红豆和白扁豆种子萌发和生长对盐胁迫的响应及其生理机制*

邓小红, 姬拉拉, 王锐洁, 刘 筱, 杨淑君, 关 萍, 王健健

红豆和白扁豆种子萌发和生长对盐胁迫的响应及其生理机制*

邓小红, 姬拉拉, 王锐洁, 刘 筱, 杨淑君, 关 萍, 王健健**

(贵州大学生命科学学院/贵州大学农业生物工程研究院/山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室/山地生态与农业生物工程协同创新中心 贵阳 550025)

为探讨红豆和白扁豆种子萌发及幼苗生长对盐胁迫的响应及其生理机制, 以红豆品种‘渝红豆2号’和传统白扁豆品种为材料, 分别用不同浓度NaCl(0 mmol∙L-1、20 mmol∙L-1、40 mmol∙L-1、60 mmol∙L-1、80 mmol∙L-1、100 mmol∙L-1)溶液处理种子, 测定不同NaCl浓度胁迫下红豆和白扁豆种子的发芽指标及幼苗生长指标、叶片丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性, 分析NaCl胁迫对红豆和白扁豆种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明: 1)随NaCl浓度增加, 红豆和白扁豆种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均呈下降趋势。当NaCl浓度为80 mmol∙L-1时, 白扁豆发芽势、发芽指数、活力指数降为0, 红豆的发芽势、发芽指数、活力指数分别为20.00%、2.00、0.83; NaCl浓度为100 mmol∙L-1时, 红豆的发芽率为16.67%, 但白扁豆为0, 这表明在盐胁迫下红豆较白扁豆具有更高的萌发能力。2)红豆与白扁豆相对盐害率随NaCl浓度的增加而增加, 当NaCl浓度为80 mmol∙L-1和100 mmol∙L-1时, 白扁豆相对盐害率为96.58%和96.67%, 红豆相对盐害率为47.05%和83.18%, 说明红豆受盐害程度较低。3)红豆与白扁豆幼苗胚根、胚芽及鲜重均随NaCl浓度增加而下降。NaCl浓度为100 mmol∙L-1时, 白扁豆胚根长为0, 红豆胚根长为0.23 cm。4)随NaCl浓度升高, 红豆和白扁豆叶片的MDA含量均增加, 造成细胞膜透性逐渐增大, 但是红豆幼苗MDA积累量低于白扁豆, 这表明红豆叶片细胞膜损伤较小。5)NaCl胁迫下, 红豆与白扁豆SOD活性均显著升高, 但红豆SOD活性显著高于白扁豆; NaCl胁迫下, POD活性显著升高, 但白扁豆POD活性显著下降。研究发现红豆可通过提高SOD和POD活性以降低细胞膜氧化伤害, 减少MDA积累量, 进而提高种子萌发能力。在相同浓度NaCl胁迫下红豆较白扁豆有更高的耐盐性, 能更好地适应盐胁迫环境。

盐胁迫; 耐盐性; 保护酶活性; 种子萌发; 红豆; 白扁豆

目前, 全球约7%的土地不同程度地受土壤盐渍化影响[1], 我国盐碱地的面积已超过3 000万hm2, 受化肥大量使用及海平面不断升高的影响, 土壤盐渍化面积呈逐年增加趋势, 已成为我国经济发展所面临的重大生态问题[2]。

土壤盐渍化对植物的生长、发育、繁殖和分布有着深远的影响[3]。种子萌发与幼苗生长期是植物生活史中最脆弱的阶段, 也是决定植物能否在盐渍环境中生存的关键时期, 因此, 研究盐胁迫下植物种子的萌发与生长特征, 可以反映该植物的耐盐性[4-6]。目前关于盐胁迫对植物种子萌发的影响已有较多研究, 大量结果表明, 随着盐浓度增加, 小麦()、豌豆()、裸果木()种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数及幼苗的鲜重、株高、胚根长均受到显著抑制[7-9]。盐胁迫还会诱导植物细胞膜脂过氧化加重, 导致丙二醛(MDA)含量增加, 同时破坏抗氧化酶系统, 对植物造成严重的盐害[10-11]。但不同的物种对盐胁迫的响应不同: 刘一明等[12]研究NaCl对2种豇豆属()植物种子萌发和幼苗生长的影响时发现, 滨豇豆()和赤小豆()种子萌发和幼苗生长均受到明显抑制, 但在不同NaCl处理下2种豇豆属植物种子表现出不同的耐盐机制, 在高盐胁迫下滨豇豆的胚轴显著长于赤小豆, 表现出更强的耐盐性。王小山等[13]研究3种豆科(Leguminosae)牧草种子在萌发阶段对盐渍环境的生理适应时发现, 高盐胁迫会抑制种子萌发, 抑制程度为紫花苜蓿()>沙打旺()>草木犀(), 但其耐盐机制尚不明确。因此, 本试验比较不同属豆科植物的耐盐性, 以探究不同盐浓度对不同属豆科植物种子萌发的影响机制。

红豆()与白扁豆()[14]分别为豆科豇豆属与扁豆属一年生直立草本植物[15-16], 是我国重要的杂粮品种[14]。近年来, 红豆和白扁豆的药用价值和经济价值受到消费者的广泛关注, 使种植面积不断扩大, 但目前针对红豆与白扁豆的研究主要集中在高产栽培技术[17]、生物活性成分[14,18]等方面, 迄今鲜见关于NaCl胁迫下红豆与白扁豆种子萌发特性及其幼苗生理响应机制的报道。为此, 本研究设置不同浓度的NaCl溶液, 以探究不同NaCl浓度对红豆和白扁豆种子萌发及幼苗生理机制的影响, 揭示红豆和白扁豆种子萌发对盐胁迫响应的差异和机理, 为筛选耐盐的豆科植物, 合理利用盐渍化土地, 提高农作物产量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用红豆种子品种为‘渝红豆2号’, 白扁豆种子是农家传统品种。所用种子均为2018年度当季采收。

1.2 试验方法

1.2.1 种子预处理

选取大小一致、籽粒饱满的红豆和白扁豆种子用10%的双氧水消毒15 min, 然后用蒸馏水多次冲洗。将洗净的种子放入蒸馏水中浸泡12 h后再用于发芽试验。

1.2.2 发芽试验

采用滤纸纸上发芽法。设计5个NaCl浓度(20 mmol∙L-1、40 mmol∙L-1、60 mmol∙L-1、80 mmol∙L-1、100 mmol∙L-1)梯度, 以蒸馏水为对照(0 mmol∙L-1)。将消毒处理过的红豆和白扁豆种子置于垫有双层滤纸的培养皿中, 每皿40粒, 分别加入20 mL不同浓度的NaCl溶液, 对照中加入等量的蒸馏水, 每个处理重复3次。放置于白天/夜间温度为28 ℃/18 ℃、相对空气湿度为65%~86%的GZ-250-GSⅡ型智能人工气候箱中培养。每隔2 d换一次NaCl溶液或蒸馏水, 以防因水分蒸发而改变NaCl浓度或溶液体积。每天观察种子萌发状况并做好种子发芽记录。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 种子萌发指标的测定

自种子培养开始每天统计发芽数, 以胚根长0.2 cm为标志。第4 d统计不同NaCl处理下的发芽势, 共处理9 d。第9 d统计种子的发芽率、发芽指数、活力指数、相对盐害率, 并测量幼苗胚根长和芽长, 称量幼苗鲜重(单株幼芽)。计算公式[19-20]如下:

发芽率(%)＝种子发芽总数/供试种子总数×100 (1)

发芽势(%)=(培养4 d后供试种子的发芽数/供试种子数)×100 (2)

发芽指数(GI)=∑(G/D) (3)

活力指数(VI)=GI(4)

相对盐害率(%)=(对照发芽率-盐处理发芽率)/对照发芽率×100 (5)

式中:G为发芽试验期内相应各日正常发芽的种粒数,D为相应的发芽天数, GI表示发芽指数,表示胚根长(cm)。

1.3.2 幼苗生理指标的测定

第9 d后, 在对照和20 mmol·L-1NaCl处理下, 分别称取0.1 g红豆和白扁豆幼叶, 测定其丙二醛(MDA)含量、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性, 每个处理重复3次。MDA含量采用硫代巴比妥酸法测定, 过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性参考植物生理生化实验原理的方法进行测定[21-22]。称取0.1 g样品鲜样, 用提取液进行冰浴研磨, 8 000´g 4 ℃离心10 min, 取上清液供POD、SOD活性的测定。POD活性测定: 记录470 nm下1 min时吸光值1和2 min后的吸光值2, 计算=2-1。以每分钟D470 nm变化为1个酶活性单位(U∙g-1); SOD活性测定: 以抑制光化还原氮蓝四唑50%为1个酶活性单位(U∙g-1)。

1.4 数据处理

试验数据用Excel 2010软件进行图表处理, 采用SPSS 19.0统计软件对试验数据进行方差分析、检验和Duncan多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同NaCl浓度对红豆和白扁豆发芽特性的影响

2.1.1 对发芽率的影响

由图1A可知, 红豆和白扁豆在不同浓度NaCl胁迫下发芽率均低于对照, 说明NaCl胁迫对红豆和白扁豆种子萌发均产生了抑制作用, 而且白扁豆的对照与NaCl胁迫发芽率差值明显大于红豆。其中, NaCl浓度为0 mmol∙L-1、20 mmol∙L-1和40 mmol∙L-1时, 红豆和白扁豆的发芽率下降幅度较小; 当NaCl浓度升高至60 mmol∙L-1、80 mmol∙L-1和100 mmol∙L-1时, 红豆与白扁豆发芽率分别下降16.81%、47.06%、83.19%与25.86%、98.28%、100.00%。方差分析表明(图1A), 相同浓度NaCl胁迫下, 红豆的发芽率均高于白扁豆(<0.01), 说明盐胁迫对白扁豆发芽率抑制作用更大。

2.1.2 对发芽势的影响

由图1B可知, 红豆和白扁豆的发芽势随NaCl浓度的增加而下降, 但两者下降幅度不同。NaCl浓度为20 mmol∙L-1、40 mmol∙L-1、60 mmol∙L-1、80 mmol∙L-1和100 mmol∙L-1时, 红豆发芽势分别降低4.39%、24.56%、59.65%和78.95%, 白扁豆的发芽势分别降低16.36%、27.27%、94.55%和100.00%。方差分析表明(图1B),盐胁迫对红豆和白扁豆种子发芽势有显著影响。红豆和白扁豆间发芽势差异达显著水平(=0.014), 且相同浓度NaCl处理下红豆的发芽势均高于白扁豆。

2.1.3 对发芽指数的影响

由图1C可知, 在NaCl胁迫下, 红豆和白扁豆发芽指数变化趋势与发芽率相似, 即在低NaCl浓度下发芽指数变化差异不显著, 随NaCl浓度升高, 发芽指数均呈下降趋势。当NaCl浓度为40 mmol∙L-1、60 mmol∙L-1、80 mmol∙L-1时, 红豆和白扁豆的发芽指数分别下降24.56%、59.65%、78.95%和27.27%、94.55%、100.00%。即随着NaCl浓度升高, 红豆和白扁豆发芽指数受抑制程度不断增强, 白扁豆发芽指数下降幅度更大, 受盐害程度更明显。方差分析表明, 盐胁迫对红豆和白扁豆的发芽指数有显著影响, 且红豆和白扁豆间发芽指数差异显著(=0.007)。

2.1.4 对活力指数的影响

由图1D可知, 随NaCl浓度增加, 红豆和白扁豆的活力指数均呈显著下降趋势。方差分析表明, 盐胁迫对红豆和白扁豆的活力指数有显著影响。不同浓度NaCl处理下, 红豆和白扁豆间的活力指数差异达显著水平(=0.034)。当NaCl浓度为20 mmol∙L-1、40 mmol∙L-1和60 mmol∙L-1时, 红豆的活力指数分别下降22.15%、65.61%和94.92%, 而在此浓度下白扁豆的活力指数下降的更为明显, 分别下降41.56%、58.7%和98.32%。当NaCl浓度增加到80 mmol∙L-1时, 白扁豆的活力指数降为0, 红豆的活力指数为0.83。可见, 随着NaCl浓度增加, 红豆和白扁豆活力指数均显著下降, 但相同NaCl浓度下红豆的活力指数高于白扁豆。

图1 不同NaCl浓度对红豆和白扁豆发芽率(A)、发芽势(B)、发芽指数(C)和活力指数(D)的影响

不同大写字母表示不同盐浓度下红豆性状差异显著, 不同小写字母表示不同盐浓度下白扁豆性状差异显著(按照Duncon的统计检验,<0.05)。ns和*、**分别表示相同盐浓度下红豆与白扁豆间的差异不显著(>0.05)和在<0.05、<0.01水平差异显著。Different capital letters indicate significant differences among different NaCl concentrations of, different lowercase letters indicate significant differences among different NaCl concentrations of(according to Duncon’s statistical test,< 0.05). “ns” and “*”, “**” mean no significant difference (> 0.05) and significant differences at< 0.05,< 0.01 betweenandunder the same NaCl concentration, respectively.

2.2 不同NaCl浓度对白扁豆和红豆相对盐害率的影响

相对盐害率反映红豆和白扁豆种子受NaCl胁迫的程度。由图2可知, 随着NaCl浓度增加, 红豆和白扁豆的相对盐害率均呈上升趋势。当NaCl浓度为20 mmol∙L-1时, 白扁豆受到10.00%的盐害作用, 而红豆在此浓度下相对盐害率为0。随着NaCl浓度升高, 两种豆类受到的盐害逐渐增大, NaCl浓度为40 mmol∙L-1、60 mmol∙L-1、80 mmol∙L-1和100 mmol∙L-1时, 红豆的相对盐害率分别增加3.33%、16.82%、47.05%和83.18%, 白扁豆分别增加16.67%、27.11%、96.58%和96.67%。以上结果说明, 低浓度NaCl处理下, 红豆与白扁豆受到的毒害作用较小, 随着NaCl浓度增加, 盐害作用增大, 种子萌发困难, 但红豆盐害率极显著低于白扁豆(<0.01)。说明红豆较白扁豆有更强的耐盐能力, 能更好地适应盐胁迫环境。

图2 不同NaCl浓度下红豆和白扁豆的相对盐害率

不同大写字母表示不同盐浓度下红豆性状差异显著, 不同小写字母表示不同盐浓度下白扁豆性状差异显著(按照Duncon的统计检验,<0.05)。*、**分别表示相同盐浓度下红豆与白扁豆间在<0.05、<0.01水平差异显著。Different capital letters indicate significant differences among different NaCl concentrations of, different lowercase letters indicate significant differences among different NaCl concentrations of(according to Duncon’s statistical test,< 0.05). “*”, “**” mean significant differences at< 0.05 and< 0.01, respectively, betweenandunder the same NaCl concentration.

2.3 不同NaCl浓度对红豆和白扁豆幼苗生长的影响

从表1可知, 红豆和白扁豆在不同浓度的NaCl溶液中处理9 d后, 其幼苗胚根长、胚芽长及幼苗鲜重均受到显著抑制作用。方差分析结果表明, 盐胁迫对红豆和白扁豆幼苗的胚根长有显著影响, 并且红豆和白扁豆间的胚根长有极显著差异(<0.01)。NaCl浓度为20 mmol∙L-1、40 mmol∙L-1、60 mmol∙L-1、80 mmol∙L-1时, 红豆和白扁豆的胚根长较对照分别下降18.54%、54.31%、86.76%、92.05%和36.3%、43.15%、76.03%、95.89%。NaCl浓度为100 mmol∙L-1时, 红豆的胚根长为0.23 cm, 白扁豆的胚根长降为0。NaCl浓度为20 mmol∙L-1时, 红豆和白扁豆的胚芽长较对照分别下降81.39%和83.18%, NaCl浓度增加到40 mmol∙L-1时, 已无法测定幼苗胚芽长度, 说明红豆和白扁豆胚芽对盐胁迫的响应更敏感。

2.4 不同NaCl浓度对红豆和白扁豆MDA含量、POD和SOD活性的影响

MDA是膜脂过氧化的产物[23], 其在细胞中积累的程度可以反映植物体内氧自由基的动态和细胞受损伤的程度, 常用于衡量生物膜脂过氧化作用的强弱[10]。由图3A可知, 随NaCl浓度增加, 红豆和白扁豆MDA含量均呈显著上升趋势, 较对照分别增加54.88%和50.55%。统计结果表明, 盐胁迫下, 红豆和白扁豆MDA含量差异达显著水平(<0.01), 且白扁豆的MDA含量在对照和NaCl胁迫下均高于红豆MDA含量。

由图3B、3C可知, 红豆的POD和SOD活性随NaCl浓度增加而增加。NaCl浓度为20 mmol∙L-1时, 红豆的POD活性较对照增加了119.14%, SOD活性增加了56.31%; 随着NaCl浓度增加, 与对照相比, 白扁豆SOD活性仅增加了19.03%, 且差异不显著(=0.25), 而白扁豆的POD活性显著降低(<0.01), 下降了46.15%。

3 讨论

3.1 不同NaCl浓度对红豆和白扁豆种子萌发及盐害率的影响

种子萌发和幼苗生长是植物对环境胁迫较为敏感的时期, 其生长和生理特征极易受到周围环境的影响[24]。种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数是衡量和评价种子发芽水平的常用指标[19], 可反映种子发芽的快慢、整齐度及幼苗生长的潜能。前人针对紫薇()[19]、沙枣()[25]、高粱()[26]的研究发现, 随着NaCl浓度升高, 植物种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均呈下降趋势。本研究发现, 在NaCl胁迫下红豆和白扁豆种子萌发均受到了抑制, 且随NaCl浓度升高, 抑制作用不断加大, 这与前人研究结果一致[7,19,25-26]。本研究还发现在相同浓度NaCl处理下, 红豆和白扁豆发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数表现出显著的种间差异, 即红豆的各发芽指标均显著高于白扁豆, 而且这种差异随NaCl浓度增加表现得更加明显, 这与刘一明等[12]对2种豇豆属植物的研究结果一致, 说明相同NaCl浓度下白扁豆种子萌发受到盐胁迫的抑制作用更大, 这也与本研究针对NaCl胁迫对红豆和白扁豆相对盐害率得到的结果一致, 例如在NaCl浓度为80 mmol∙L-1时, 红豆的相对盐害率为47.05%; 而白扁豆的相对盐害率升至96.58%。综上说明, 在盐胁迫下, 红豆和白扁豆各萌发指标均受到不同程度的抑制, 但在等浓度NaCl浓度下, 红豆种子表现出更高的萌发能力和更低的盐害率。

表1 不同NaCl浓度对红豆和白扁豆幼苗胚根长、胚芽长、鲜重的影响

同列不同小写字母表示不同盐浓度间差异显著(按照Duncon的统计检验,<0.05)。ns和*、**分别表示相同盐浓度下红豆与白扁豆间的差异不显著(>0.05)和在<0.05、<0.01水平差异显著。Different lowercase letters indicate significant differences among different NaCl concentrations(according to Duncon’s statistical test,< 0.05). “ns” and “*”, “**” mean no significant difference (> 0.05) and significant differences at< 0.05 and< 0.01, respectively, betweenandunder the same NaCl concentration.

图3 不同NaCl浓度对红豆和白扁豆幼苗MDA含量(A)和POD(B)、SOD(C)活性的影响

不同大写字母表示不同盐浓度下红豆性状差异显著, 不同小写字母表示不同盐浓度下白扁豆性状差异显著(按照Duncon的统计检验,<0.05)。ns和*、**分别表示相同盐浓度下红豆与白扁豆间的差异不显著(>0.05)和在<0.05、<0.01水平差异显著。Different capital letters indicate significant differences among different NaCl concentrations of, different lowercase letters indicate significant differences among different NaCl concentrations of(according to Duncon’s statistical test,< 0.05). “ns” and “*”, “**” mean no significant difference (> 0.05) and significant differences at< 0.05,< 0.01 betweenandunder the same NaCl concentration, respectively.

3.2 不同NaCl浓度对红豆和白扁豆生长指标的影响

盐胁迫不仅影响种子萌发, 且对萌发后幼苗的胚根、胚芽生长也有影响, 胚根、胚芽的生长状况可以反映植物定居成苗的特性[2]。马红媛等[27]在研究NaCl胁迫对4种禾本科牧草种子萌发的影响中发现, 4种牧草幼苗的根长、芽长及根/冠比均随NaCl的增加呈下降的趋势, 且NaCl胁迫对羊草()芽长的抑制作用大于根长; 李志萍等[28]研究盐胁迫对栓皮栎()种子萌发及幼苗生长试验中也发现, 随盐浓度增加, 其胚根长、胚芽长、胚根鲜重均受到抑制; 在贾永正等[19]、徐宁等[26]研究中也得到了相同的结论。本试验中, 随NaCl浓度增加, 红豆和白扁豆的胚根长、胚芽长及鲜重均显著降低, 与前人研究结果一致[19,26-28]。但不同NaCl处理下, 红豆和白扁豆各生长指标下降速率出现显著差异。在NaCl浓度为20 mmol∙L-1时, 红豆和白扁豆的胚根长、胚芽长和鲜重均显著降低, 红豆分别下降18.54%、81.39%和18.47%, 白扁豆分别下降36.30%、42.06%和30.92%。且随NaCl浓度增加, 红豆和白扁豆各生长指标下降更显著。NaCl浓度增加到40 mmol·L-1时, 红豆和白扁豆胚根长分别下降54.31%和43.15%, 而胚芽长已无法测定其长度。这可能是因为高浓度的盐溶液使得幼苗的胚根和胚芽细胞吸水困难, 因而其生长受到了显著的影响。随盐浓度进一步增加, 胚根长受抑制程度也不断加大。幼苗鲜重的下降趋势与胚芽长相似, 且白扁豆鲜重的下降速率较红豆快。综合种子萌发和生长指标可知, 红豆和白扁豆种子萌发均受到盐胁迫的影响, 但红豆有更强的耐盐能力。

3.3 不同NaCl浓度对红豆和白扁豆生理特征的影响

植物受到盐胁迫后, 会产生大量的活性氧, 细胞内活性氧的产生与清除平衡被打破, 使得生物膜发生膜脂过氧化反应, 膜的完整性被破坏, MDA是膜脂过氧化的产物, 其在细胞中积累的程度常用于衡量生物膜脂过氧化作用的强弱[29], 同时, 保护酶POD和SOD活性增加, 使其抗逆性增强, 从而降低盐害[30]。徐宁等[26]发现幼苗受盐胁迫时, 叶片中MDA含量增加, 同时其POD和SOD活性升高。刘志洋等[31]研究表明, 低浓度NaCl胁迫下POD和SOD活性升高, 高NaCl胁迫时, POD和SOD活性逐渐降低。本研究中, 在不同NaCl浓度处理下, 红豆和白扁豆的MDA含量及SOD活性显著增加, 与前人研究结果一致[26,31], 红豆和白扁豆的MDA含量均增加, 表明膜脂过氧化加重, SOD活性升高可能是因为NaCl胁迫激发了保护酶活性, 增加其耐盐能力。本研究中红豆POD活性增加119.14%, 但白扁豆的POD活性下降46.15%, 这可能是由于白扁豆的耐盐性较差, 在此浓度下POD活性较弱[32], 综合抗氧化酶活性数据可知, 红豆和白扁豆都能通过提高抗氧化酶活性来应对盐胁迫, 但红豆的耐盐性更高。

综上, 本研究发现, NaCl胁迫下红豆和白扁豆种子萌发均受到不同程度的抑制, 但在等浓度NaCl处理下, 红豆发芽率、发芽势、发芽指数等萌发指标及幼苗生长指标均高于白扁豆, 红豆表现出更高的萌发能力。随NaCl浓度增加, 红豆积累MDA的量较白扁豆少, SOD与POD活性均增加, 说明红豆在盐胁迫下表现出更高的抗氧化酶活性, 能缓解盐胁迫对其膜脂过氧化伤害的程度, 表现出了较强的耐盐性。

[1] ZHU J K. Plant salt tolerance[J]. Trends in Plant Science, 2001, 6(2): 66–71

[2] ALLAKHVERDIEV S I, SAKAMOTO A, NISHIYAMA Y, et al. Ionic and osmotic effects of NaCl-induced inactivation of photosystems Ⅰ and Ⅱ insp.[J]. Plant Physiology, 2000, 123(3): 1047–1056

[3] 渠晓霞, 黄振英. 盐生植物种子萌发对环境的适应对策[J]. 生态学报, 2005, 25(9): 2389–2398 QU X X, HUANG Z Y. The adaptive strategies of halophyte seed germination[J]. Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(9): 2389–2398

[4] 李敏, 骆永明, 宋静, 等. 污泥-铜尾矿体系下pH、盐分和重金属对大麦根伸长的生态毒性效应[J]. 土壤, 2006, 38(5): 578–583 LI M, LUO Y M, SONG J, et al. Ecotoxicological effects of pH, salinity and heavy metals on the barley root elongation in mixture of copper mine tailings and biosolids[J]. Soils, 2006, 38(5): 578–583

[5] 郝雪峰, 高惠仙, 燕平梅, 等. 盐胁迫对大豆种子萌发及生理的影响[J]. 湖北农业科学, 2013, 52(6): 1263–1266 HE X F, GAO H X, YAN P M, et al. Influence of salt stress on germination and physiology of soybean seeds[J]. Hubei Agricultural Sciences, 2013, 52(6): 1263–1266

[6] 陈俊任, 柳丹, 吴家森, 等. 重金属胁迫对毛竹种子萌发及其富集效应的影响[J]. 生态学报, 2014, 34(22): 6501–6509 CHEN J R, LIU D, WU J S, et al. Seed germination and metal accumulation of Moso bamboo () under heavy metal exposure[J]. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(22): 6501–6509

[7] 乔佩, 卢存福, 李红梅, 等. 盐胁迫对诱变小麦种子萌发及幼苗生理特性的影响[J]. 中国生态农业学报, 2013, 21(6): 720–727 QIAO P, LU C F, LI H M, et al. Influence of salt on seed germination and seedling physiological characteristics of mutagenic wheat[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2013, 21(6): 720–727

[8] 杨琦琦, 蒋志荣, 黄海霞, 等. NaCl和Na2SO4胁迫对裸果木种子萌发的影响[J]. 干旱区资源与环境, 2019, 33(3): 171–176 YANG Q Q, JIANG Z R, HUANG H X, et al. Effect of NaCl and Na2SO4stress on seed germination of[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2019, 33(3): 171–176

[9] 杨柯, 李胜, 马绍英, 等. 豌豆种子萌发及幼苗生长对NaCl胁迫的响应[J]. 生态科学, 2014, 33(3): 433–438 YANG K, LI S, MA S Y, et al. Response of germination and seedling growth of pea seeds to NaCl stress[J]. Ecological Science, 2014, 33(3): 433–438

[10] 许兴, 毛桂莲, 李树华, 等. NaCl胁迫和外源ABA对枸杞愈伤组织膜脂过氧化及抗氧化酶活性的影响[J]. 西北植物学报, 2003, 23(5): 745–749 XU X, MAO G L, LI S H, et al. Effect of salt stress and abscisic acid on membrane-lipid peroxidation and resistant-oxidation enzyme activities ofCallus[J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2003, 23(5): 745–749

[11] 王桔红, 陈文. 黑果枸杞种子萌发及幼苗生长对盐胁迫的响应[J]. 生态学杂志, 2012, 31(4): 804–810 WANG J H, CHEN W. Responses of seed germination and seedling growth ofto salt stress[J]. Chinese Journal of Ecology, 2012, 31(4): 804–810

[12] 刘一明, 冯宇, 杨虎彪, 等. NaCl对2种豇豆属植物种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 热带农业科学, 2017, 37(11): 11–15 LIU Y M, FENG Y, YANG H B, et al. Effects of salt stress on seed germination and growth of twoplants[J]. Chinese Journal of Tropical Agriculture, 2017, 37(11): 11–15

[13] 王小山, 赵国琦, 刘大林, 等. 三种豆科牧草种子在萌发阶段对盐渍环境的生理适应及主要离子调控[J]. 生态学杂志, 2009, 28(3): 389–393 WANG X S, ZHAO G Q, LIU D L, et al. Physiological adaptation and ion regulation of three Leguminous species seeds at their germination stage to saline environment[J]. Chinese Journal of Ecology, 2009, 28(3): 389–393

[14] 李海洋, 李若存, 陈丹, 等. 白扁豆研究进展[J]. 中医药导报, 2018, 24(10): 117–120LI H Y, LI R C, CHEN D, et al. Research progress of Baibiandou (white hyacinth bean)[J]. Guiding Journal of Traditional Chinese Medicine and Pharmacy, 2018, 24(10): 117–120

[15] 颜兵, 刘龙, 岳小强, 等. 浅析仲景对赤小豆的配伍运用[J]. 安徽中医学院学报, 2008, 27(5): 7–9 YAN B, LIU L, YUE X Q, et al. Simple analysis of Zhongjing’s compatibility and application of adzuki bean[J]. Journal of Anhui TCM College, 2008, 27(5): 7–9

[16] 张波, 薛文通. 红小豆功能特性研究进展[J]. 食品科学, 2012, 33(9): 264–266 ZHANG B, XUE W T. Research progress in functional properties of adzuki bean[J]. Food Science, 2012, 33(9): 264–266

[17] 张华, 冯钰. 白扁豆高产栽培技术[J]. 上海蔬菜, 2005, (1): 45 ZHANG H, FENG Y. High-yielding cultivation techniques of white hyacinth beans[J]. Shanghai Vegetables, 2005, (1): 45

[18] 孙丽丽, 董银卯, 李丽, 等. 红豆生物活性成分及其制备工艺研究进展[J]. 食品工业科技, 2013, 34(4): 390–392SUN L L, DONG Y M, LI L, et al. Research progress in active components and preparation technology of adzuki beans[J]. Science and Technology of Food Industry, 2013, 34(4): 390–392

[19] 贾永正, 张子晗, 喻方圆, 等. 盐胁迫对紫薇种子萌发特性的影响[J]. 种子, 2016, 35(10): 87–91 JIA Y Z, ZHANG Z H, YU F Y, et al. Effects of salt stress on germination characteristics ofseeds[J]. Seed, 2016, 35(10): 87–91

[20] 刘庆华, 雷逢进, 刘秀丽, 等. NaCl胁迫对山西主栽番茄品种种子萌发的影响[J]. 北方园艺, 2018, (17): 59–63 LIU Q H, LEI F J, LIU X L, et al. Effects of NaCl stress on seed of main cultivated varieties in Shanxi tomato[J]. Northern Horticulture, 2018, (17): 59–63

[21] 张鹏, 张玉龙, 迟道才, 等. 水钾耦合对花生生理性状及产量的影响[J]. 中国生态农业学报, 2016, 24(11): 1473–1481 ZHANG P, ZHANG Y L, CHI D C, et al. The combined effect of irrigation and potassium fertilization on the physiological characteristics and yield of peanut[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2016, 24(11): 1473–1481

[22] 唐朝臣, 罗峰, 高建明, 等. 盐碱土壤施肥对甜高粱生物产量、糖锤度及相关性状的影响[J]. 黑龙江农业科学, 2014, (7): 46–50 TANG C C, LUO F, GAO J M, et al. Effect of saline land fertilization on biomass, sugar brix and related traits of sweet sorghum[J]. Heilongjiang Agricultural Sciences, 2014, (7): 46–50

[23] 徐芬芬. 盐碱胁迫对菠菜种子萌发的影响及其生理差异[J]. 种子, 2015, 34(1): 77–79 XU F F. The effect of salt stress and alkaline stress on seed germination of spinach and physiological difference[J]. Seed, 2015, 34(1): 77–79

[24] PARIHAR C M, RANA K S, PARIHAR M D. Crop productivity, quality and nutrient uptake of pearl millet (), Indian mustard () cropping system as influenced by land configuration and direct and residual effect of nutrient management[J]. The Indian Journal of Agricultural Sciences, 2009, 79(11): 927–930

[25] 林静, 刘艳, 李金胜, 等. NaCl胁迫下宁夏不同地区沙枣种子萌发特性的比较研究[J]. 植物生理学报, 2015, 51(10): 1611–1616 LIN J, LIU Y, LI J S, et al. Comparative study on seed germination characteristics offrom different areas of Ningxia Province under NaCl stress[J]. Plant Physiology Journal, 2015, 51(10): 1611–1616

[26] 徐宁, 曹娜, 王闯, 等. NaCl胁迫对野生和栽培品种高粱种子萌发和幼苗生理特性的影响[J]. 江苏农业科学, 2018, 46(18): 55–57 XU N, CAO N, WANG C, et al. Effects of NaCl stress on seed germination and seedling physiological characteristics between wild species and cultivars of sorghum[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2018, 46(18): 55–57

[27] 马红媛, 梁正伟, 王明明, 等. NaCl胁迫对四种禾本科牧草种子萌发的影响[J]. 生态学杂志, 2009, 28(7): 1229–1233 MA H Y, LIANG Z W, WANG M M, et al. Effects of NaCl stress on seed germination and seedling growth of four Poaceaegrass species[J]. Chinese Journal of Ecology, 2009, 28(7): 1229–1233

[28] 李志萍, 张文辉, 崔豫川. NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 生态学报, 2015, 35(3): 742–751 LI Z P, ZHANG W H, CUI Y C. Effects of NaCl and Na2CO3stresses on seed germination and seedling growth of[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(3): 742–751

[29] GILL S S, TUTEJA N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2010, 48(12): 909–930

[30] 唐海明, 汤文光, 肖小平, 等. 冬季覆盖作物对南方稻田水稻生理生化及生长特性的影响[J]. 中国生态农业学报, 2010, 18(6): 1176–1182 TANG H M, TANG W G, XIAO X P, et al. Effects of winter cover crops on physiological and biochemical properties and growth of double cropping rice in South China[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2010, 18(6): 1176–1182

[31] 刘志洋, 刘岩. 不同盐碱胁迫对桔梗种子萌发和幼苗生理特征的影响[J]. 江苏农业科学, 2018, 46(24): 144–147 LIU Z Y, LIU Y. Effects of different salt-alkaline stress treatments on seed germination and physiological characteristics of[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2018, 46(24): 144–147

[32] 吴永波, 薛建辉. 盐胁迫对3种白蜡树幼苗生长与光合作用的影响[J]. 南京林业大学学报: 自然科学版, 2002, 26(3): 19–22 WU Y B, XUE J H. Impacts of salt stress on the growth and photosynthesis of threespecies[J]. Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition), 2002, 26(3): 19–22

Response of seed germination and physiological mechanism ofandto salt stress*

DENG Xiaohong, JI Lala, WANG Ruijie, LIU Xiao, YANG Shujun, GUAN Ping, WANG Jianjian**

(College of Life Sciences, Institute of Agro-bioengineering, Guizhou University / Key laboratory of Plant Resource Conservation and Germplasm Innovation in Mountainous Region, Ministry of Education / Collaborative Innovation Center for Mountain Ecology & Agro-Bioengineering, Guiyang 550025, China )

Soil salinization has an important effect on seed germination of plants; however, little attention has given to the effect of salt stress on the seed germination of legumes. Thevariety ‘Yuhongdou 2’ and traditionalvariety were used to determine the germination percentage, germination potential, germination index, vigor index, radicle length, embryo length, and fresh weight, malondialdehyde (MDA) content, and superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POD) activity under different NaCl concentrations (0 mmol∙L-1, 20 mmol∙L-1, 40 mmol∙L-1, 60 mmol∙L-1, 80 mmol∙L-1, 100 mmol∙L-1) in an artificial climate chest. The goal of this study was to investigate the relationship between osmotic regulators, stress resistance enzymes, and salt tolerance of leguminous plants under NaCl stress. The results were as follows: 1) salinity stress inhibited the germination index of. Then germination percentage, germination potential, germination index, and vigor index ofdecreased with increasing NaCl stress and was significantly higher than that of. 2) The relative salt damage rate ofandincreased with the increase in NaCl concentration. When the NaCl concentration was 80 mmol∙L-1and 100 mmol∙L-1, the relative salt damage rate ofwas 96.58% and 96.67%, whereas the relative salt damage rate ofwas 47.05% and 83.18%, indicating that the salt damage towas less intense. 3) The radicle length, embryo length, and fresh weight ofandseedlings decreased with the increase of NaCl concentration. When NaCl concentration was 100 mmol∙L-1, the radicle length ofwas 0, and that ofwas 0.23 cm. 4) With the increase of NaCl concentration, the content of MDA in the leaves ofandincreased, resulting in a gradual increase in cell membrane permeability, but the accumulation of MDA inseedlings was lower than that in, which indicated that the cell membrane ofleaves was less damaged. 5) Under NaCl stress, SOD activity ofandincreased significantly, but SOD activity ofwas significantly higher than that of. Under NaCl stress, POD activity ofincreased significantly, but the POD activity ofdecreased significantly. It was found thatcould reduce the oxidative damage of the cell membrane and the accumulation of MDA by increasing SOD and POD activities, thus improving the germination ability of seeds.was higher in salt tolerance thanunder the same concentration of NaCl stress and can better adapt to a salt stress environment.

Salt stress; Salt tolerance; Protective enzyme activity; Seed germination;;

S521

2096-6237(2019)08-1218-08

10.13930/j.cnki.cjea.190227

* 国家自然科学基金项目(31760155)、贵州省科技厅自然科学基金项目[2016(1033)]和贵州省生物学一流学科建设项目(GNYL[2017]009)资助

王健健, 主要从事植物生理生态研究工作。E-mail: wangjj33209@163.com

邓小红, 研究方向为植物生理生态。E-mail: 2509077578@qq.com

2019-03-28

2019-05-15

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31760155), the Natural Science Foundation of Guizhou [2016(1033)] and the Construction Program of Biology First-class Discipline in Guizhou (GNYL[2017]009).

, E-mail: wangjj33209@163.com

Mar. 28, 2019;

May 15, 2019

邓小红, 姬拉拉, 王锐洁, 刘筱, 杨淑君, 关萍, 王健健. 红豆和白扁豆种子萌发和生长对盐胁迫的响应及其生理机制[J].中国生态农业学报(中英文), 2019, 27(8): 1218-1225

DENG X H, JI L L, WANG R J, LIU X, YANG S J, GUAN P, WANG J J. Response of seed germination and physiological mechanism ofandto salt stress[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(8): 1218-1225