盐胁迫对大豆种子萌发及生理的影响

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1、盐胁迫对大豆种子萌发及生理的影响摘要：选取有代表性的中性盐NaCl,设置0、50、100、150、200 mmol/L 5个浓 度水平，对山西普遍种植的大豆种子进行萌发胁迫处理，探讨大豆种子萌发期耐 盐性以及耐盐机制。结果表明，低盐浓度(50 mmol/L)对种子萌发有促进作用， 而高盐浓度抑制萌发，且随着NaCl浓度的增高，抑制程度明显加重；胚根胚芽 中SOD和POD活性呈先升高后降低的趋势，而Pro和MDA含量则呈逐渐增加 的趋势。大豆种子在发芽和生理变化上均表现出一定的耐盐能力，相比较而言， POD在其萌发期抵御盐胁迫时起重要作用。关键词：盐胁迫；大豆；种子萌发；生理变化土壤盐碱化已成为

2、世界性问题。目前，全球现有耕地中大约有3.4亿hm2 为盐碱地1，而中国的盐碱土比例明显高于世界平均水平，近1/3的灌区土壤存 在盐碱化问题2。盐碱化已成为制约我国农业生产的主要因素之一。豆科植物在我国各地均有栽培，其中被誉为“豆中之王”、“田中之肉”、“绿 色牛乳”的大豆因其营养价值高、粮油兼用等特点而被广泛栽培。但是，土壤盐 碱化日益加重，已经成为影响大豆栽种面积、产量及品质的重要因子。对于大多 数作物而言，种子萌发和早期幼苗阶段对环境胁迫最为敏感3，因此对作物的 耐盐性研究大都集中于对种子发芽率、萌发速率以及胚根、胚芽生长的影响 4-13，而关于对萌发后胚根和胚芽生长危害的机理，以及为了

3、抵御危害在生理 上的变化等方面的研究却很少，尤其是关于以蛋白质为主要贮藏物质的大豆种子 抗盐性的研究报道几乎没有。为此，以大豆种子为试验材料，采用不同浓度NaCl 进行胁迫处理，通过统计种子发芽率等指标以及对相关溶质的测定，揭示大豆种 子萌发期的耐盐性生理特性和适应机制，对于在盐碱地上种植大豆，力争全苗、 壮苗，提高产量，增加效益以及对大豆的耐盐育种都具有重要意义。1材料与方法1.1试验材料优质大豆种子购自山西省农业科学院。NaCl购自北京市鼎国昌盛生物技术 有限责任公司。1.2试验设计根据预备试验，NaCl设置0、50、100、150和200 mmol/L 5个浓度梯度。 选择均一饱满的种子

4、，置于5层滤纸的培养皿中，每皿30粒，加入30 mL处理 液，4次重复，每皿覆盖5层纱布。纱布提前用对应的处理液浸润，然后置于25 C 的恒温培养箱中培养6d，每天用称重补水的方法进行发芽试验，并记录每日的 发芽数及发芽结束时的幼芽鲜重。1.3试验方法1.3.1萌发指标的计算方法发芽势=（3 d发芽种子数/供试种子总数）x100%发芽率=（7 d发芽种子数/供试种子总数）x100%发芽指数二工（Gt/Dt） （Gt为在发芽时段内每日的发芽种子数，Dt为相应的 发芽时间）活力指数=GIxS（GI为发芽指数，S为发芽结束时的幼芽鲜重）盐害指数=（对照组发芽率-处理组发芽率）/对照组发芽率x100%

5、1.3.2生理指标的测定方法 发芽试验结束后，取出胚芽和胚根先用自来水冲 洗，然后用去离子水冲洗，表面残留的水分用滤纸吸干待用。超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定参照李合生14的氮蓝四唑显色法，过 氧化物酶（POD）活性的测定参照张龙翔等15 的生化试验方法和技术，游离脯 氨酸（Pro）含量的测定参照张殿忠等16 的茚三酮显色法，丙二醛（MDA）含 量的测定参照李合生14 的硫代巴比妥酸比色法。2结果与分析2.1 NaCl胁迫对大豆种子萌发的影响从图1可以看出，随着NaCl胁迫浓度的增加，大豆种子的发芽势、发芽率、 发芽指数、活力指数均呈先上升后下降的趋势。在NaCl浓度为050 mmol/L

6、 时呈缓慢上升的趋势，在盐浓度为50200 mmol/L时呈下降趋势。当NaCl浓度 达50 mmol/L时出现最高峰，发芽势比对照增加了 12.13个百分点，发芽率比对 照增加了 3.7个百分点，发芽指数比对照增加了 1.12%，活力指数比对照增加了 6.05%；当NaCl浓度达200 mmol/L时，发芽势降低为39.17%，发芽率降低为 60.00%，发芽指数降低为18.55，活力指数降低为119.46。与此相反，盐害指数 随着NaCl胁迫浓度的增加呈先降低后增高的趋势，其中50 mmol/L时盐害指数 为-3.70%，之后随着盐浓度的增加呈现递增趋势，当NaCl浓度达200 mmol/

7、L时， 盐害指数为33.33%。综合比较得知，在整个胁迫范围内活力指数的变化最显著， 尤其是当胁迫浓度大于50 mmol/L时，活力指数呈骤然降低的趋势，其余几个指 标变化幅度不大。2.2 NaCl胁迫对大豆种子生理的影响2.2.1 NaCl胁迫对超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响 大豆种子萌发期SOD 活性随NaCl浓度的变化情况见图2。其活性变化呈现出先升高后降低的趋势。 当盐浓度从0 mmol/L增加到50 mmol/L，酶活性随之增高；当NaCl浓度超过临 界值（试验临界值为50 mmol/L）而继续增大时，SOD酶活性随之下降。2.2.2 NaCl胁迫对过氧化物酶（POD）活性的影响

8、 如图3所示，随着NaCl 胁迫浓度的增加，POD酶活性呈现先升高后下降的趋势，其临界值出现在NaCl 为50 mmol/L时，此时POD活性比对照增加了 51.11%，当NaCl浓度达200 mmol/L 时，POD活性比对照降低了 48.74%，总体变化趋势同SOD活性，呈现倒“V形， 但较SOD变化剧烈。2.2.3 NaCl胁迫对游离脯氨酸（Pro）含量的影响 不同浓度NaCl胁迫下大 豆种子中游离脯氨酸的含量见图4。由图4可知，随着NaCl胁迫浓度的增加， 游离脯氨酸的含量呈递增的趋势。各胁迫浓度下游离脯氨酸的含量比对照分别增 加了 17.72%、41.34%、56.30%和 72.0

9、5%。2.2.4 NaCl 胁迫对丙二醛（MDA）含 量的影响 不同浓度NaCl胁迫下大豆种子胚中的丙二醛（MDA）含量见图5。 由图5可知，丙二醛（MDA）作为膜脂过氧化产物，其含量随着NaCl胁迫浓度 的增加呈逐渐升高的趋势，且NaCl浓度为50 mmol/L时变化幅度较小，MDA 含量仅比对照增加了 7.39%，表现出一定的耐盐性；当NaCl浓度为100200 mmol/L时MDA含量迅速增加，与对照相比，100、150、200 mmol/L NaCl胁迫 下MDA含量分别增加30.21%、46.14%和69.13%。3小结与讨论3.1 NaCl胁迫对大豆种子萌发的影响发芽率、发芽势、发

10、芽指数和活力指数都是衡量种子质量好坏的重要指标。 发芽率反映种子的发芽能力，可显示种子胚的活性，发芽率高，表示有生活力的 种子多，播种后出苗数多。发芽势测试种子的发芽速度和整齐度，发芽势高，表 示种子活力强，出苗迅速、整齐、增产潜力大。发芽指数是反映种子发芽活力的 指标17，能反映种子在胁迫环境下的发芽能力。活力指数是种子活力水平的综 合体现，是用来表示种子萌发长成正常幼苗的能力11。低浓度的NaCl能促进某些植物种子的萌发，或对种子萌发的影响较小，而 高浓度的NaCl则有显著抑制作用。低浓度NaCl胁迫对猎狗5、甜菜18、棉花 19、盐角草20、黄瓜21、大豆22，23、甘草24等种子萌发均

11、有促进作用， 这种现象说明低盐可使大豆种子的呼吸作用增强，提高了蛋白酶和脂肪酶的活 性，促进了贮藏物质的转化，进而促进大豆的萌发和生长，而高浓度盐胁迫条件 下由于盐所形成的渗透势阻碍了种子吸水的速度，且盐的浓度越高，这种阻碍作 用越强，限制了一些水解酶类的迅速合成，影响种子内蛋白质等大分子物质的分 解合成进程。3.2 NaCl胁迫对大豆种子生理的影响3.2.1保护酶系统的变化SOD与POD是植物体内保护酶系统的主要酶，其 主要功能是清除自由基、控制膜脂过氧化和减轻膜系统的伤害。SOD可以催化 O2-.发生歧化反应生成02和H2O2,从而减缓或消除02-对生物体造成的伤害， 是保护酶机制中的关键

12、酶；而POD可将H2O2分解为H2O和02，从而将其浓 度控制在安全范围之内，消除H2O2对细胞造成的伤害。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。在 NaCl胁迫下大豆耐受的盐浓度存在一个阈值（50 mmol/L），在这个阈值之上， 盐胁迫可能导致大豆胚的极大损伤，而在这个阈值之下，其受到的损伤可能较轻 微，因为轻度盐胁迫诱导大豆胚中保护酶活性的提高，特别是POD活性显著升 高，表明轻度盐胁迫下，大豆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；中度和重度盐胁迫下酶活性

13、均下降，导致产生过 多的自由基，使得活性氧产生与清除之间的平衡被打破，胚遭到严重的氧化伤害。3.2.2渗透调节物质的变化盐碱生境下种子萌发的最初阶段首先面临的是 由于不同盐浓度产生的渗透胁迫25，而脯氨酸（Pro）积累是植物体抵抗渗透胁 迫的有效方式之一。由于大豆种子中富含蛋白质，因此可能为脯氨酸的积累提供了“源头”，同时 脯氨酸是一种重要的有机渗透溶质，它是水溶性最大的氨基酸，具有较强的水合 能力，它一方面使细胞保持适当的渗透势而防止脱水，另一方面对生物大分子的 结构和功能起稳定和保护作用。3.2.3细胞膜透性的变化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26。丙二醛

14、（MDA）是膜脂过氧化作用的产物，它的表现 与膜透性的表现构成一对矛盾的统一体，膜透性是直接反映膜受伤害的程度， MDA间接表示膜受损伤的状况，并兼有反馈作用。盐分能增加细胞膜透性，加 强膜脂过氧化作用，最终导致膜系统的破坏。有研究认为，低盐浓度下MDA含 量反而比对照低，随着盐浓度的增加，MDA含量呈上升趋势12，27。但在此 次研究中，随着盐浓度的增加，MDA含量呈上升趋势，与李三相等13的研究 结论一致。这可能是因为在盐害阈值之下，无论是保护酶系统还是渗透调节系统 都能有效地缓解盐胁迫对种胚的伤害，各项指标均表现出积极的响应状态，但当 胁迫程度进一步恶化时，酶活性下降，活性氧剧增，导致自

15、由基大量形成，这些 自由基尤其是羟基自由基加速了膜的损伤和增大了膜脂上不饱和脂肪酸的过氧 化28，从而形成大量的MDA。参考文献：1杨霄乾，靳亚忠，何淑平.NaCl盐胁迫对番茄种子萌发的影响J.北方园 艺，2008（11）： 24-26.2蔺娟，地里拜尔苏力坦.土壤盐渍化的研究进展J.新疆大学学报（自然 科学版），2007，24（3）： 318-324.3 孙小芳，郑青松，刘友良.NaCl胁迫对棉花种子萌发和幼苗生长的伤害 J.植物资源与环境学报，2000，9(3)： 22-25.4 阎秀峰，孙国荣.星星草生理生态学研究M.北京：科学出版社，2000.5 卢静军，李强，多立安.盐胁迫对金牌美达

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