜菜堿緩解植物的非生物脅迫，提高植物抗逆性、改善作物品質(zhì)的研究受到國內(nèi)外學者的關(guān)注。甜菜堿(Betaine，BT)是一類季胺型生物堿，是植物細胞內(nèi)最重要的有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，具有穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)和生物膜系統(tǒng)的完整性、維持細胞滲透平衡、保持蛋白質(zhì)和代謝酶的活性、緩解氧化脅迫損傷等多種生理功能[5-6]。研究表明，外源甜菜堿可提高植物體內(nèi)甜菜堿的含量，改善細胞水分狀況，增強植物對水分脅迫、溫度脅迫、鹽脅迫等逆境的抗性[7-9]。但研究主要集中于大麥、小麥、水稻、玉米等作物[10-13]，以及枸杞、桑樹等果樹[14-15]，有關(guān)甜菜堿調(diào)節(jié)設(shè)施蔬菜抗逆性，特別是蔬菜種子萌發(fā)期抗逆性方面的報道很少。

黃瓜(CucumissativusL.)是葫蘆科甜瓜屬一年生草本植物，是國內(nèi)外設(shè)施栽培面積和產(chǎn)量最大的蔬菜作物之一。但是土壤次生鹽漬化已經(jīng)嚴重抑制了黃瓜種子的萌發(fā)和植株的生長發(fā)育，造成了設(shè)施黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)降低，甚至植株死亡[16-17]。因此，采用合適的方法提高種子萌發(fā)期的耐鹽性，保證其在鹽漬環(huán)境下正常出苗，對于黃瓜生產(chǎn)具有重要的意義。為此，本試驗采用培養(yǎng)皿發(fā)芽法，研究了外源甜菜堿對Ca(NO3)2脅迫下黃瓜種子萌發(fā)特性的影響，以期為采用外源甜菜堿緩解黃瓜植株的鹽脅迫傷害提供參考。

1　材料與方法

1.1　試驗材料

本試驗于2015年5月在山西大同大學生命科學實驗教學中心進行。供試黃瓜品種為津春2號(改良)和津春4號，均由天津科潤黃瓜研究所提供，供試鹽酸甜菜堿由上海源葉生物科技有限公司提供。

1.2　試驗方法

選取飽滿、整齊一致的種子，用55 ℃溫水燙種15 min后蒸餾水沖洗干凈，再用相應(yīng)濃度的甜菜堿處理液浸種6 h，然后播于鋪有4層紗布直徑9 cm的培養(yǎng)皿中，置于培養(yǎng)箱中28 ℃下避光催芽，期間每12 h用處理液浸種5 min。試驗共設(shè)7個處理：蒸餾水浸種(ck)、400 mmol/L Ca(NO3)2溶液浸種(Ca)、400 mmol/L Ca(NO3)2溶液中分別添加1.0 mmol/L(B 1.0)、2.5 mmol/L(B 2.5)、5.0 mmol/L(B 5.0)、7.5 mmol/L(B 7.5)和10.0 mmol/L(B 10.0)甜菜堿浸種。每處理重復3次，每重復75粒種子，完全隨機排列。

1.3　指標測定

催芽后每12 h統(tǒng)計1次種子發(fā)芽數(shù)并計算發(fā)芽率，催芽84 h后每重復隨機選20粒發(fā)芽的種子測量種子鮮重和芽長，并測定相對電導率和丙二醛含量。

發(fā)芽率(%)=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽勢(%)=催芽36 h時的發(fā)芽率。

種子用去離子水沖洗干凈并用濾紙吸干表面水分，用電子天平稱得鮮質(zhì)量。發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)采用丁順華等[18]方法計算：

GI=∑Gt/Dt；

VI=GI×S(式中，GI表示發(fā)芽指數(shù)，VI表示活力指數(shù)，Gt為t日的發(fā)芽率，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)，S為種子鮮重)。相對電導率采用電導率儀法測定，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法[19]測定。

數(shù)據(jù)用SPSS軟件進行單因素方差分析，Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2　結(jié)果與分析

2.1　對種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢的影響

圖2　甜菜堿對Ca(NO3)2脅迫下黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)的影響

發(fā)芽率是種子發(fā)芽能力的直接表現(xiàn)。表1中數(shù)據(jù)表明，400 mmol/L Ca(NO3)2溶液浸種顯著降低了黃瓜種子的發(fā)芽率，甜菜堿溶液浸種使Ca(NO3)2脅迫下種子的發(fā)芽率顯著提高，且隨甜菜堿濃度提高，發(fā)芽率明顯增大；隨催芽時間延長，各處理間的差異則逐漸縮小。Ca(NO3)2脅迫下津春2號種子的發(fā)芽率高于津春4號；催芽后48 h，1.0，2.5，5.0，7.5，10.0 mmol/L甜菜堿浸種的津春2號種子發(fā)芽率分別比Ca(NO3)2脅迫提高了6.48%、13.48%、16.97%、19.47%、25.95%，津春4號種子發(fā)芽率分別提高了0.46%、2.93%、7.41%、26.03%、50.23%。說明津春2號種子的耐鹽性強于津春4號，但甜菜堿對津春4號種子發(fā)芽的緩解效應(yīng)則優(yōu)于津春2號。

圖1　甜菜堿對Ca(NO3)2脅迫下種子發(fā)芽勢的影響

發(fā)芽勢是種子在一定時間內(nèi)的發(fā)芽潛力。圖1表明，Ca(NO3)2脅迫使種子的發(fā)芽勢顯著降低，甜菜堿溶液浸種顯著緩解了Ca(NO3)2脅迫對種子發(fā)芽勢的抑制，且隨甜菜堿濃度提高，緩解作用增大。與Ca(NO3)2脅迫相比，1.0，2.5，5.0，7.5，10.0 mmol/L甜菜堿浸種的津春2號種子發(fā)芽勢分別增大了2.60%、21.66%、37.06%、35.76%、63.95%，津春4號種子的發(fā)芽勢分別增大了3.07%、17.80%、73.02%、104.31%、176.09%。說明甜菜堿浸種增強了Ca(NO3)2脅迫下種子的發(fā)芽勢，且對津春4號的作用大于津春2號。

2.2　對種子發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)的影響

由圖2可知，不同處理下黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的變化趨勢基本一致，對照處理下津春4號的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均高于津春2號，Ca(NO3)2溶液浸種顯著降低了種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，甜菜堿溶液浸種使Ca(NO3)2脅迫下種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著增大，且隨甜菜堿濃度的提高而明顯增大。說明甜菜堿可有效緩解Ca(NO3)2脅迫對黃瓜種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的抑制。

2.3　對種子芽長和鮮重的影響

圖3顯示，Ca(NO3)2脅迫顯著降低了黃瓜種子的芽長和鮮重，甜菜堿溶液浸種使Ca(NO3)2脅迫下種子的芽長和鮮重增大。與Ca(NO3)2脅迫相比，1.0，2.5，5.0，7.5，10.0 mmol/L甜菜堿浸種的津春2號種子芽長和鮮重分別提高了21.21%、30.30%、33.33%、39.39%、57.58%和2.61%、2.83%、3.38%、4.19%、7.67%，津春4號種子芽長和鮮重分別提高了2.32%、6.98%、9.30%、13.95%、20.93%和1.59%、2.43%、4.41%、4.99%、10.85%。表明甜菜堿對Ca(NO3)2脅迫下津春2號種子芽長的促進作用大于津春4號，對種子鮮重的緩解作用則表現(xiàn)為津春4號大于津春2號。

2.4　對種子質(zhì)膜透性和丙二醛含量的影響

由圖4可以看出，Ca(NO3)2溶液浸種使黃瓜種子的相對電導率和MDA含量顯著增加，甜菜堿溶液浸種使Ca(NO3)2脅迫下種子的相對電導率和MDA含量隨甜菜堿濃度的增加而明顯降低。與Ca(NO3)2脅迫相比，1.0，2.5，5.0，7.5，10.0 mmol/L甜菜堿浸種的津春2號種子相對電導率和MDA含量分別降低了5.49%、13.99%、15.79%、20.34%、22.40%和7.02%、13.39%、15.86%、18.08%、21.58%，津春4號分別降低了6.95%、15.35%、18.99%、20.14%、24.79%和8.25%、15.05%、17.75%、18.99%、22.10%。說明甜菜堿對Ca(NO3)2脅迫下津春4號種子細胞膜過氧化傷害的緩解作用大于津春2號種子。

圖3　甜菜堿對Ca(NO3)2脅迫下黃瓜種子芽長和鮮重的影響

圖4　甜菜堿對Ca(NO3)2脅迫下黃瓜種子相對電導率和MDA含量的影響

3　討論與結(jié)論

鹽脅迫對非鹽生植物種子的萌發(fā)有明顯的抑制作用。發(fā)芽率、發(fā)芽勢、活力指數(shù)和發(fā)芽指數(shù)等能夠反映種子的發(fā)芽速度和發(fā)芽整齊度，是評價鹽脅迫下種子發(fā)芽情況的常用指標。研究表明，外源甜菜堿浸種能夠提高鹽脅迫下煙草、菊苣、桑樹種子的發(fā)芽率，促進幼苗的生長發(fā)育[20-22]。本試驗中，催芽24 h以后，對照處理條件下2品種黃瓜種子的萌發(fā)率均可達到90%以上，400 mmol/L Ca(NO3)2溶液浸種則顯著抑制了黃瓜種子的萌發(fā)，使種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，以及芽長和鮮重顯著降低。甜菜堿溶液浸種則對Ca(NO3)2脅迫下黃瓜種子的萌發(fā)有顯著的緩解作用，且隨著甜菜堿浸種濃度增加，緩解效果增大。

鹽脅迫能造成植物膜脂過氧化，表現(xiàn)為細胞膜中不飽和脂肪酸過氧化的最終產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量增加，質(zhì)膜透性增大[23-24]。因而，MDA含量和質(zhì)膜相對透性可直接反映細胞膜的損傷程度及植物對逆境的適應(yīng)能力。研究表明，外源甜菜堿處理可明顯緩解鹽脅迫和干旱脅迫對植物幼苗的損傷，減輕膜脂過氧化程度，降低MDA的積累和相對電導率的增大[12,25-26]。本研究中，Ca(NO3)2脅迫對黃瓜種子的細胞膜造成嚴重損傷，質(zhì)膜透性增大，電解質(zhì)外滲，表現(xiàn)為種子的相對電導率和MDA含量顯著增大。外源甜菜堿浸種則有效緩解了Ca(NO3)2脅迫對種子細胞膜的過氧化傷害程度，降低了相對電導率和MDA含量。

總之，津春2號種子萌發(fā)期對Ca(NO3)2脅迫的耐性強于津春4號，但甜菜堿對Ca(NO3)2脅迫下津春4號種子的緩解效應(yīng)優(yōu)于津春2號，且隨著甜菜堿濃度提高，緩解效應(yīng)明顯增大。甜菜堿可增強黃瓜種子萌發(fā)期Ca(NO3)2脅迫的抗性，這為設(shè)施生產(chǎn)中利用甜菜堿提高土壤次生鹽漬化下蔬菜種子的發(fā)芽和促進其立苗提供了實驗依據(jù)。但甜菜堿對Ca(NO3)2脅迫下黃瓜種子萌發(fā)期調(diào)節(jié)作用的生理機制，以及對鹽脅迫下黃瓜植株生長發(fā)育的調(diào)節(jié)及其作用機制有待進一步研究。

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