外源Ca2＋对盐胁黄芩种子的萌发及生理特性影响

李小玲，华智锐

（商洛学院生物医药与食品工程学院，陕西商洛726000）

外源Ca2＋对盐胁黄芩种子的萌发及生理特性影响

李小玲，华智锐

（商洛学院生物医药与食品工程学院，陕西商洛726000）

为探明外源Ca2＋对黄芩盐胁迫伤害的缓解作用，提高盐渍条件下黄芩的栽培品质，以商洛道地药材黄芩为试材，进行不同浓度的NaCl胁迫和外源CaCl2处理黄芩种子试验。结果表明：施加一定浓度的CaCl2能有效缓解盐胁迫对黄芩种子的萌发和黄芩幼苗生长发育的抑制作用，增强黄芩抗盐害的能力。其中，20mmol／L的CaCl2可显著提高黄芩种子的发芽势、发芽率和发芽指数，提高叶片SOD、POD、CAT活性及叶绿素含量，降低MDA含量。

外源Ca2＋；盐胁迫；商洛黄芩；生理特性

黄芩（Scutellaria baicalensis）别名为山茶根，土金茶根，为唇形科黄芩属多年生草本植物，属我国大宗中药材，药用历史悠久［1］。主产于河北、辽宁、陕西、山东、内蒙古及黑龙江等地。与丹参、连翘、桔梗、五味子并称为中国秦岭五大商药。近年来，随着市场对黄芩需求量的增加，过度采挖使野生资源越来越少，已不能满足市场需求，人工栽培品种成为黄芩的主要来源。然而，由于不合理的施肥和耕作措施，土壤盐渍化问题日益突出，严重影响黄芩的生长发育，制约了黄芩产业的可持续发展。

高盐环境主要影响植物的萌发生长、光合作用、对水分吸收和细胞膜透性［2－3］。另外，盐胁迫下植物细胞内NaCl过量积累，活性氧产生与清除之间的动态平衡被破坏，造成膜脂的过氧化作用，使膜蛋白和膜脂损失，从而破坏膜结构，严重影响黄芩产量。

研究表明，Ca2＋不仅是植物正常生理代谢的必需的元素之一，作为胞外信号与胞内生理生化反应的第二信使与钙调素（CaM）结合，调节植物体内的许多生理生化过程，对植物的生长具有重要作用［4］。适量的钙离子也能降低质膜的通透性，阻止胞内钾离子的外渗和钠离子的进入，从而提高植物的耐盐性，促进植物的生长。盐胁迫下加入外源钙：一方面可以缓解因钙不足造成的矿质营养胁迫，另一方面可以增加细胞质膜的稳定性和钙信号系统的正常发生和传递，从而维持细胞内离子平衡［5］。目前有关Ca2＋对盐胁迫下植物生理特性影响的研究报道较多，但主要集中在西瓜、黄瓜、玉米、甜瓜等［6－10］作物方面，而在药用植物方面利用抗逆诱导物质缓解盐分障碍的报道较少，因此寻求一种高效、低成本提高黄芩耐盐性的途径，对扩大黄芩栽培面积和提高黄芩产量具有重要意义。因此，以商洛道地药材黄芩种子为材料，从缓解盐害逆境因子出发，研究外源钙对盐胁迫下黄芩的生理特性的影响和对黄芩幼苗盐害的缓解效果，为解决生产中黄芩盐胁迫问题及耐盐品种的选育提供理论参考。

1材料与方法

1．1试验材料

试验所用黄芩种子购于陕西天士力植物药业商洛有限责任公司，选择籽粒饱满，粒色光泽明亮、籽粒大小一致、整齐度好的种子，以确保后续各项生理指标的测定。CaCl2和NaCl购自西安晶博试剂公司，含量≥99．5%，分析纯试剂AR级。

1．2盐胁迫浓度的筛选

用纯NaCl配置盐浓度分别为0．2%、0．3%、0．4%、0．5%、0．6%、0．7%和0．8%的溶液，以蒸馏水为对照。取商洛黄芩种子若干，用0．1%的HgCl2消毒10min，蒸馏水充分冲洗，然后用40～50℃温水浸种8h，取出后用吸水纸吸干种子表面的水分，在相同大小（直径9cm）的培养皿中进行NaCl胁迫培养。每个NaCl浓度为一个处理，3次重复，每个处理100粒种子，每处理每天用NaCl浇1次，每次2mL，观察其发芽状况，筛选最佳的盐浓度作为盐胁迫试验的处理浓度。

1．3外源Ca2＋处理盐胁迫黄芩种子

试验共设5个处理，即将1．2盐胁迫试验所得的最佳NaCl浓度作为胁迫处理浓度，用此浓度的NaCl溶液浇灌种子，每次2mL，每天浇1次。处理1，喷施NaCl溶液＋5mmol／L的CaCl2；处理2，喷施NaCl溶液＋10mmol／L的CaCl2；处理3，喷施NaCl溶液＋20mmol／L的CaCl2；处理4，喷施NaCl溶液＋30mmol／L的CaCl2；处理5，喷施NaCl溶液＋40mmol／L的CaCl2；共设蒸馏水对照（CK1）和盐对照（CK2），每个处理3次重复，于16h光照／8h黑暗、25℃恒温条件下培养，种子萌发5d测定发芽势，7d测定发芽率。种子发芽处理同1．2。

发芽势（GE）＝（5d内发芽的种子数／供试的所有种子数）×100%

发芽率（GR）＝（7d内发芽的种子／供试的所有种子数）×100%

1．4相关生理指标的测定

待种子萌发15d后测定商洛黄芩的超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性、叶绿素含量、丙二醛（MDA）含量等生理指标。SOD活性的测定采用氮蓝四唑法，以能抑制反应50%的酶量为1个SOD酶单位，用U表示；POD活性的测定采用愈创木酚法，以每分钟吸光度（A）的变化表示酶活性的大小，即以每分钟A值减小0．01定义为1个酶活力单位（U）；叶绿素含量的测定采用丙酮－碳酸钙法；MDA含量测定参考硫代巴比妥酸（TBA）检测法［11－12］。各项指标重复测定3次，取平均值，数据统计分析用Microsoft Excel 2003进行。

2结果与分析

2．1盐胁迫浓度

从图1看出，与对照相比，随着盐浓度的升高，黄芩种子的发芽率逐渐降低，说明高浓度的NaCl破坏了黄芩种子细胞膜，从而导致保护酶系统及渗透调节物质含量降低，最终影响黄芩种子的发芽率。当NaCl浓度为0．8%时，黄芩种子的发芽率为零，说明此浓度严重抑制了黄芩种子的萌发，当NaCl浓度为0．6%和0．7%时，种子发芽率较低，不适宜黄芩生长及后续实验研究，因此，选择0．5%作为本试验的黄芩胁迫盐浓度。

图1 不同浓度NaCl处理黄芩种子的发芽率Fig．1 Germination rate of S．baicalensis seeds treated with NaCl in varying concentrations

2．2外源Ca2＋处理盐胁迫商洛黄芩种子的萌发率和发芽势

从图2看出，不同处理对黄芩种子萌发的影响程度不同。与CK1相比，CK2的黄芩种子发芽率、发芽势都明显降低，说明盐胁迫对黄芩种子的萌发有强烈的抑制作用。当施加不同浓度的CaCl2后，发芽率和发芽势呈先升后降的趋势。处理1～3黄芩种子的发芽势和发芽率与CK2相比均有明显提高，且随CaCl2浓度的升高呈逐渐上升趋势，处理3的发芽率、发芽势最高，较CK2分别提高75%和80%，虽在处理3后发芽率、发芽势有所降低，但结果仍高于CK2。

图2 外源Ca2＋处理盐胁迫黄芩种子的发芽率和发芽势Fig．2 Germination rate and vigor of S．baicalensis under salt stress treated with exogenous Ca2＋

2．2外源Ca2＋处理盐胁迫黄芩幼苗的生理特性

2．2．1MDA含量 由图3可知，CK2与CK1相比，CK2黄芩叶片中MDA含量明显升高，但经不同浓度的CaCl2处理后盐胁迫下黄芩叶片中的MDA含量整体呈先降后升的趋势。处理1至处理3黄芩MDA含量与CK2组相比都有所下降，且MDA含量随着CaCl2浓度的升高逐渐下降，处理3的MDA含量较CK2降低20．93%，降低最为显著，虽然处理3之后MDA含量又有所上升，但是都低于CK2组。说明黄芩受到盐胁迫伤害后通过添加不同浓度外源Ca2＋对盐胁迫造成的MDA过度积累产生显著的抑制作用。而且在浓度为20mmol／L的外源Ca2＋处理下对盐胁迫的缓解作用最佳。

图3 外源Ca2＋处理盐胁迫黄芩幼苗的MDA含量Fig．3 MDA content in S．baicalensis under salt stress treated with exogenous Ca2＋

2．2．2叶绿素含量 由图4可知，CK2与CK1相比，叶绿素的含量明显下降，说明盐胁迫对黄芩叶片中的叶绿素含量有显著影响，加入不同浓度的CaCl2后，叶绿素含量整体呈先升后降的趋势，其中处理1至处理2的叶绿素含量与CK2相比都有所升高，并且随着CaCl2浓度的升高叶绿素含量逐渐上升，处理3的叶绿素含量最高，比CK2高46．25%，升高最为显著。之后随着CaCl2浓度的升高，叶绿素的含量降低，但仍高于CK2。可见，施加不同浓度的外源Ca2＋可缓解盐胁迫对叶绿素含量的影响，外源Ca2＋以浓度为20mmol／L的缓解效果最佳。

2．2．3SOD、POD和CAT活性 从图5看出，与CK1相比，CK2黄芩叶片中SOD、POD和CAT活性明显下降，经不同浓度的CaCl2处理后，SOD、POD 和CAT活性有不同程度的提高，总体上呈先升后降趋势。处理1至处理3的SOD、POD和CAT活性与CK2相比都有所升高，且随着CaCl2浓度的升高SOD、POD和CAT活性逐渐上升，分别增加了61．75%、73．03%和74．29%，以处理3的效果最佳；之后随着CaCl2浓度的升高SOD、POD和CAT活性有所降低，但仍高于CK2。说明，盐胁迫能降低商洛黄芩体内的SOD、POD和CAT活性，外源Ca2＋显著地提高3种抗氧化酶的活性，可减轻细胞的氧化程度，维持细胞正常生理活动，对植物具有一定的保护作用。

图4 外源Ca2＋处理盐胁迫黄芩叶绿素的含量Fig．4 Chlorophyll content in S．baicalensis under salt stress treated with exogenous Ca2＋

图5 不同浓度外源Ca2＋处理黄芩幼苗的抗氧化酶活性Fig．5 Autioxidant enzyme activities of S．baicalensis seedlings treated with exogenous Ca2＋in varying degrees

3结论与讨论

1）在盐胁迫条件下，黄芩种子的生长发育受到强烈抑制，当施加一定浓度的CaCl2后，黄芩种子的发芽率和发芽势有一定程度的提高，叶绿素含量增加，黄芩叶片的POD活性和CAT活性升高，而MDA的含量降低。即一定浓度的CaCl2溶液可提高黄芩幼苗对盐害的抗逆性，可有效缓解盐胁迫对黄芩种子生长发育的伤害。在本试验的浓度范围内，CaCl2的最佳施加浓度为20mmol／L。

2）关于CaCl2对盐胁迫的缓解作用，许多学者从不同的方面进行了研究讨论。种子萌发是指种子从吸胀作用开始的一系列有序的生理过程和形态变化过程，是植物生活史中的重要阶段，直接影响植物的生长、产量。发芽率（GR）反映了种子发芽的多少，发芽势（GE）则反映了种子发芽的快慢和整齐度。张春平等［13］的研究表明，CaCl2处理可缓解盐胁迫对紫苏种子萌发的抑制作用，提高紫苏种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。朱伟等［14］研究表明，一定浓度的CaCl2浸种可提高盐胁迫下棉花种子的发芽率，增加幼苗苗高和干质量。本研究结果也表明，20mmol／L的CaCl2处理黄芩种子可提高黄芩种子的发芽率和发芽势，与以上研究结果相一致。

3）MDA含量是判断膜酯过氧化程度的一个重要指标，反映植物受到逆境压力的大小［15］。盐胁迫下黄芩幼苗体内MDA含量显著提高，幼苗受到胁迫伤害。当施加外源Ca2＋后可抑制膜酯过氧化作用，减少MDA的积累，从而减轻膜酯过氧化对细胞的伤害。在盐胁迫条件下，细胞膜结构被破坏，叶绿素含量降低而钙离子能保证叶绿体膜结构的稳定性，进而提高叶绿素含量。SOD、POD和CAT是植物重要的保护酶，在逆境胁迫中清除过量的活性氧，维持活性氧代谢平衡，保护膜结构，从而使植物在一定程度上忍耐、减缓或抵御逆境胁迫［16］。盐胁迫下，SOD、POD和CAT的活性明显降低，施加不同浓度的外源钙后，黄芩幼苗叶片保护酶SOD、POD 和CAT的活性升高，增强了植株清除活性氧的能力，提升其抗逆性，促进黄芩幼苗的生长发育。秦舒浩等［17］研究表明，当Ca2＋浓度增加到10mmol／L时，能显著改善NaCl胁迫下西葫芦植株的生长状况，使植株增高，叶面积增大，叶片中丙二醛（MDA）和脯氨酸含量降低，过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性升高。谢英赞等［18］研究表明，通过施加外源钙可以有效减缓叶片氧自由基和丙二醛（MDA）的升高，提高光合色素的积累和SOD、POD、CAT及APX4种抗氧化酶的活性，对盐胁迫下的决明幼苗具有一定的保护作用。这与本试验的结果一致，当施加一定浓度的CaCl2后盐胁迫下的黄芩幼苗MDA含量降低，叶绿素含量提高，SOD、POD和CAT活性增加。

4）施加一定浓度的CaCl2能有效缓解盐胁迫对黄芩种子的萌发和黄芩幼苗生长发育的抑制作用，增强黄芩抗盐害的能力。这为利用外源钙作为化控措施以缓解黄芩盐害提供了理论依据，对扩大黄芩栽培面积和提高黄芩产量具有重要意义。但是外源Ca2＋的缓解作用也有一定的限制，即适宜的Ca2＋浓度对植物的生长具有促进作用，能有效地缓解盐害作用，当外源Ca2＋的浓度超过一定的限度其促进的作用明显减弱，所以有关外源Ca2＋对盐胁迫下黄芩植株体内相关代谢调控机制还有待进一步深入研究。

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（责任编辑：聂克艳）

加工贮藏·农产品质量

Processing and Storage·Agricultural Product Quality

Effects of Exogenous Ca2＋on Seed Germination and Physiological Characteristics of Scutellaria baicalensis Under Salt Stress

LI Xiaoling，HUA Zhirui
（College of Biology Pharmacy and Food Engineering，Shangluo University，Shangluo，Shaanxi 726000，China）

To explore the effects of exogenous Ca2＋on alleviating salt stress of S．baicalensis，and enhance the cultivation quality under saline conditions，a seed test was conducted on S．baicalensis under salt stress in varying concentrations treated with exogenous Ca2＋．Results：Certain concentrations of CaCl2could effectively alleviate the inhibition of salt stress on seed germination and seedling growth and development of S．baicalensis，and increase the salt resistance ability．20mmol／L CaCl2could significantly improve the seed germination vigor，germination rate，germination index，SOD，POD，CAT activities and chlorophyll content in leaves，and decrease MDA content

exogenous Ca2＋；salt stress；Shangluo Scutellaria baicalensis；physiological characteristic

S567．23

A

1001－3601（2016）11－0483－0145－04

2016－04－13；2016－11－08修回

陕西省科技厅项目“商洛山区野生兰花资源开发利用研究”（2009K01－11）；陕西省教育厅项目“商洛黄芩ISSR－PCR体系建立与优化”（09JK418）

李小玲（1980－），女，副教授，硕士，从事植物生理生态研究。E－mail：lxlflower＠163．com