专论与研究 DOI:10.3969/j.issn.1006—8082.2018.02.011 中国书米2018,24(2):42—46 外源赤霉素对盐胁迫下水稻种子萌发及幼苗生长 的缓释效应 张丽丽倪善君张战赵一洲 李鑫毛艇刘研刘福才 (辽宁省盐碱地利用研究所,辽宁盘锦124010) 摘要:采用人工气候箱水培试验,研究了外源赤霉素处理对盐胁迫下水稻种子萌发及幼苗生长的缓释效应。 结果表明,外源赤霉素提高了盐胁迫下水稻种子的发芽率,并可以显著地恢复盐胁迫下种根和芽的伸长生长I夕 源 赤霉素增加了盐胁迫下水稻叶片中叶绿素总量和叶绿素a含量;外源赤霉素降低了叶片MDA含量、超氧阴离子自 由基含量和相对电导率,其中均以50 mg/L的处理缓解效果最为明显。外源赤霉素对耐盐性不同水稻品种的缓解效 果存在差异,盐敏感品种越光对缓释效果响应更明显。 关键词:外源赤霉素;盐胁迫;水稻;种子萌发;幼苗生长;缓释效应 中图分类号:¥435.111.3 文献标识码:A 文章编号:1006—8082(2018)02—0042—05 土壤盐渍化是影响土地生产力的重要障碍因子, 严重制约了粮食生产和农业的可持续发展。据估计,至 2050年将有过半的耕地盐渍化_lJ。水稻是我国第一大 1.2种子萌发试验 随机挑选饱满的种子,经3%H20 消毒15 min,并 用蒸馏水冲洗干净,再用赤霉素浸种24 h,赤霉素浓度 粮食作物,盐渍土占水稻栽培总面积的约1/5,且有日 益扩大和蔓延的趋势。因此,如何在当前人口不断增 加、耕地面积日趋减少及水资源Et益匮乏的情况下,合 理开发、有效利用盐渍土资源,培育耐盐作物品种或者 施加一些外源物质等措施缓解土壤盐渍化程度,增强 作物耐盐性,己成为国内外科研工作者迫切解决的重 大课题。 分别为0、25 mg/L、50 mg/L和100 mg/L 3个梯度。先在 直径为9 em的培养皿中放2层滤纸并进行编号(1一 V)除I号培养皿中加入20 mL蒸馏水外其余4个加 入20 mL 100 mM NaC1处理液,然后在每个培养皿中 摆放40粒浸种24 h后的水稻种子,每个处理设3个 重复,然后把所有处理都放在28℃恒温培养箱中发芽, 每天换1次处理液。 1.3幼苗培养和处理 植物激素是植物自身产生的调节物质,是植物胁 迫响应的信号转导的主要成员,参与了植物对盐渍生 境的适应性调节过程。研究激素植物对环境适应 的机制对提高作物耐盐性具有重要的现实意义[21。赤霉 素(CA)是一个较大的萜类化合物家族,在植物整个生 前期试验结果表明,在100 mM NaC1胁迫下,供试 材料幼苗生长受到显著抑制,可以作为研究赤霉素缓 解盐害的胁迫浓度。 种子经消毒后,用去离子水洗净,25℃浸种48 h, 命循环过程中起着重要的作用。前人关于GA 在 植物伸长生长、细胞活性及蛋白质表达等方面作用做 了大量研究,并取得了一些进展[3-5]。本文旨在研究外源 赤霉素对盐胁迫下不同耐盐性水稻种子萌发及幼苗生 长的缓释作用,探讨耐盐性不同水稻对外源赤霉素响 应的差异,以期为进一步揭示激素缓释机理提供理论 依据。 后28 ̄C条件下催芽24 h,然后置于人工气候箱中沙培, 1周后用1/2木村营养液[61水培,温度25 ̄(2,光/暗时间 为14 h/10 h。培养至1叶1心期转移至装有1/2木村 B营养液的塑料箱中,1周后换成全木村B营养液。幼 苗用海绵固定在有孔的苯板上,外部用遮光纸遮光,培 养室光,暗温度28 ̄C/20 ̄C,光/暗时间为14 h/10 h。培养 至3叶1心时,加入NaC1并喷施赤霉素物质进行处 l材料与方法 1.1试验材料 理。每种材料设5个处理,分别为对照(CK,0 mM Na一 收稿日期:2017—10—10 本研究选用耐盐品种长白9号和盐敏感品种越光 为试验材料。试验于2014年进行。 ·基金项目:国家科技支撑计划子课题“耐盐碱北方粳稻 新品种选育与示范”(2015BADOlBO2—4) 42· 张丽丽等:外源赤霉素对盐胁迫下水稻种子萌发及幼苗生长的缓释效应 中国稻米2018,24(2):42—46 C1+0 mr ̄L GA3)、GO(100 mM NaCI+0 mr4L GA3)、G1 (100 mM NaC1+25 mgm GA3)、G2(100 mM NaCI+50 有所不同。在GO处理下,越光和长白9号发芽势均低 mg ̄L GA3)和G3(100 mM NaCI+100 m#L GA3),胁迫7 d后取样进行各指标测定。 1.4测定指标及方法 1.4.1发芽率、发芽势、芽长和主胚根长 于CK,分别比CK降低了54.4%和8.9%。赤霉素处理 能缓解盐胁迫对参试品种发芽势的抑制程度,特别是 对盐敏感品种越光的缓解作用更明显,与GO处理相 比,G1、G2和G3处理发芽势分别提高了30.7%、80.8% 和53.8%。赤霉素对盐胁迫下长白9号的种子发芽略 有缓解作用。 盐胁迫下,水稻种子芽长和主胚根长生长受到明 显抑制。赤霉素对盐胁迫下芽长和主胚根长生长存在 一以芽长超过1/2种子长度且根长超过种子长度为 发芽标准,每天统计发芽数,连续统计7 d。第4 d和第 7 d记录发芽数,计算发芽率、发芽势。发芽率(%)=(发 芽终期全部正常发芽的种子数/f共试种子数)xl00,发 定促进作用。G1、G2和G3处理与GO处理相比,长 芽势(%)=(发芽前4 d全部正常发芽的种子数/f共试种 子数)xl00。10 d后随机取10粒种子测定主胚根长和 芽长。 白9号和越光的芽长和主胚根长均有不同程度的提 高,且G2处理的效果要好于其他处理。表明外源赤霉 素能有效缓解盐胁迫对幼芽和根长的抑制作用。 2.2外源赤霉素对盐胁迫下水稻幼苗叶片叶绿素含 量的影响 . 由图1所示,参试品种在盐胁迫下叶绿素总量、叶 绿素a含量和叶绿素b含量均不同程度降低。叶面喷 施赤霉素后,各参试品种的叶绿素总量和叶绿素a含 1.4.2叶绿素含量 参照张宪政[71的方法测定叶绿素含量(包括叶绿素 总量、叶绿素a和叶绿素b o 1.4.3膜脂过氧化 参照张宪政 的方法测定叶片丙二醛含量、相对电 导率和OZ- ̄--量。 1.4.4数据分析 量不同程度增加,而叶绿素b含量呈降低趋势。 长白9号叶绿素总量GO处理与CK相比降低了 16.4%,G1、G2和G3处理与CK相比分别降低了 3.9%、15.7%和11.1%;长白9号叶绿素a含量GO处理 与CK相比降低了17.8%,G1、G2和G3处理与CK相 比分别降低了6.0%、10.6%和8.9%;叶绿素b含量GO 处理与CK相比降低了14.9%,G1、G2和G3处理与 CK相比分别降低了21.0%、30.9%和20.4%,以G2处 理下降最明显。 采用DPS软件和Excel软件进行统计分析。 2结果与分析 2.1外源赤霉素对盐胁迫下水稻种子发芽的影响 从表1可见,盐胁迫使供试品种种子发芽率降低, 不同品种间受影响程度不同。越光在GO处理下发芽率 与CK相比降低了33.3%,长白9号仅降低了3.6%。外 源赤霉素处理提高了盐胁迫下参试品种的发芽率。越 光发芽率在G1、G2和G3处理下均高于G0处理;赤霉 素对盐胁迫下长白9号发芽率的影响不大,G2处理略 高。 盐胁迫对耐盐性不同品种种子发芽势的抑制程度 越光叶绿素总含量GO处理与CK相比降低了 18.3%,G1、G2和G3处理与CK相比分别降低了 8.4%、12.4%和23.3%,G1、G2处理与GO处理间差异达 极显著(P<0.01 o叶绿素a含量变化趋势与叶绿素总 量基本一致,GO处理与CK相比降低了18.1%,而G1、 ·43· 张丽丽等:外源赤霉素对盐胁迫下水稻种子萌发及幼苗生长的缓释效应 一 。g一咖姐链r二区 4.0 3 3 2 2 l J 0 中固书米201824(2):42—46 一 一瓣蹄 霞 ,5 O 5 O 5 0 5 O 1.6 加 m 8 6 4 2 01.4 3.O 篙 删圈j 2.0 把 时 咖I 如 _。 蝾 1.0 {lh器 蝾 古 0.2 0 O 越光 3 2 2 ● 长白9号 l 0 越光 O 长白9号 越光 长白9号 图l外源赤霉素对盐胁迫下水稻叶片叶绿素含量的缓解效应 O 5 0 5 0 5 【(∞.u售一,10E口一咖妞 丑皿 犍区 骝 2 5 2 O ● 5 l 0 O 5 O 越光 越光 长F1 9号 长白9号 图2赤霉素对盐胁迫下水稻幼苗叶片丙二醛含量的影响 图4赤霉素对盐胁迫下水稻幼苗叶片超氧阴离子自由基含量 的影响 丙二醛(MDA)是膜脂过氧化作用的主要产物之 一,其含量是反映细胞膜脂过氧化作用强弱的重要指 标。如图2所示,GO处理使耐盐性不同的2个水稻品 种叶片MDA含量均极显著增加,分别比CK升高 41.5%和33.6%。叶面喷旌赤霉素后,长白9号和越光 叶片MDA含量明显降低,且二者变化趋势一致。与 GO处理相比,G1、G2和G3处理长白9号叶片MDA 含量分别降低了5.2%、14.2%和4.2%,越光则分别降低 了18.3%、27.2%和5.4%。表明盐胁迫下喷施赤霉素具 越光 k白9号 有降低膜脂过氧化作用,减轻了对植物细胞的伤害。 如图3所示,GO处理下,2个水稻品种叶片相对电 图3赤霉素对盐胁迫下水稻幼苗叶片相对电导率的影响 导率与CK相比均极显著增加,分别比CK升高了 G2、G3与CK相比分别降低了0_3%、0.5%和14.5%, G1、G2处理与GO处理间差异达极显著(P<0.01)。越光 叶绿素b含量GO处理与CK相比降低了18.5%,Gl、 G2和G3处理与CK相比分别降低了28.5%、30.1%和 55.2%和30.6%。外源赤霉素处理可明显降低叶片相对 电导率。与GO处理相比,G1、G2和G3处理长白9号 相对电导率分别降低了4.2%、14.3%和1.7%,G2处理 与GO处理之间差异极显著(P<0.01)。越光叶片相对电 47.4%,以G3处理下降最明显。 2.3外源赤霉素对盐胁迫下水稻幼苗叶片膜脂过氧 导率变化趋势与长白9号基本一致,与GO处理相比, G1、G2和G3处理分别降低了21.9%、30.2%和15.0%。 如图4所示,未经盐胁迫处理,参试品种叶片中 化的影响 ·44· 张丽丽等:外源赤霉素对盐胁迫下水稻种子萌发及幼苗生长的缓释效应 中国乖米201824(2):42-46 ,0 一的产生速率较低;GO处理导致2个水稻品种叶片 O 的产生速率均极显著增加,分别比CK升高39.4% 和35.9%。喷施外源赤霉素后参试品种叶片中0z一的产 生速率显著降低。与G0处理相比,G1、G2和G3处理 可导致膜脂过氧化,并进一步引起DNA断裂,导致基 因突变 ,可以引起膜透性增大,外渗液中离子浓度升 高,相对电导率增大,相对电导率是标志膜受损伤即植 物受胁迫伤害程度的指标 ,而MDA是活性氧启动膜 脂氧化过程中产生的主要产物之一,其含量是衡量植 物在逆境胁迫下活性氧伤害程度大小的常用指标 。 本试验结果表明,在盐胁迫条件下耐盐性不同的2个 长白9号叶片中0 一的产生速率分别降低了5.0%、 11.4%和7.8%,越光分别降低了9.2%、19.1%和13.7%。 表明G2处理效果要好于G1、G3处理,越光降低幅度 大于长白9号。 3讨论 赤霉素是指具有赤霉烷骨架,并能刺激细胞 和伸长的一类化合物的总称,其最显著的生理效应就 是促进植物的生长,主要是促进细胞伸长[81。一定浓度 赤霉素可以促进多种作物种子萌发和幼苗生长 砌。前 人研究结果表明,10 I ̄mol/L GA 处理能显著缓解一定 浓度范围内的盐胁迫对水稻种子发芽及幼苗生长的抑 制作用[11]。本研究结果表明,本试验中不同浓度赤霉素 均提高了盐胁迫下水稻种子发芽率,并可以显著地恢 复盐胁迫下种苗根和芽的伸长生长。其中以G2处理效 果最佳。这可能是盐胁迫使植物的内源赤霉素活性下 降,导致植物生长受抑制,而外源赤霉素可以部分抵消 这种影响,进而提高水稻耐盐性,这与前人研究结果一 致翻。也有研究认为,这是由于赤霉素能促进细胞对 Ca2 ̄的吸收,提高细胞质中的Ca2+ ̄度,并活化ER上的 Ca2 ̄-ATPase活性,促进Ca2+向ER中运输,提高ER活 性,从而促进种子萌发 。 叶绿体是植物细胞中对盐分最敏感的细胞器,易 受到盐胁迫的伤害。当植物遭受盐胁迫时,叶绿体在叶 肉细胞中的排列呈现紊乱,基粒间连接松驰,类囊体内 腔膨大,叶绿体双层被膜部分出现损坏,脂质小球增多 【13】。本研究结果表明,盐胁迫下耐盐性不同的2个水稻 品种叶绿素含量均显著降低,喷施25—100 mg/L外源 赤霉素均可以提高盐胁迫下水稻叶片中叶绿素总量和 叶绿素a含量,其中以50 mg/L效果最为明显。表明外 源赤霉素可以有效地抑制水稻叶片中叶绿素降解,这 与徐锴等【 研究结果一致。本试验中盐胁迫下外施赤 霉素导致叶片中叶绿素b含量继续下降,其原因有待 进一步明确。 逆境胁迫可诱发植物细胞内产生过量的活性氧, 活性氧积累会造成膜、蛋白质和DNA分子结构等损伤 旧,活性氧代谢失调是逆境下需氧生物受害的普遍表 现,也是逆境损伤的重要原因之一㈣,过多的活性氧还 品种幼苗叶片的MDA、超氧阴离子自由基含量和相对 电导率均显著增加,而喷施25~100 mg/L外源赤霉素 后,叶片MDA含量、超氧阴离子自由基含量和相对电 导率均明显下降,其中以50 mg/L的处理效果最为明 显。由此可见,外源赤霉素可以缓解盐胁迫对水稻植株 的损害,降低叶片的膜脂过氧化作用,减少活性氧的积 累和产生,从而提高植物耐盐能力,这可能是外源赤霉 素处理提高水稻耐盐性的原因之一。 综上所述,外源赤霉素在一定浓度范围内能有效 缓解盐胁迫对水稻种子萌发和幼苗生长的伤害,其中 以50 mg/L的浓度缓解效果最为明显。而耐盐性不同 水稻品种长白9号与越光对赤霉素响应不同,缓解机 制也不尽相同,有待进一步明确。 参考文献 [1】Ashraf M.Breeding for sMini ̄tolerance in plants[J】.Crit Rev Plant Sci,1994,13:17-42. 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Su stained Release Effects of Exogenous GA3 on Germination and Growth of Rice Seedling Under Salt Stress ZHANG Lili,NI Shanjun,ZHANG Zhan,ZHAO Yizhou,LI Xin,MAO Ting,LIU Yan,LIU Fucai (Lia0ning Saline-alkali Land Utilization and Research Institute,Panjin,Liaoning 124010,China) Abstract:Based on water culture,sustained release effects of exogenous GA3 on germination and growth of rice seedling under salt stress were tudied.The results showed that,tlie seed germination rate,the length of root and bud of hte exogenous GA3 treatments were increased compared with the contro1.The total content of chlorophyll and chlorophyll a content were increased.The MDA con- tent.O and the relative electrical conductivity Were decreased.The effect of 50 mg/L treatment was the best.There existed some dif_  ̄renees in sustained release mechanism of rice under salt tolerance,and the effect on salt sensitive variety Koshihikari was more obvi— Key words:exogenous GAs;salt stress;flee;seed germination;seedling growth;sustained release effect ·—-●一··—综-—卜一·合信—●一“—一 卜一—置L· —卜-——●一-—-一一+-+ 一—·+一一——+一”—●一-+-+ 一—+一-+-+一—·+一一——+一-··+一-—+一-+一+-+· ·广东省2017年审定通过的水稻新品种3 20170068 Y两优3089籼型两系杂交稻广东天弘种业有限公司、 Y58S×弘恢3089 l12.5 466.69 484.09 中心 20170069金龙优820籼型三系杂交稻广东省肇庆学院、中国种子集团有限公司三 金龙A×中种恢820 117.0 465.18 513.78 亚分公司 20170070深两优晶占籼型两系杂交稻湖南杂交水稻研究中心、广东省农业科学院 深08S X玉晶软占 114.5 438.27 487.24 水稻研究所 20170071 Y两优133 籼型两系杂交稻广州乾农农业科技发展有限公司、广州市农 Y58S×R133 l13.0 449.77 487.73 业科学研究院、湖南杂交水稻研究中心 20170072 旌优2877 籼型三系杂交稻中国种子集团有限公司三亚分公司、I ̄JII省旌香1A×中种恢2877 113.0 464.75 497.33 农业科学院水稻高粱研究所 20170073万金优278 籼型三系杂交稻广东省阳江市农业和林业科学研究所、广东 万金A×H恢278 l19.5 471.76 502.51 海洋大学农学院、广东天弘种业有限公司 20170074万胜优6号 籼型三系杂交稻广东天弘种业有限公司 万胜A x恢6号 118.0 467.12 488.54 20170075恒丰优908 籼型三系杂交稻广东粤良种业有限公司、江西红一种业科技 恒丰A×R908 117.5 474.72 508.71 股份有限公司 20170076 珍优28 籼型三系杂交稻深圳市金冠现代农业新技术有限公司、广州 珍丰A×Q28 1 18.5 458.60 490.10 市南国农业有限公司 20170077 珍优961 1 籼型三系杂交稻广东省仲恺农业工程学院农学院 珍丰A×G961 1 120.0 433.4 456.35 20170078 珍优155 籼型三系杂交稻广东现代耕耘种业有限公司 珍丰A×耕恢155 121.0 425.01 465.34 20170079福龙两优龙占籼型两系杂交稻广东省农业科学院水稻研究所 福龙s2×龙占 1 16.0 456.41 480.71 20170080 彝优3089 籼型三系杂交稻广东天弘种业有限公司、广西百香高科种业 彝A×弘恢3089 l16.5 461.92 482.11 有限公司 20170081 泰优1002 籼型三系杂交稻广东省金稻种业有限公司、广东省农业科学 泰丰A×广恢1002 1 14.5 452.71 495.67 院水稻研究所、中国种子集团有限公司 20170082 南红2号 籼型常规稻 广东省农业科学院水稻研究所 五山丝苗/软红米 l1 1.5 374.50 406.71 (中稻宣) ·46·