NaCl胁迫对黄花菜种子萌发和幼苗生长的影响

岳新丽，湛润生，牛雅玉，王慧，邢宝龙，马涛

（1山西农业大学高寒区作物研究所，山西大同 037008；
2大同黄花产业发展研究院，山西大同 037008；
3山西大同大学农学与生命科学学院，山西大同 037009）

中国盐碱地大约有9913 万hm2，大约占全国可利用土地面积的4.88%[1]。盐胁迫对植物的生长和产量具有重要的影响[2]，属非生物胁迫，低浓度盐胁迫时对植物生长具有抑制作用，高浓度盐胁迫可使植物死亡[3]。造成植物危害的原因较多，包括营养不良引起的离子毒性、渗透胁迫和离子拮抗作用等[4]。盐胁迫与渗透调节剂（例如甘油、甜菜碱等）、内源激素（油菜素甾体、植物生长素等）以及抗氧化酶（过氧化物酶等）等密切相关[5]。盐胁迫下对种子萌发介质产生影响，降低了种子吸收水分的能力，减少种子储备的利用，限制细胞分裂，影响植物的生长发育[6-8]。植株在幼苗时期是最敏感的时期，这个时期植株对外界的抵抗力最弱，根系分解吸收养分能力较弱，叶片光合作用效率低，很容易形成死苗或弱苗。因此，种子萌发和幼苗阶段是种子适应盐碱环境的关键时期。

黄花菜也被称为金针、柠檬萱草、猪笼草，属于百合科萱草属多年生草本植物，根几乎肉质，中下部常有梭形扩大[9]。花被浅黄色、橙红色和深紫色。黄花菜的花蕾呈黄绿色，富含多种维生素、矿物质等营养物质，未开放表现为均匀修长、肉质饱满且清香扑鼻，营养价值相对比较高，具有多重保健功效[10]。据研究黄花菜的提取物中含有蒽醌类、黄酮类等成分，具有抗抑郁、镇静安神、抗肿瘤、保护肝脏和抗氧化等功效[11-12]。它在早春播种，具有较高的园林绿化价值。大同黄花种植面积位列全国第二，2021年大同市黄花菜种植面积为1.77×104hm2。截至2019 年初，大同市有耕地3.65×105hm2，其中盐碱耕地4.18×104hm2，占总耕地面积的11%[13]，盐碱化已经成为影响当地农业高质量发展的重要因素。笔者研究NaCl 胁迫对大同黄花菜种子萌发以及幼苗生长的影响，旨在为当地黄花菜产业持续发展提供理论依据。

1.1 试验时间、地点

试验于2021 年4—6 月在山西农业大学高寒区作物研究所实验室完成。

1.2 试验材料

试验所用黄花菜种子、种苗均为大同黄花，由山西农业大学高寒区作物研究所提供。

1.3 试验设计

1.3.1 黄花菜种子萌发的NaCl 胁迫试验室温下将黄花菜种子在无菌水中浸泡24 h，用镊子在培养皿中小心剥去种皮，75%酒精浸泡30 s，无菌水冲洗去皮种子3 次，0.1%次氯酸钠浸泡去皮种子10～12 min，随后用无菌水浸洗摇晃5 次，每次1 min，最后用无菌滤纸将种子表面的水分吸干[14]，待用。

黄花菜种子在培养皿中进行无菌培养，以蒸馏水处理为对照，5 个NaCl 浓度分别为40、80、120、160、200 mmol/L，对照及NaCl浓度处理均设3 个重复。基础培养基包括1/2MS 培养基、琼脂、蔗糖、酪蛋白，各NaCl 浓度处理添加不同质量NaCl，形成不同NaCl 盐浓度培养基。培养基及试验用器具灭菌后，在超净工作台预冷、倒平板，待1/2MS培养基凝固并晾干培养皿中水分，每个培养皿接种50 粒黄花菜种子，放置于人工气候箱中培养，每48 h观察培养皿，统计发芽率、发芽势、发芽指数、盐害指数。共观察20 d。

1.3.2 黄花菜种苗期的NaCl 胁迫试验选取长势一致的黄花菜种苗90 株，每个花盆等间距种植5 株，共18盆，实验室内自然光照培养。以蒸馏水处理为对照，5个NaCl 浓度分别为40、80、120、160、200 mmol/L，对照及NaCl浓度处理均设3个重复。试验期间，24 h统计一次各处理种苗的高度，随后浇不同盐浓度溶液50 mL。20 d后采集黄花菜叶片测定质膜透性，以及MDA、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖含量共5项生理指标。

1.4 试验方法及数据处理

生理指标参照李小方、张志良[15]编著教材的试验方法，膜透性测定采用电导法，脯氨酸含量采用水浴浸提法，丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[16]，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝染色法。发芽试验相关数据统计方法参照刘攀[7]的方法进行。

数据作图采用Excel 和WPS Office 软件完成，数据方差分析采用SPSS 18 软件完成，平均数间的多重比较采用Duncan’s新复极差法。

2.1 不同NaCl浓度对黄花菜种子萌发的影响

由表1 可见，经过不同浓度NaCl 处理后，黄花种子发芽率均比对照低，NaCl胁迫对黄花种子萌发具有明显的抑制作用。当NaCl 浓度达到120 mmol/L 时，虽然与对照组相比黄花菜种子的发芽率、发芽势、发芽指数呈明显下降趋势，盐害指数呈明显上升趋势，但与其他盐浓度相比黄花菜种子的发芽率、发芽势、发芽指数均有所上升，盐害指数也有一定程度的降低。结果表明，NaCl 胁迫抑制了黄花菜种子的萌发，但是在盐浓度在120 mmol/L左右时，NaCl胁迫对黄花菜种子萌发的抑制作用在一定程度上有所减弱。

表1 不同NaCl浓度下黄花菜种子萌发情况统计表

2.2 不同NaCl浓度对黄花菜幼苗生长发育的影响

由图1看出，对照组种苗前期生长并不是很明显，从第6 天开始，种苗高度呈现出急剧增长的趋势。NaCl处理对黄花菜种苗的生长具有一定的抑制作用，但是黄花菜种苗仍然以非常缓慢的趋势生长，如对照组种苗在试验期间内平均生长了15 cm，而盐胁迫下的种苗最高只生长了8 cm，最低生长了3 cm。当NaCl浓度为120 mmol/L 时，黄花菜种苗的生长发育较好，生长高度也远高于其他盐浓度下的黄花菜种苗。

图1 不同NaCl浓度下黄花菜幼苗生长发育图

2.3 NaCl胁迫对黄花菜幼苗叶片膜透性、MDA含量的影响

由图2～3可以看出，与对照相比NaCl处理黄花菜叶片质膜透性、MDA 含量显著增加(P＜0.05)。20 d内，随NaCl 浓度的增加，叶片细胞膜透性递增。在10 d 内，随NaCl 浓度增加，各处理MDA 含量呈现递增的趋势；
10 d 后，40～120 mmol/L 处理MDA 含量呈现上下波动趋势，160～200 mmol/L 处理随NaCl 浓度增加MDA 含量呈现递增的趋势。试验期间，160、200 mmol/L NaCl 浓度处理质膜透性、MDA 含量增幅明显，与其余处理形成显著性差异(P＜0.05)。

图2 不同NaCl浓度胁迫下黄花菜叶片细胞膜透性的变化

图3 不同NaCl浓度胁迫下黄花菜叶片MDA含量的变化

2.4 NaCl胁迫对黄花菜幼苗叶片有机渗透调节物质含量的影响

由图4 可以看出，与对照相比NaCl 处理黄花菜叶片脯氨酸含量显著增加(P＜0.05)。不同处理之间，随NaCl 胁迫浓度增加，叶片脯氨酸含量呈现增加趋势，差异达5%显著水平。各NaCl 胁迫处理，叶片脯氨酸含量在15 d 内（含15 d）逐渐增加，15 d 后降低。

图4 NaCl胁迫下黄花菜叶片脯氨酸含量的变化

由图5 看出，对照黄花菜叶片可溶性糖含量维持在一个较稳定水平。40～120 mmol/L NaCl 浓度处理，叶片可溶性糖含量在5～15 d 增加，15 d 后降低；
160 mmol/L 处理，可溶性糖含量10 d 内（含10 d）增加，10 d 后降低；
200 mmol/L 处理，叶片可溶性糖含量在20 d 内整体呈现降低趋势。整个试验期间，200 mmol/L NaCl 浓度处理，叶片可溶性糖含量值显著低于CK和其余NaCl浓度处理(P＜0.05)。

图5 NaCl胁迫下黄花菜叶片可溶性糖含量的变化

试验期间，对照及不同NaCl 浓度处理，黄花菜叶片可溶性蛋白质含量值呈现先增加后降低的趋势，其中10 d时含量值最高（图6）。在15、20 d时，叶片可溶性蛋白质含量随NaCl胁迫浓度增加明显降低，但统计意义上差异不显著。

图6 NaCl胁迫下黄花菜叶片可溶性蛋白含量的变化

3.1 NaCl胁迫对黄花菜种子萌发影响的原因分析

植物耐盐性早期鉴定、耐盐品种的早期选择，主要通过种子的萌发能力和幼苗的生长势作出基础判断[17]。本研究发现，NaCl胁迫对黄花菜种子萌发有非常大的影响，增大盐浓度对种子萌发有显著的抑制作用，会使发芽势、发芽指数降低，盐害指数增加，可能是渗透调节紊乱使种子吸水能力下降所致[18]。试验结果表明，与对照相比，NaCl 胁迫处理在发芽率、发芽势、发芽指数3 个方面均明显下降且降幅很大，盐害指数也明显增加，表明盐分胁迫可明显阻碍黄花菜种子萌发，盐浓度越高抑制作用越明显。离子的渗透作用与毒性作用有关，且盐胁迫程度越深，效应越明显[19]。在本研究的NaCl 胁迫范围内，当NaCl 浓度达到120 mmol/L时，相较于其他高浓度的NaCl胁迫，种子萌发所受到的抑制相对低，可能是因为这个盐浓度虽然一定程度上会抑制种子的萌发，但也会促进细胞膜的渗透调节，发芽率、发芽势、发芽指数小幅度升高，盐害指数也会小幅度下降[20]。

3.2 NaCl 胁迫对黄花菜幼苗生长发育影响的原因分析

相关研究表明，NaCl胁迫对植物的生长发育具有很大的影响，可延缓植物的生长，盐碱度对植物在苗期和营养生长早期较敏感[21-22]。本研究中，与对照组的黄花菜种苗相比，NaCl胁迫组降低了黄花菜种苗的生长高度。NaCl 胁迫组的黄花菜种苗在整个生育期生长幅度很小，后期基本停止生长；
而对照组的黄花菜种苗前期种苗生长缓慢，在前中期黄花菜种苗的生长高度比前期有了很大幅度的增长，从中期开始更是有了巨大幅度的增长，在后期黄花菜种苗的高度已经远超NaCl 胁迫下黄花菜种苗的高度。NaCl 胁迫对幼苗生长的影响，主要是由于植物根系周围的土壤中土水势因NaCl浓度增加而降低，使植物根系吸收水的能力降低，从而使植物的生长受到抑制，这与土壤中因盐浓度增加导致渗透压增加有关[7,23]。

NaCl胁迫对植物的生长发育有不同程度的影响，低浓度的盐胁迫会阻碍植物的生长发育，盐浓度过高甚至可能会导致植物死亡。本研究中，相较于其他NaCl胁迫组，低浓度的2个NaCl胁迫组的黄花菜种苗生长高度远超其他高浓度的NaCl胁迫组。在本试验研究的NaCl 胁迫范围内，当NaCl 浓度达到120 mmol/L时，黄花菜种苗的生长发育所受到的抑制相对低于其他高浓度的NaCl 胁迫，原因与120 mmol/L NaCl 浓度胁迫对黄花菜种子萌发的影响类似。

3.3 NaCl胁迫对黄花菜幼苗叶片膜透性、MDA含量影响的原因分析

盐胁迫使得植株受到离子毒害、过氧化伤害、矿质营养缺乏等影响，同时会导致植株体内水分亏缺，产生渗透胁迫。当植物组织遭受盐胁迫影响时，常能伤害细胞原生质的结构而引起透性增大，使细胞内含物不同程度的外渗，使外液的电导度增大。透性变化愈大，植物组织受伤愈重，抗性愈弱。植物在盐胁迫下，会产生膜脂过氧化作用，膜脂过氧化的最终产物是MDA，MDA 含量可表明植物盐胁迫受伤的程度。MDA 可与蛋白质、核酸反应，改变分子构型，对蛋白质的合成具有抑制作用。因此，MDA 的积累可对细胞和膜造成伤害[24-25]。本研究中，对照质膜透性、MDA 含量在20 d 内维持在一个稳定水平，NaCl 处理质膜透性、MDA 含量随着NaCl 胁迫浓度的提高而增加，其中160、200 mmol/L处理质膜透性、MDA含量显著高于40、80、120 mmol/L处理，同时在20 d内处于一直增加的趋势。说明160、200 mmol/L浓度NaCl 胁迫处理可能已经造成细胞内含物外渗，发生膜脂过氧化作用，植物组织受伤严重。同时，随着时间的延长，伤害逐渐加重。

3.4 NaCl胁迫对黄花菜幼苗叶片有机渗透调节物质含量影响的原因分析

研究表明，渗透胁迫是NaCl胁迫对黄花菜造成伤害的重要原因之一，随着NaCl 处理浓度越来越高，植物细胞外Na+、Cl-浓度逐渐增加，细胞外界渗透势降低，细胞面临生理干旱胁迫，导致细胞吸水困难甚至失水[26]。前人研究表明，渗透胁迫可通过2 种方式来缓解植物细胞，一是细胞通过从外界吸收K+、Na+等离子，二是细胞可通过自身合成可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖等，共同维持细胞水分充盈[27-28]。本研究中，20 d 内对照处理黄花菜叶片脯氨酸含量较稳定，随NaCl 处理浓度的增加脯氨酸含量显著增加。不同时间点，15 d内各NaCl胁迫处理黄花菜叶片脯氨酸含量逐渐增加，15～20 d 不同处理脯氨酸含量降低。在各NaCl胁迫下，细胞内游离脯氨酸含量的迅速增加是植物适应盐渍环境的显著特征之一。

试验中除200 mmol/L NaCl 胁迫处理黄花菜叶片可溶性糖含量在20 d内逐渐降低外，其余处理叶片可溶性糖含量在15 d内增加，15～20 d降低。可溶性糖是很多非盐生植物的主要渗透调节剂，同时可溶性糖是细胞内合成有机物质的碳架和能量来源。在植物细胞受到胁迫时，短期内细胞自身通过合成渗透调节物质，表现出短期内可溶性糖含量增加；
后期可溶性糖含量降低，与长期NaCl胁迫导致细胞内含物外渗有关。黄花菜叶片经过不同浓度NaCl胁迫处理后，叶片可溶性蛋白含量同样也是先增加后降低。

综上所述，由NaCl 胁迫黄花菜种子萌发的试验得出，当NaCl 浓度增加时，黄花菜种子的发芽率、发芽势、发芽指数均有所下降，而盐害指数逐渐升高，其中120 mmol/L NaCl 浓度处理种子发芽率、发芽势、发芽指数均有所上升，盐害指数也有一定程度的下降。黄花菜种苗期生长发育及生理指标受NaCl 胁迫影响的试验，NaCl 胁迫对黄花菜种苗的生长发育具有一定的抑制作用。随NaCl 胁迫浓度增加，黄花菜种苗叶片细胞膜透性、MDA 含量呈现递增的趋势，其中160、200 mmol/L NaCl浓度处理增幅尤其明显，并且这种对植物构成的胁迫伤害随时间的延长逐渐增加。20 d内，黄花菜叶片游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质含量值整体呈现先增加后降低的趋势，说明黄花菜在受到NaCl胁迫初期，游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质能够缓解渗透胁迫的伤害，其中游离脯氨酸在黄花菜NaCl胁迫代谢中发挥了尤为重要的作用。试验研究了NaCl胁迫对黄花菜幼苗叶片细胞膜透性、膜脂过氧化，以及细胞内有机渗透调节物质含量变化的影响，但是关于黄花菜盐胁迫反应的分子机制、基因表达调控方面信息没有涉及，今后需加强这一方面的研究。

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