混合盐碱胁迫下外源茉莉酸甲...黑果枸杞种子萌发特性的影响_巫利梅.pdf

GRASSLAND AND TURF（2022）Vol.42 No.6 混合盐碱胁迫下外源茉莉酸甲酯对黑果枸杞种子萌发特性的影响巫利梅1，2，聂必林1，3，如马南木尼合买提1，3，王狄宁1，3，吕海英1，2*（1.新疆师范大学 生命科学学院，新疆 乌鲁木齐 830054；2.干旱区植物逆境生物学实验室，新疆 乌鲁木齐 830054；3.新疆特殊环境物种保护与调控生物学实验室，新疆 乌鲁木齐 830054）摘要：为明确外源茉莉酸甲酯（MeJA）对混合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发特性的影响，以黑果枸杞种子为试验材料，采用纸上萌发法，研究了混合盐碱胁迫下施加外源 MeJA 后黑果枸杞种子萌发进程、发芽率（GP）、发芽势（GR）、发芽指数（GI）、活力指数（VI）、异状发芽率（HGP）、茎长（LS）、根长（LR）及萌发期幼苗生长表型变化。结果显示：（1）中性混合盐（L）和中度碱性混合盐（M）在适当低、中浓度时能在一定程度上加速黑果枸杞种子萌发，重度碱性混合盐（H）则使黑果枸杞的萌发起始时间延后，萌发总时长缩短；MeJA 对混合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发起止时间和发芽延续时间没有明显影响；（2）GP、GR、GI、VI、LS、LR 在中性混合盐（L）、中度（M）和重度（H）碱性混合盐处理时均随盐碱浓度升高呈逐渐降低趋势；外源 MeJA 对混合盐碱胁迫下黑果枸杞种子的萌发存在“低促高抑”现象，适当低、中浓度起促进作用，过高浓度则抑制；（3）生长表型（长势）随盐碱浓度及碱性盐占比升高明显减弱；适当浓度外源 MeJA（MJ-10、MJ-20）能在一定程度上缓解盐碱胁迫对幼苗生长的伤害，过高浓度外源 MeJA（MJ-40、MJ-80）则使伤害加剧。综上：不同盐碱组成及盐碱浓度胁迫对黑果枸杞种子萌发具有不同程度的抑制作用，碱性盐占比和盐碱浓度越高，抑制作用越强；MeJA 对混合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发的伤害缓解有明显剂量效应，适当低中浓度 MeJA 起缓解作用，过高浓度则使伤害加剧，以 20 mol/L 的综合缓解效果最佳。本研究为盐碱地发展黑果枸杞小浆果产业和盐碱荒漠化治理提供了一种新的思路。关键词：茉莉酸甲酯；黑果枸杞；混合盐碱胁迫；种子萌发中图分类号：S567.1+9 文献标志码：A 文章编号：1009-5500（2022）06-0110-12 DOI：10.13817/ki.cyycp.2022.06.015土壤盐碱化是当今农牧业区域发展的非生物逆境因子之一1，严重制约着中国甚至全球农牧业的发展。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，全球盐渍土壤面积达9.54亿 hm2，我国约有 9 913万 hm2土壤存在不同程度的盐渍化，且呈现不断扩张趋势2。如何有效治理和高效利用盐碱地逐渐成为近年来学者们研究的重点和热点课题。耐盐植物的培养及选育是提高盐碱土壤利用率最直接有效的措施3-4，不仅可以对盐碱地起到改良修复作用，还能产生较好的生态和经济效益5。近年来，生长在盐碱荒漠上的耐盐植物黑果枸杞（Lycium ruthenicum）备受人们关注6，正逐渐用于盐碱荒漠化治理和小浆果产业发展。黑果枸杞系茄科（Solanceae）枸杞属（Lycium）多刺落叶小灌木植物7，是一种集生态价值和药用价值于一体的优良资源植物8。其生态学价值体现于植株收稿日期：2021-08-06；修回日期：2021-10-19基金项目：新 疆 维 吾 尔 自 治 区 重 点 实 验 室 招 标 课 题（XJDX1414-2018-03）；国 家 自 然 科 学 基 金（32160090）作者简介：巫利梅（1999-），女，新疆人，硕士研究生。E-mail：*通信作者。Email：110第 42 卷 第 6 期草 原 与 草 坪 2022 年独特的形态结构，叶片高度肉质化，角质膜增厚，根系属于根蘖型，主根发达，根毛浓密9，这些特征使得黑果枸杞对盐碱、干旱、土壤贫瘠等逆境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10；其药用价值体现于果实富含花色苷、枸杞多糖、类黄酮等多种生物活性物质11，具有抗氧化12、延缓衰老13、降血糖血脂14等多种生理功能，有植物“软黄金”的美誉15。但是，由于人类对其果实掠夺式采摘及原生环境的破坏，黑果枸杞野生群居数量和规模不断减小，果实产量及荒漠化治理能力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盐碱、干旱等逆境因子限制了种子萌发。种子萌发是种胚从生命活动相对静止恢复到生理活跃状态的生长发育过程，也是植物生活史中对环境刺激最为敏感的阶段16-17。种子萌发受到外部环境因子和内部生理调控双重影响，影响种子萌发的外部环境因子很多，如光照、水分、温度及土壤盐碱度等18-20，其中土壤盐碱度是种子萌发最重要的生态限制因子之一，它通过渗透、离子效应及 pH 毒害等方式影响种子萌发21-23；种子萌发的内部调控主要是激素调控，如生长素（IAA）24、赤霉素（GA）25、脱落酸（ABA）26、乙烯（ETH）27等，近年来研究发现，茉莉酸类28激素在种子萌发和植物逆境胁迫调控方面也具 有 重 要 作 用。茉 莉 酸 甲 酯（Methyl jasmonate，MeJA）是一类典型的茉莉酸衍生物，化学名为反3氧代2（顺2戊烯基）环戊乙酸甲酯，常温常压下为淡黄色液体，难溶于水，易溶于有机溶剂，极易挥发，是一类与损伤相关的植物激素和信号分子29。有研究发现，MeJA 可传导逆境信号，诱导植物防御基因表达，以减轻盐碱、干旱及病原体等逆境胁迫对种子萌发和植物生长过程造成的伤害30-32。也有研究认为，MeJA 对植物生长发育的调控作用与脱落酸类似，具有抑制种子萌发、胚胎发生、花芽形成等作用33-34。那么，MeJA 对混合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发是具有伤害缓解效应，还是抑制其萌发有待进一步研究。基于以上分析，本试验以黑果枸杞种子为材料，探究外源 MeJA 对混合盐碱胁迫下黑果枸杞种子萌发特性的影响，为进一步深入研究黑果枸杞耐盐碱机制提供基础数据。1材料和方法1.1试验材料黑果枸杞种子采集自新疆库尔勒市哈拉玉宫乡黑果枸杞人工种植基地。地理位置为 N 412522，E 860139，海拔 892 m。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。MeJA 于 2020 年 10 月购买于北京索莱宝科技股份有限公司，密度 1.03 g/mL（25），纯度95%。取适量 MeJA 于烧杯中，先用少量 95%乙醇溶解，再用蒸馏水配成浓度为 1 mmol/L的 MeJA 溶液为母液。取适量母液，稀释成浓度为 10 mol/L（MJ-10）、20 mol/L（MJ-20）、40 mol/L（MJ-40）、80 mol/L（MJ-80）的试验处理液各 100 mL，以等量蒸馏水为对 照，记 为 MJ-0。其 他 试 剂（NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3）均为分析纯级别。1.2试验设计试验共涉及到盐碱组成、盐碱浓度和茉莉酸甲酯浓度 3个因素。其中，盐碱组成因素包括 3个水平，即将中性盐 NaCl、Na2SO4和碱性盐 NaHCO3、Na2CO3按不同配比混合，以碱性盐占比例递增方式配置成中性混合盐（L=10 10 0 0）、中度碱性混合盐（M=1 9 9 1）、重度碱性混合盐（H=9 1 1 9）。盐碱浓度因素在预试验和前人基础上35，每组按 Na+浓度由低到高设定 50、100、200 mmol/L 共 3 个盐碱浓度梯度；茉莉酸甲酯浓度设置 0、10、20、40、80 mol/L 共 5 个梯度，分别记为 MJ-0、MJ-10、MJ-20、MJ-40、MJ-80。盐碱组成和盐碱浓度两因素共模拟出 9个盐碱度及浓度不相同的盐碱组合方式，各盐碱组合的盐分组成及pH 值详见表 1，表中 pH 值利用 PHS3C型精密酸度计测定。盐碱组成、盐碱浓度和茉莉酸甲酯浓度 3 因素共计 45个处理，标记方式如表 2。萌发试验参照 林木种子检验规程（GB27721999），按纸床发芽法，挑选适量大小均一且饱满的黑果枸杞种子，于 40 的恒温水浴锅中催芽 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，分别施加 10 mL 处理溶液，盖上皿盖，每个处理设 3次重复。将所有培养皿111GRASSLAND AND TURF（2022）Vol.42 No.6 按随机区域方式置于 RXZ智能型人工气候箱，设置昼夜周期 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。萌发过程中，每 5 d 更换 1 次对应的组合处理溶液，期间利用称重法每 1 d 补充一次蒸馏水，以保证处理溶液的浓度稳定。从培养第 2 天开始，每 24 h 观察统计种子的萌发状况，萌发以肉眼看到白色幼根为标准。所有处理连续 7 d无新增萌发时结束试验。1.3指标测定1.3.1幼苗生长指标试验结束时，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，先用体视显微镜（Nikon SMZ1270）对幼苗进行观察拍摄，并使用测量功能测出 幼 苗 根 长（length of root，LR）和 茎 长（length of stem，LS），然后用电子天平（METTLER TOLEDOAL204）称得幼苗鲜重。1.3.2萌发指标计算发芽率（germination percentage，GP）、发 芽 势（germination rate，GR）、发 芽 指 数（germination index，GI）、活力指数（vigor index，VI）、异 状 发 芽 率（heteromorphic germination percentage，HGP）、日 相 对 萌 发 率（daily germination percentage，DGP），各指标计算公式如下35：GP=（n/N）100%（1）GR=规定天数内发芽种子数（9 d）/试验种子总数100%（2）GI=Gt/Dt（3）VI=SGt/Dt（4）HGP=异状发芽种子数/发芽种子总数100%（5）DGP=（Wt-Wt-1）/N100%（6）式中：n为萌发结束时发芽种子总数，N 为试验种子总数，Gt为第 t日发芽种子数，Dt为 Gt的对应发芽天数，S 为幼苗鲜重（mg），Wt为第 t天的种子萌发数，Wt-1为第 t-1天的萌发种子数。1.4数据分析试验数据用 Microsoft Excel 2019、SPSS 19.0 和ANOVE LSD 法进行分析整理、多因素方差分析及对表 1混合盐碱组成及 pHTable 1The composition and pH of compound salt-alkali盐碱组成LMH总盐浓度/（mmolL-1）501002005010020050100200盐浓度/（mmolL-1）NaCl25.050.0100.02.55.010.022.545.090.0Na2SO425.050.0100.022.545.090.02.55.010.0NaHCO30.00.00.022.545.090.02.55.010.0Na2CO30.00.00.02.55.010.022.545.090.0pH值7.157.217.269.059.139.2510.0910.2910.46注：表中 L混合盐虽呈轻度碱性，但完全由中性盐混合而成，故全文将 L混合盐称为中性混合盐表 2MeJA和盐碱胁迫组合处理及标记方式Table 2Combinations treatment of MT and saline-alkali stress and labeling methods盐碱胁迫L-50L-100L-200M-50M-100M-200H-50H-100H-200MeJA