亚精胺对混合盐碱胁迫下桔梗种子萌发特性的影响

张美茜，王晓琴，关海滨，邢昱舒，张 英，于 娟，贾 鑫

(内蒙古医科大学药学院，呼和浩特 010110)

土壤盐碱化是指由于自然或人为的原因，土壤表面的盐分含量持续升高，直至超出一定范围的现象和过程[1]。土壤盐碱化影响农业生产、严重制约农业发展，抑制植物生长发育，是一个不可忽视的环境问题。高盐可使作物产量减少，使水势下降，引起离子平衡，从而引起植物中毒甚至死亡[2]。我国盐碱地主要由中性盐(如NaCl和Na2SO4)组成，苏打盐碱地是以Na2CO3和NaHCO3等碱性盐类为主。混合盐碱地较好地反映了盐渍土壤的实际含盐量，也更能反映作物的适应性。盐碱对植物生长、光合、蛋白合成、能量、脂代谢等各方面都有一定的影响。于明倩等[3]对混合盐碱胁迫下紫花苜蓿幼苗生长和生理特性的影响研究中显示，混合盐碱胁迫抑制了叶绿素合成酶和相关蛋白的活性，使叶绿素合成途径被破坏，叶绿素含量下降，导致光合作用降低，从而抑制了紫花苜蓿的生长发育；Huang L等[4]研究表明，在混合盐碱胁迫下，植物通过蒸腾流过度吸收Na+和Cl-会导致细胞毒性和营养失衡，即长期离子胁迫。因此，如何改良和加大盐碱地的利用是目前研究的热点问题。

多胺是一类常存于生物体内的小分子含氮碱，它参与了植物的全生命周期，并且与其抗逆性密切相关[5]。高等植物体内常见的多胺有腐胺(Put)、亚精胺(Spd)、精胺(Spm)等[6]。亚精胺对植物的影响作用比其他多胺类化合物更为显著[7]。亚精胺广泛存在于各种动物和植物的细胞中。大量的实验结果显示，在外施一定浓度的亚精胺时可以增强植株抗各种非生物胁迫能力，如盐胁迫[8]，高温胁迫[9]，重金属胁迫[10]等。

桔梗(Platycodongrandiflorum(Jacq.) A.DC)为多年生草本植物，属于桔梗科桔梗属，以根入药，具有宣肺、利咽，祛痰、排脓的功效[11]。近年来，随着野生资源的逐渐减少，桔梗主要来源于人工栽培，但在栽培过程中，制约桔梗大面积种植的重要因素是土地盐碱化，并且导致桔梗种子发芽困难，幼苗存活率低等现象，严重影响了桔梗的产量和品质。提高桔梗种子耐盐碱性，寻求在盐碱环境下桔梗种子高效萌发的方法是提升产量和品质的关键因素。因此，本研究通过将两种中性盐(NaCl，Na2SO4)和两种碱性盐(NaHCO3，Na2CO3)按不同比例进行混合来模拟不同的盐碱环境，研究不同浓度盐碱环境下对桔梗种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和相对盐害率的影响，并研究不同浓度亚精胺对混合盐碱胁迫下桔梗种子萌发特性的影响，以明确亚精胺是否可以增强混合盐碱胁迫下桔梗种子的发芽能力，为桔梗标准化栽培中盐碱地的利用，以及改善其耐盐碱性能提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试桔梗种子采自内蒙古医科大学植物园，由王晓琴教授鉴定为桔梗种子，于2020年9月上旬采收，贮存在种子贮藏柜中，2020年10月开始实验。

1.2 试验方法

1.2.1试验处理

选取健康、完整、颗粒饱满、大小均匀的桔梗种子，用1%的次氯酸钠消毒10 min，蒸馏水冲洗3～4次，至种子无味后放置培养皿中浸种48 h，将浸种催芽后的种子分散放置在垫有双层滤纸的培养皿中，每皿播种50粒。

1.2.2混合盐碱胁迫对桔梗种子萌发的影响

将NaCl和Na2SO4两种中性盐及Na2CO3和NaHCO3两种碱性盐按照不同比例混合。设为A、B、C、D、E等5个处理组，每组内设置4个盐处理浓度，分别为50，100，150，200 mmol/L，共模拟出20个不同盐碱浓度及不同pH值的混合盐碱处理，详见表1。

1.2.3亚精胺对混合盐碱胁迫下桔梗种子萌发的影响

分别用0.1 mmol/L，0.25 mmol/L，0.5 mmol/L，1.0 mmol/L亚精胺溶液浸种48 h，根据上述试验筛选出的对桔梗种子萌发抑制最显著的混合盐碱浓度组合C(1∶9∶9∶1)进行胁迫处理，以蒸馏水和纯胁迫组为对照。所有处理均重复3次，在温度(25±2)℃，光照12 h，黑暗12 h，光照强度4 000 lx的全自动光照培养箱中萌发。

1.3 指标测定

每日按时统计发芽种子数，参照GB/T 18274.4-2000国家标准，第3天统计发芽势、第10天统计发芽率。并计算发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数及相对盐害率。

1.4 数据分析

以胚芽突破种皮并超出种子自身长度1/2视为发芽。种子萌发指标及计算公式如下：

发芽率(%)=(n/N)×100%，n为10 d内发芽种子数；N为供试种子粒数；

发芽势(%)=(n/N)×100%，n为前3 d发芽种子数；N为供试种子粒数；

发芽指数=∑Gn/Dn，Gn为第n天种子发芽的个数；Dn为发芽天数；

表1 各处理组盐分组成、摩尔比及pH值Table 1 Salt composition, molar ratio and pH of each treatment group

活力指数=Gi×S，Gi表示发芽指数，S表示胚根长度(mm)[12]。

采用Microsoft Excel 2019软件对试验数据进行统计分析、作图。数据以“平均值±标准误”表示，以p<0.05为差异显著性判断标准。

2 结果与分析

2.1 混合盐碱胁迫对桔梗种子萌发的影响

2.1.1混合盐碱胁迫对桔梗种子发芽率、发芽势和发芽指数的影响

如图1所示，不同混合比例的盐碱胁迫下桔梗种子的发芽率均随盐碱浓度的升高而下降。同一浓度下的不同处理组中，以C处理组中发芽率降低最为显著。当混合盐碱浓度为200 mmol/L，C处理组中桔梗种子的发芽率降为最低，仅为8.67%，同比其他处理组中分别降低了68.3%、55.2%、49.9%和65.8%。在A、B、C、D、E等5个不同的处理组中，每组pH值随碱性盐所占比例的增加而增加，而发芽率却随之降低，说明碱性盐对桔梗种子发芽率的抑制作用强于中性盐。

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著(p<0.05)。下同。图1 混合盐碱胁迫对桔梗种子发芽率的影响Fig.1 Effects of mixed saline-alkali stress on seed germination of Platycodon grandiflorum

发芽势可以反映种子萌发的强弱[13]。由图2可知，与对照组相比，5组处理中，发芽势均随混合盐碱浓度的升高而降低，且在C处理组下发芽势最低。混合盐碱胁迫对桔梗种子发芽势的影响与对发芽率的影响基本相同。

图2 混合盐碱胁迫对桔梗种子发芽势的影响Fig.2 Effects of mixed saline-alkali stress on seed germination potential of Platycodon grandiflorum

发芽指数反映了种子萌发期的综合活力，发芽指数越大表明种子萌发速度越快、活力也越高，也是逐日发芽率的累积，表示发芽的速度[14]。由图3可知，同对照组相比，各处理组的发芽指数均随盐浓度的升高而下降。A处理组中各混合盐碱浓度下pH值接近中性，此时的发芽指数最高，随着碱性盐所占比例的增加，pH值随之升高，而发芽指数随之降低。说明碱性盐对桔梗种子发芽指数的抑制作用强于中性盐。C处理组下盐浓度为200 mmol/L时种子发芽指数仅为1.11，说明较高盐浓度下即使种子可以萌发，其萌发速度也受到强烈抑制而十分缓慢。

活力指数反映了种子的生命力，其活力指数越高，生命力越强[15]。与对照组相比，A、B、C、D、E不同盐碱组合下的5种盐碱浓度均不同程度地抑制了桔梗种子萌发的活力指数，随盐浓度的升高均呈下降趋势(图4)。C处理组中各盐碱浓度下的活力指数最低，盐碱浓度在200 mmol/L时仅有1.22。且随pH值的升高，活力指数先降低后升高直至与对照组相近，说明pH值在9.0～9.2之间时，对桔梗种子活力指数的抑制作用最大，说明碱性盐对桔梗种子萌发的抑制作用强于中性盐。

图3 混合盐碱胁迫对桔梗种子发芽指数的影响Fig.3 Effects of mixed saline-alkali stress on the seed germination index of Platycodon grandiflorum

图4 混合盐碱胁迫对桔梗种子活力指数的影响Fig.4 Effects of mixed saline-alkali stress on seed viability index of Platycodon grandiflorus

2.1.2混合盐碱胁迫对桔梗种子相对盐害率的影响

相对盐害率代表盐碱胁迫下对种子萌发所产生的伤害程度。如图5所示，随着盐碱浓度的增加相对盐害率基本均呈上升的趋势。A组的相对盐害率最小，C组的相对盐害率最大，其他处理对桔梗种子均有明显的盐害效应，并且在同一盐分浓度下，碱性盐对桔梗种子的损害大于中性盐。

2.2 胁迫因子与各发芽指标间的回归分析

以混合盐碱胁迫的盐碱浓度(x1)和pH(x2)为胁迫因素，以发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和相对盐害率为因子进行逐步回归。从表2可以看出，盐碱浓度的p值均<0.01，除了相对盐害率与盐碱浓度呈显著正相关，其他发芽指标均与盐碱浓度呈显著负相关，且相关系数越大，说明影响越显著。可见，影响桔梗种子萌发的主要因子是盐碱含量。

图5 混合盐碱胁迫下桔梗种子的相对盐害率Fig.5 Comparison of relative salt damage rates of Platycodon grandiflorus seeds under mixed saline-alkali stress

表2 盐碱胁迫浓度与发芽指标回归分析Table 2 Regression analysis of saline-alkali stress concentration with germination index

2.3 亚精胺对混合盐碱胁迫下桔梗种子萌发的影响

2.3.1亚精胺对混合盐碱胁迫下桔梗种子发芽率的影响

由图6可知，混合盐碱胁迫抑制了桔梗种子的发芽率，在混合盐碱胁迫基础上添加不同浓度的亚精胺后，发芽率随着亚精胺浓度的升高，呈先增加后降低的趋势。亚精胺浓度在0.1、0.25、0.5 mmol/L时，桔梗种子的发芽率呈上升趋势，在不同浓度胁迫处理组中，均在使用0.5 mmol/L亚精胺后，发芽率达到了最大值，而在亚精胺浓度为1.0 mmol/L时，桔梗种子发芽率呈下降趋势。

图6 亚精胺对混合盐碱胁迫下桔梗种子发芽率的影响Fig.6 Effects of spermidine on the seed germination rate of Platycodon grandiflorus under mixedsaline-alkali stress

2.3.2亚精胺对混合盐碱胁迫下桔梗种子发芽势的影响

由图7可知，亚精胺浓度在0.5 mmol/L时，对各混合盐碱浓度下的桔梗种子发芽势均达到了最大促进作用。当亚精胺浓度达到1.0 mmol/L时，对桔梗种子的发芽势产生了抑制作用，亚精胺对混合盐碱胁迫下桔梗种子发芽势的影响与发芽率基本相同。由此可知，亚精胺在适宜浓度范围内具有缓解盐碱胁迫的作用，超过一定浓度反而会加剧盐碱胁迫对桔梗种子生长发育的抑制。

图7 亚精胺对混合盐碱胁迫下桔梗种子发芽势的影响Fig.7 Effects of spermidine on seed germination potential of Platycodon grandiflorum under mixed saline-alkali stress

2.3.3亚精胺对混合盐碱胁迫下桔梗种子发芽指数的影响

由图8可知，与单一胁迫组相比，各混合盐碱浓度下，发芽指数均在亚精胺为0.5 mmol/L时达到了最大促进作用。在亚精胺为1.0 mmol/L时，各处理组的发芽指数均呈下降趋势，最明显的是浓度为50 mmol/L时，加入1.0 mmol/L亚精胺后发芽指数由12.56下降为4.66。由此可知，在适宜的浓度范围内，亚精胺对种子的发芽起到了促进作用，但超过适宜的浓度，种子的发芽会受到抑制。

图8 亚精胺对混合盐碱胁迫下桔梗种子发芽指数的影响Fig.8 Effects of spermidine on seed germination index of Platycodon grandiflorus under mixed saline-alkali stress

3 讨 论

种子萌发期是植株生长最易受盐害影响的时期，盐碱胁迫会抑制种子萌发[17]。在逆境条件下，种子能否整齐、快速、健壮地发芽，将直接影响植株的生长和产量[18]。已有的研究显示，碱性盐胁迫对植物种子发芽的抑制作用比中性盐胁迫要强[19]，这是因为在碱胁迫下，环境pH值偏高，而高pH值又是对种子发芽的最大威胁因素。因此，本研究比较分析了不同浓度混合盐碱胁迫下对桔梗种子萌发特性的影响。各萌发指标是鉴定种子活力的主要依据，通过种子在不同浓度的混合盐碱胁迫条件下的萌发情况，也可以判断出其对盐碱的抗性。本研究中，随混合盐碱胁迫浓度的上升，pH值也随之升高，桔梗种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数等萌发指标与对照组相比均有不同程度的下降，相对盐害率随混合盐碱胁迫浓度的升高而升高，对桔梗种子的萌发有显著抑制作用，并且相同盐碱浓度条件下碱性盐比中性盐对种子伤害作用更大。这与陆婷等[20]研究混合盐碱胁迫对橡胶草种子萌发的影响的结论一致。随着土壤含盐碱量的增加，植物种子萌发受到抑制是普遍规律，但是有很多研究表明，在某些植物中低浓度的盐类对种子萌芽有促进作用[21]。然而在本研究中，最低混合胁迫浓度为50 mmol/L时，其对桔梗种子的萌发具有抑制作用，其他处理则随盐碱含量的增加各指标均降低，未见低盐对桔梗种子发芽的影响。较低的盐分浓度对桔梗种子萌发是否产生促进作用，有待进一步的研究。

多胺类物质作为一种生长调节剂，对盐碱胁迫下的种子萌发具有较好的促进作用。亚精胺是一种具有阳离子的多胺类化合物，它能与NaCl生成的负离子结合，来减轻盐害对植物的影响[22]。但亚精胺的作用效果与其使用浓度密切相关。段九菊等[23]研究了外源亚精胺对盐碱胁迫下黄瓜幼苗耐盐性的影响，结果表明，低浓度(0.01～0.10 mmol/L)的亚精胺能减轻单位面积内叶绿素的积累，促进黄瓜幼苗的生长，而高浓度(0.01～0.10 mmol/L)亚精胺对黄瓜幼苗生长产生了抑制作用，最大程度促进黄瓜幼苗生长的亚精胺浓度为0.10 mmol/L。于伟[24]研究表明，茄子种子萌发最适宜的亚精胺浓度为1.0 mmol/L，这一浓度下大部分萌发指标的增长幅度均降低。本实验中，随着亚精胺浓度的增加，桔梗种子萌发指标均有不同程度的提高，并均在亚精胺浓度为0.5 mmol/L时达到最高，但当亚精胺浓度升高至1.0 mmol/L时，反而加重了混合盐碱胁迫对桔梗种子萌发的抑制，与对照组相比，萌发指标均呈下降趋势。这一结果与上述研究和前人在亚精胺对苜蓿[25]、番茄[26]、紫苏[27]和辣椒[28]的种子及幼苗的生长发育中的研究结果一致。可以发现，各试验中最佳亚精胺浓度的阈值存在一定的差异，这与不同的混合盐碱胁迫强度、不同植物的种类及不同的植物品种对亚精胺的耐受力有一定的关系。

4 结 论

综上，混合盐碱处理能明显地抑制桔梗种子的萌发，而在同等混合盐碱水平下，碱性盐对种子的损害大于中性盐，在本研究中，混合盐碱胁迫C(1∶9∶9∶1)处理组对桔梗种子萌发的抑制作用最为显著。在混合盐碱条件下，加入适量的外源物质亚精胺能有效地促进桔梗种子萌发，缓解混合盐碱胁迫造成的抑制作用，但当亚精胺浓度过高时，反而会加重抑制作用，本研究中以0.5 mmol/L的亚精胺浓度对混合盐碱胁迫的缓解效果最佳，可有效提高桔梗种子的抗盐碱性。