NaCl胁迫对梅花和山桃种子萌发及生理特性的影响_杨佳鑫.pdf

<p>西北林学院学报 ，（）： ：胁迫对梅花和山桃种子萌发及生理特性的影响收 稿日期 ： 修 回日期 ：基 金项目 ：科学研究与研究生培养共建项科研项目 “北京实验室北京城乡节约型绿地营建技术与功能型植物材料高效繁育 ”（）；大 庆发改 （【】号 ）。作 者简介 ：杨佳鑫 ，在读硕士 ，研究方向 ：园林植物种质资源与育种 。：通 信作者 ：李庆卫 ，男 ，博士 ，副教授 ，研究方向 ：园林植物种质资源与育种 。：杨 佳鑫，李 庆卫，刘 玉霞，徐 兴龙，张 启翔，李 文广，孙 玉峰（花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室，国家花卉工程技术研究中心 ，城乡生态环境北京实验室 ，教育部林木花卉育种实验室 ，北 京林业大学 园林学院 ，北京 ；大庆市城市管理委员会 ，黑 龙江 大庆 ）摘要 ：研究盐胁迫 对梅花种子萌发的影响在指导盐碱地条件下梅花育苗生产及盐碱地区耐盐植物筛选时的重要意义 。以梅花种子作为梅花耐盐性初步研究试验材料 ，同时以常用作梅花嫁接繁殖砧木的山桃种子作对照 ，设置含 量分别为、个浓 度水平的盐胁迫处理 ，研究其萌发过程中发芽率 、丙二醛 （）含 量 、保护酶活性 、渗透调节物质含量的变化 。结果表明 ，）随着胁 迫浓度的升高 ，梅花及山桃种子的发芽率均呈现逐渐降低的趋势 。）随着胁 迫浓度的升高 ，种子含 量增加 ；、活 性呈先升高后降低的趋势 ；脯氨酸含量增加 ，可溶性糖和可溶性蛋白含量略有增加 ；胁 迫浓度越高 ，种子所受到的伤害越深 。）研究发现 ，丰 后 梅种子具有一定的耐盐性 ，且 丰后 梅种子较山桃的耐盐性强 。关键词 ：梅花 ；山桃 ；种子萌发 ；胁 迫 ；耐盐性 ；生理特性中图分类号 ： &nbsp; 文 献标志码 ： &nbsp; 文 章编号 ：（） ， ， ， ， ， ， （ ， ， ， ， ， ，； ，）： ， ， ， （） ） ， ） ， ， ， ） ， ： ； ； ； ；梅 （ ），蔷 薇科李属 （）或 杏属 （）。梅 花原产中国 ，是我国的传统名花，其 花芽分化早 ，开花独早 ，花期甚长 ，品种繁多 ，神 、韵 、姿 、香 、色俱佳 ，年 前梅己作为园林树木用于园林绿化，在 我国园林应用中有着举足轻重的地位和影响 。目前梅花抗性研究主要集中在抗寒性方面 ，其研究工作从世 纪中期已开始 ，抗寒梅花的繁殖推广呈现以北京为中心向 “三北 ”地区辐射的趋势 ，在沈阳 、兰州 、延安 、大庆 、乌鲁木齐及赤峰等地都有梅花的栽植。而 关于梅花耐盐性的研究却未见报道 ，根据国土资源部 土地资源数据集 统计 ，我国现有盐渍化土地面积 万，占 全国可利用土地面积的，其 中西北 、华北及东北 “三北 ”地区是中国盐碱地主要分布区域，因 此梅花耐盐性研究在其向北繁殖推广过程中势必成为重要研究内容 。同时随着中国盐碱地面积的不断扩大及土地盐碱化的日益加剧，梅 花耐盐性研究对梅花在全国范围内繁殖推广都将具有重大意义 。种子是重要繁殖材料 ，研究盐碱对种子萌发的影响对于指导盐碱地育苗 、园林实践和植物耐盐性研究有重要意义 。植物种子萌发和幼苗生长是植物生活史中的个关键阶段，也 是对盐碱胁迫较为敏感的时期 ，常常将植物种子萌发期的耐盐性作为该品种的耐盐性。试 验以梅花种子作为梅花耐盐性初步研究材料 ，以在华北地区常用做梅花砧木的山桃种子作为对照 。赵丽君等通过对山桃 抗盐碱性评价研究发现 ，山桃为极强抗盐碱型树种 ，其群体中绝大部分植株抗盐性和抗碱性极强 ，是优异的抗盐碱型桃树种质资源树种 。因此 ，通过与耐盐性较强的山桃做对比 ，以期对梅花耐盐性进行初步研究评价 。 材 料与方法 种 子采集及沙藏处理年月 于北京鹫峰国家森林公园采集 丰后 梅以及山桃种子 ，以果实大部变黄为标准采收 ，去掉果肉 ，将种子冲洗干净 ，置于干燥环境干藏 。落叶树木的种子 ，因生理的或其他原因的限制 ，采收后不能立即发芽 ，需进行沙藏处理 。在沙藏处理期间 ，种子中的抑制物质含量下降 ，而赤霉素和细胞分裂素的含量增加 ，使其内部发生一系列的生理变化 ，打破自然休眠 ，而进入萌发状态 。年月 下旬 ，从采集到的 丰后 梅和山桃种子中挑选饱满种 粒 ，将种子在室温下用清水浸泡，再 用溶 液浸种消毒，并 用蒸馏水冲洗干净 。沙藏处理采用盆栽沙培方法 ，梅花及山桃各盆 ，将粒 种子放入体积为（×）的 花盆 ，先在花盆底面铺厚约湿沙 ，均 匀铺粒 种子 （厚约），再 铺一层沙 ，铺粒 种子 ，如此往复 ，最后覆沙，每 个花盆中种子与沙子体积比为，每 个花盆中分别一次性浇入等 体积的蒸馏水以及浓度分别为、溶 液 ，之后每分别 浇同浓度的盐溶液或蒸馏水 ，使沙藏过程中保持沙的湿度在左 右 ，以手握能成团但不滴水 ，一触即散为准 。为防止水分蒸发散失过快 ，在花盆上覆上塑料薄膜并打孔 ，以保证通风 。置于的环境中进行种子 沙藏。 发 芽试验年月 下旬沙藏结束后将种子与沙子均匀混合并移到环 境中进行为期种 子萌发试验 。先对盆土控水 ，以使土壤干燥有利于施盐时盐分迅速扩散 ，待盆土干燥后 ，分别用、的溶 液处理种子 ，在盆下放置托盘 ，浇水后收集盆中流出的溶液 ，将溶液倒回盆内 ，以免盐分流失 。加盐时按照试验设计配制相应浓度盐溶液各，一 次性加入盆中 ，之后每浇同浓度的盐溶液或 蒸馏水 ，共浇盐次 ，处理后 统计发芽数 ，以胚根顶出种皮作为发芽标准 。 试 验测定 发 芽率测定自种子萌发试验开始后统 计种子萌芽个数 （以长出幼苗为准 ），种 子发芽率（发芽种子数 种子数 ）×。 生 理指标测定发芽试验结束后 ，去除种子的种皮 ，取出种子内的胚先用自来水冲洗 ，然后用去离子水冲洗 ，表面残留的水分用滤纸吸干待用 ，对丰后 梅 、山桃种子的丙二醛 （）含 量 、过氧化物酶 （）活 性 、超氧化物歧化酶 （）活 性 、脯氨酸 （）含 量 、可溶性糖 （）含 量 、可溶性蛋白（）含 量等生理指标进行测定 。其中丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法测定 ；脯氨酸含量采用茚三酮比色法测定 ；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测 ；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝染 色法测定 ；超氧化物歧化酶活性采用氮蓝四唑法测定 ；过氧化物第 期 杨佳鑫 等 ：胁迫对梅花和山桃种子萌发及生理特性的影响酶 活性采用愈创木酚法测定 。 试 验数据分析采用进 行绘图 、计算 ，用对 试验数据进行显著性分析 。 结 果与分析 胁 迫对 丰后 梅及山桃种子发芽率的影响由图可知 ，随处 理浓度的增加 ，不同种子的发芽率均呈现逐渐下降的变化趋势 ，但下降幅度不同 。、个 处理 丰后 梅种子的发芽率依次为、，其 中处 理比对照（）增 高了，其 余浓度处理浓度依次比对照分别降低、。山桃 种子的发芽率分别为、，比 对 照 （）分 别 降 低、。经溶 液处理后 ，盐浓 度处理下种子发芽率与对照无显著差异 （），其余浓度处理下 均与对照差异显著 （）。图 不 同浓度 胁 迫对 丰后 梅及山桃种子发芽率的影响 胁 迫对 丰后 梅及山桃种子细胞膜透性的影响图显 示 ，丰 后 梅及山桃种子经溶 液胁迫后 ，盐处理下丙二醛含量均呈现先 上升后下降趋势 。在浓 度为时 ，二 者丙二醛含量达到最大值 ，丰 后 梅增至，而山 桃的为。盐 处理下 丰后 梅含量继续增加 ，山桃则急剧下降 。由显著性分析可知 ，丰后 梅 各处理间及其与对照间差异均不显著 （）；山 桃在、盐 处理下种子内丙二醛含量与对照差异显著 （），、盐 处理与对照差异不显著 （），盐 处理下与对照差异显著 （）。研 究表明，耐 盐性强的植物比盐敏感植物的细胞膜稳定性强 ，本试验在盐 浓度处理下 ，山桃比 丰后 梅丙二醛含量变化更加显著 ，对盐更敏感 ，也就是说 丰后 梅在本试验盐浓度范围内膜脂过氧化反应程度没有山桃强烈 ，说明其细胞膜的稳定性强于山桃 。注 ：不同字母表示处理间在 水平差异显著性 ，下 同 。图 不 同浓度 胁 迫对 丰后 梅及山桃种子丙二醛 （）含 量的影响 胁 迫对 丰后 梅及山桃种子保护酶活性的影响图显 示 ，丰 后 梅及山桃种子经溶 液胁迫后 ，含 量随着盐浓度的升高整体呈现先上升后下降的趋势 。二者在盐溶液浓度为处含 量 达 到 最 大 值 ，丰 后 梅 比 对 照 增 加，山桃比对照增加。随着盐溶液浓度的 增大 ，、处 理下含 量相对于对照增加幅度逐渐降低 ，丰 后 梅 比 对 照 依 次 增 加、，而 山 桃 为、；二 者含 量在处 理下达到一个低峰 ，丰 后 梅比对照降低，山 桃为；盐 浓度为处 二者含 量略微上升 。由显著性分析可知 ，丰后 梅及山桃、盐 浓度处理下种子 内活 性 与 对 照 差 异 显 著 （），及处理下 与对照差异不显著 （）。这 些结果表明 ，作为防御活性 氧及其他自由基对细胞膜系统伤害的重要的酶 ，随着胁 迫逐渐增强而对种子细胞膜损害不断增大的情况下 ，其含量随着的 变化而变化 ，二者之间保持相对稳定的比率 ，从而对活性氧起到积极的清除作用 ；同时 丰后 梅种子活 性受胁 迫的影响变化幅度较大 ，比山桃拥有更强的调节机制产生大量酶 来适应低浓度的胁迫环境 。图显 示 ，丰 后 梅及山桃种子经溶 液胁迫后 ，含 量随着盐浓度的升高整体呈现先上升后下降的趋势 。丰 后 梅在盐溶液浓度为处含 量达到最大值 ，比对照增加，而 山桃在盐 浓度处理下达到最大值 ，比对照增加西北林学院学报 卷。由 显著性分析可知 ，丰 后 梅各处理间及其与对照间差异均不显著 （）；山 桃、盐 浓度处理下种子内活 性与对照差异显著 （），其余盐浓度处理下与对照差异 不显著 （）。以 上结果表明 ，丰 后 梅细胞内活性氧清除过程中 ，没 有显著变化 ，起 到主导作用 ；山桃种子细胞内与的 协同作用保护膜系统不受自由基的伤害 。图 不 同浓度 胁 迫对 丰后 梅及山桃种子（）、（）活 性的影响 （） （） 胁 迫对 丰后 梅及山桃种子渗透调节物质的影响图显 示 ，丰 后 梅和山桃种子经溶 液胁迫后 ，脯氨酸含量整体呈现先上升后下降最后上升的趋势 ，但山桃整体呈现上升趋势 ，丰 后 梅在盐 胁迫下脯氨酸含量才显著升高 。丰 后 梅在盐 浓度处理下出现最高峰 ，比对照增加；而 山桃在盐浓度 处理下就达到最大值 ，比对照增加。由 显著性分析可知 ，丰后 梅 除了浓 度处理下种子内活 性与对照差异显著 （），其余浓度处理下与对照差异 均不显著 （）；山桃种子各盐浓度处理下含 量均与对照差异显著 （）。这 些结果表明 ，随着盐浓度的增高 ，丰 后 梅和山桃种子细胞内能通过积累大量的游离脯氨酸来维持渗透平衡 ，但在高盐浓度胁迫下 丰后 梅比山桃更能显著积累脯氨酸以对质膜和离子泵均起到保护作用 ，降低电解质外渗 。图显 示 ，丰 后 梅种子经不同浓度溶液 胁迫后可溶性糖含量均上升 ，依次增加、；而 山桃整体呈现先上升后下降趋势 ，盐浓度为处 理下可溶性糖含量达到最大值 ，比对照增加，盐 溶液浓度为时 ，可 溶性糖含量达到最小值 ，比对照降低。由 显著性分析可知 ，丰 后 梅种子各处理间及其与对照间差异均不显著 （）；山 桃种子除了盐 浓度处理以外 ，其他处理下可溶性糖含量均与对照差异显著 （）。这 些结果表明 ，丰 后 梅随着盐浓度的升高能够不断积累可溶性糖含量来稳定细胞膜和原生质胶体 ，而山桃只有在低盐浓度下作用显著 。图 不 同浓度 胁 迫对 丰后 梅及山桃种子脯氨酸 （）、可 溶性糖 （）、可 溶性蛋白 （）含量的影响 ， 图显 示 ，丰 后 梅和山桃种子可溶性蛋白含量均随着浓 度的增加而呈现先下降后升高的变化总趋势 。由显著性分析可知 ，丰 后 可溶性蛋白含量在盐 浓度处理下没有显著变化 ，山桃在中高盐浓度处理下可容性蛋白含量有显著增高 。这些结果表明 ，在高的浓 度处理下 ，细胞中蛋白质的合成代谢增强 ，合成更多蛋白质 ，参与渗透调节 ，使植物适应高盐环境 。第 期 杨佳鑫 等 ：胁迫对梅花和山桃种子萌发及生理特性的影响 结 论与讨论种 子发芽状况是判定种子质量的一项重要指标，通 过种子发芽率在不同浓度盐溶液下的被抑制程度 ，可以判断种子在萌发期间的耐盐能力，同 时种子萌发是植物生长周期的转折点 ，发芽阶段的耐盐水平在一定程度上反映了该树种的耐盐程度。本 试验中 ，丰 后 梅及山桃发芽率均未达到，可能 是由于沙藏过程中就进行了盐处理 ，抑制了赤霉素和细胞分裂素等激素的增加 ，对打破种子自然休眠而进入萌发状态没有起到显著作用 ，但二者变化趋势基本相同 。丰 后 梅发芽率在低盐浓度处理 下 有 所 增 加 ，而 山 桃 发 芽 率 接 近 对 照 ，随 着处 理浓度的增加 ，二者均呈现逐渐下降的变化趋势 。发芽试验结果表明 ，低浓度 （）处理 对 丰后 梅种子萌发有轻微的促进作用 ，而随着胁 迫浓度增加 ，则会明显抑制种子的萌发 ，该结果与宋旭丽等对超大甜椒种子 耐盐性研究结果一致 。这种现象可能与低盐促进细胞膜的渗透调节有关 ，也可能是微量无机离子 （）对 呼吸酶有刺激作用 ，从而使其发芽更加迅速。盐 分能增加细胞膜透性 ，加强脂质过氧化作用 ，最终导致膜系统的破坏。膜 透性的大小反映质膜受损伤的程度 ，数值越大质膜受到的伤害也越大。作 为脂质过氧化作用的产物 ，其含量的多少可以代表膜损伤程度的大小。本 试验中 ，丰后 梅及山桃在盐 浓度处理下含 量与对照相比含量升高 ，低浓度比中浓度处理下上升幅度更大 ，盐处理达到时 山桃含 量显著下降 ，这可能与高浓度和长时间盐胁迫致使部分种子死亡 、分 解有关 ，这与刘行对 金露梅耐盐生理特性研究中较高浓度盐胁迫对金露梅内丙二醛含量影响研究结果一致 。从显著性分析可知 ，丰 后 梅在盐 处理过程中含 量与对照相比均无显著差异 ，种子没有受到严重伤害 ，但在盐处理浓度达到时 其含量仍在上升 ，说明 丰后 梅能耐更高盐浓度胁迫 ，其耐盐性强于山桃 。盐分条件下 ，膜系统的变化分成个阶段 ：首先 ，表现为盐分对膜系统的破坏 ，也反映其对盐分的忍耐程度 ；然后是植物对膜系统的修复 。和是防 御活性氧及其他自由基对细胞膜系统伤害的重要的酶，既 能以 ·为 基质进行歧化反应 ，将毒性 较 强 的 ·转 化 为 毒 性 较 轻 的，又 能阻止氧化的重 新受 ·还 原成而 催化 ·的 生成 ；是 清除过氧化物和主 要的酶 ，与的 协同作用保护膜系统不受自由基的伤害。膜 系统的修复与和酶 活性的升高是分不开的 。为了抵御环境胁迫介导的活性氧伤害 ，植物体中保护酶体系发生了变化 ，本试验中 ，丰 后 梅与山桃在中低盐浓度胁迫下含 量均显著升高 ，山桃含 量显著升高 ，丰 后 梅含量虽逐渐升 高但与对照差异不显著 ，表明中低盐浓度胁迫下 ，种子能通过提高保护酶活性 ，以消除胁迫下产生的过多的氧自由基 ，从而保持胚中活性氧产生与清除之间的平衡 ，使其免受伤害 ，同时也反映其对盐的耐受程度 ；高盐浓度胁迫下与酶 活性均下降 ，抑制了抗氧化酶基因的表达 ，植物对活性氧的防御能力下降 ，从而引发膜脂过氧化 ，质膜受到严重伤害 ，这与贾漫丽等 研究盐胁迫对个桑树品种种保护酶活力的影响结果一致 ；同时在盐胁迫下 丰后 梅种子内比在 种子膜系统受到损伤过程中活性升高更快 ，显著防御活性氧及其它自由基对细胞膜系统伤害而对植物膜系统进行修复 ，因而在以后对梅花耐盐性进一步研究过程中 ，可 以作为梅花耐盐性鉴定的重要参考指标 。渗透调节是植物适应盐胁迫的基本特征之一 。盐胁迫下 ，细胞可以通过积累一些物质 ，如脯氨酸 、多胺 、可溶性糖等来调节细胞内的渗透势 ，维持水分平衡 ，还可以保护细胞内许多重要代谢活动所需的酶类活性。本 试验中 ，丰 后 梅在受到盐胁迫过程中 ，脯氨酸含量在盐 浓度处理下与对照差异显著 ，其他浓度下不显著 ，可溶性糖和可溶性蛋白含量在本次盐处理范围内与对照差异均不显著 ，但随着处理的盐浓度升高三者含量基本呈现上升趋势 ，特别是脯氨酸在高盐浓度下含量极显著升高 ，说明在本次所设置盐浓度范围内 丰后 梅种子受到损伤较小 ，渗透作用不显著 ，但从各指标随着盐浓度升高而升高来看 丰后 梅种子中三者仍能协同作用以保护其不受到更高盐浓度胁迫 ，说明 丰后 梅能耐超过盐 浓度胁迫 。同时大量研究表明 ，许多植物在盐胁迫下脯氨酸迅速积累 ，耐盐植物中的脯氨酸含量高于不耐盐植物 ；可溶性糖是很多植物的主要渗透调节剂 ，盐胁迫条件下 ，耐盐植物的可溶性糖含量高于不耐盐的植物；本 试验中 ，在正常和盐处理条件下 丰后 梅种子脯氨酸和可溶性糖含量均高于山桃 ，说明 丰后 梅耐盐性高于山桃 。本研究以梅花种子作为初步研究梅花耐盐性试材 ，以在北方地区常见且耐盐性强的山桃做对比 ，旨在从梅花成长初期开始研究鉴定其耐盐性强弱 。从以上盐胁迫对种子发芽率及生理特性的影响分析来西北林学院学报 卷看 ，可 以说明 丰后 梅种子具有一定耐盐性 ，且 丰后 梅种子较山桃的耐盐性强 。但试验中可以发现 ，丰后 梅处理和 脯氨酸个生理指标有显著变化 ，其余指标在各盐浓度处理下均无显著变化 ，说明本次试验所设置盐浓度范围较小 ，没有达到显著影响 丰后 梅生理特性的盐浓度 ，在以后对梅花耐盐性研究过程中可以加大盐浓度处理范围 ，以探究梅花耐盐阈值大小 ；同时本次试验只对梅花种子耐盐性进行研究 ，要进一步研究梅花耐盐性强弱可以对梅花不同成长阶段实生苗 、嫁接苗等进行耐盐性试验 ，并于北方主要盐碱地城市进行区域试验 ，对梅花耐盐性进行全面研究分析评价 ，进而筛选出耐盐性且抗寒性强的梅花品种以在北方地区繁殖推广 。参考文献 ：陈 俊愉 中国梅花 海口 ：中国海南出版社 ，：李 庆卫 川 、滇 、藏 、黔野梅种质资源调查和梅花抗寒品种区域试验的研究 北京 ：北京林业大学 ，张 秦英 ，陈俊愉 ，魏淑秋 梅花在中国分布北界变化的研究 北京林业大学学报 ，（）： ， ， ，（）：（ ）马 海林 ，刘方春 ，马丙尧 ，等 白蜡容器苗和裸根苗对盐分胁迫的生长响应 东北林业大学学报 ，（）： ， ， ， （ ） ，（）：（ ）王 遵亲 ，祝寿泉 ，余仁培 ，等 中国盐渍土 北京 ：科学出版社 ，：， ，（）： ， ： ，： ， ， ，（）：赵 丽君 ，阿布都外力 ·木米尼 ，曲艳华 ，等 山桃抗盐碱性评价北京农学院学报，（）：姜 卫兵 ，马凯 ，王业遴 无花果耐盐性生理指标的探讨 江苏农业科学 ，（） ， ， ，（）（ ）廖 祥儒 ，贺普超 ，万怡震 ，等 盐胁迫对葡萄离位新梢叶片的伤害作用 果树科学 ，（）： ， ， ，（）：（ ）马 彦军 ，段慧荣 ，曹致中 ，等 沙冬青种子萌发期抗逆性研究中国沙漠，（）： ， ， ， ，（）：（ ）陈 彦 胁 迫对紫薇种子萌发的影响 种子 ，（）： ，（）：（ ）伊 丽米努尔 ，艾力江 ·麦麦提 ，卓热木 ·塔西 ，等 胁 迫下不同种源胡杨种子萌发特性 西北林学院学报 ，（）：，·，·， ，（）：（ ）宋 旭丽 ，侯喜林 ，胡春梅 ，等 胁迫对 超大甜椒种子萌发及幼苗生长的影响 西北植物学报 ，（）： ， ， ， ，（）：（ ）郭 彦 ，杨洪双 ，赵家斌 混合盐碱对大豆种子萌发的影响 种子 ，（）： ， ， ，（）：（ ）张 洁明 ，孙景宽 ，刘宝玉 ，等 盐胁迫对荆条 、白蜡 、沙枣种子萌发的影响 植物研究 ，（）：肖 雯 ，贾恢先 ，蒲陆梅 几种盐生植物抗盐生理指标的研究西北植物学报，（）： ， ， ，（）：（ ）王 爱国 丙二醛作为脂质过氧化指标的探讨 植物生理学通讯 ，（）：刘 行 金露梅耐盐生理特性研究 石家庄 ：河北农业大学 ，罗 广华 ，王爱国 ，邵从本 ，等 超氧化物歧化酶 （）在 大豆下胚轴线粒体内的定位 植物学报 ，（）： ， ， ， ，（）：（ ）郝 雪峰 ，高惠仙 ，燕平梅 ，等 盐胁迫对大豆种子萌发及生理的影响 湖北农业科学 ，（）：贾 漫丽 ，李娜 ，李季生 ，等 盐胁迫对 个桑树品种生理生化特性的影响 西北林学院学报 ，（）： ， ， </p>