DOI：" 10.13855/j.cnki.lygs.2024.05.008
摘" 要：探讨5个浓度0、0.5、1.0、5.0、10.0 mmol/L的外源甜菜碱对100 mmol/LNaCl胁迫下杜梨种子萌发、幼苗生长及其生理特性的影响，以不添加甜菜碱的处理作为对照。结果表明，甜菜碱处理对盐胁迫下杜梨种子发芽、幼苗生长及生理代谢均有显着促进作用。其中以1.0 mmol/L浓度处理的效果最显着，杜梨种子的萌发率、发芽势、幼苗株高、地上部鲜重、叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性、叶绿素含量、净光合速率均显着高于对照和另外3个浓度处理；丙二醛含量均低于对照和另3个处理。
关键词：杜梨；甜菜碱；盐胁迫；种子萌发；生理特性
中图分类号：" S661.2" 文献标识码：" A""" 文章编号：" 1002-2910（2024）05-0037-04
收稿日期：2024-03-22
*通信作者：曹涛（1968-），男，山东日照人，研究方向为森林资源管理、森林培育。E-mail：rzlyct@163.com
作者简介：刘霞（1982-），女，山东莱芜人，从事林业保护与发展服务工作。E-mail：rzlx3696@163.com
Effects of exogenous betaine on the seeds germination and physiological characteristics of Pyrus betulaefolia seedlings
LIU Xia1， CAO Tao2*， YAO Xingang2， ZHOU Xiangyun1， ZHANG De1， LI Yiming2
（1.Donggang District Forestry Protection and Development Service Center， Rizhao， Shandong 276800，China; 2.Rizhao Forestry Protection and Development Service Center， Rizhao， Shandong 276800，China）
Abstract：The effects of five concentrations of exogenous betaine （0， 0.5， 1.0， 5.0， 10.0 mmol/L） on the seeds germination， seedling growth， and physiological characteristics of Pyrus betulaefolia under 100 mmol/L NaCl were investigated， with the treatment without betaine as the control. The results indicated that treatments with exogenous betaine at various concentrations significantly promoted the germination of P. betulaefolia seeds and the aboveground growth of seedlings under salt stress， with the treatment of 1.0 mmol/L betaine showing the most significant impact. The germination rate and germination potential， seedling height， aboveground fresh weight， leaf superoxide dismutase， peroxidase and catalase activities， chlorophyll content， and net photosynthetic rate were significantly higher than those of the control and the other three treatments; while the MDA content was lower than that of the control and the other three treatments.
Key words：Pyrus betulaefolia; betaine; salt stress; seed germination; physiological characteristics
目前中国耕地面积中盐渍化土壤面积约占25%［1］，且由于气候变化和人类活动而不断恶化，土壤盐胁迫会影响作物、林木正常的代谢过程，影响生长发育，造成经济损失［2］。解决土壤盐渍化问题是保护农业生产、粮食安全以及生态环境的重要任务。据报道在作物适宜生长发育时期施用外源化学调节物质能够有效提高植物的耐盐性，达到提高产量和品质的目的［3］。
甜菜碱（Glycine betaine，GB）属于氨基酸的衍生物，为渗透调节物质，对缓解逆境胁迫具有重要作用［4］。研究表明，外源甜菜碱能够有效降低盐胁迫造成的膜损伤，提高农作物耐盐性［5，6］。笔者以杜梨种子为试材［7］，研究不同浓度外源甜菜碱处理的萌发能力、幼苗生长及生理特性，为生产实践提供参考。
1材料与方法
1.1试验材料
2022年秋季从成熟的杜梨果实中取出饱满一致的种子，阴干后装袋储藏。2023年2月上旬将饱满的杜梨种子在水中浸泡24 h后与细沙按1：1比例混匀置于4 ℃冰箱层积40 d后取出，用10%NaClO溶液浸泡10 min消毒，蒸馏水冲洗干净，滤纸吸干表面水分待用。甜菜碱由索莱宝公司购得，纯度≥98%。100 mmol/L NaCl溶液模仿盐胁迫环境。
1.2种子萌发试验
1.2.1试验设计。杜梨种子浸种液由5个浓度甜菜碱液（0、0.5、1.0、5.0、10.0 mmol/L），100 mmol/L NaCl、1/2霍格兰氏营养液（Hoagland）配置而成，以不添加甜菜碱的作为对照（CK）。将杜梨种子分别在相应溶液中浸种24 h，然后均用蒸馏水冲洗干净。随后将种子放置于底部用蒸馏水浸润2层滤纸的培养皿中，于25 ℃恒温箱中培养。每24 h更换1次溶液。每处理60粒种子，重复3次。
1.2.2测定指标及方法。种子萌发后3 d，统计发芽势；萌发7 d天统计发芽率，测定芽长、根长、发根数。种子发芽率和发芽势参照《国际种子检验规程》［8］计算：
发芽势/%=培养3 d发芽种子数/供试种子数×100
发芽率/%=培养7 d发芽种子数/供试种子数×100
1.3杜梨苗期生长试验
1.3.1试验设计。取60粒饱满的杜梨种子，用10% NaClO 溶液浸泡10 min，蒸馏水冲洗干净后，均匀放入发芽盒中，加入不同浓度甜菜碱处理液，置25 ℃培养箱中培养。培养28 d后，测定生长及生理指标，每处理重复测定3次。
1.3.2测定指标及方法。①株高及干重株高用尺子测定，测定后取地上和地下部，清水冲洗，吸水纸吸净表面水分用电子天平测量鲜重，置于105 ℃烘箱0.5 h，再80 ℃烘干至恒重，电子天平称取干重。②幼苗总根长、总根表面积采用扫根仪（EPSON Expression 12000 XL ）测定。③叶片保护酶超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量测定参照赵世杰［9］的方法。④叶片的光合参数采用Li－6800便携式光合－荧光测量仪（Li－COR，USA）测定，叶绿素含量用叶绿素仪测定。
1.4数据处理
试验数据采用Excel 2003和SPSS 17.0软件进行统计分析，采用单因素方差分析和Duncan新复极差法进行多重比较。
2结果与分析
2.1甜菜碱对盐胁迫下杜梨种子萌发的影响
不同浓度GB浸种处理对杜梨种子的根长无显着影响；对发芽率、发芽势及芽长影响显着。4个浓度GB处理均比对照显着提高盐胁迫下杜梨的发芽率、发芽势及芽长；随GB浓度的增加，杜梨发芽率、发芽势及芽长呈先升后降趋势；其中处理1.0 mmol/L处理的效果最好，发芽率（88.7%）、发芽势（83.2%）及芽长（7.1 mm）均显着高于其他处理（表1）。
2.2甜菜碱对盐胁迫下杜梨幼苗生长的影响
如表2，不同浓度GB浸种杜梨在盐胁迫下的幼苗，其地下鲜重、总根长、总根表面积3项指标均各自无显着差异。而株高、地上鲜重、根冠比3项指标均各自差异显着。其4个浓度GB浸种处理均能显着降低杜梨幼苗的根冠比，其中1.0 mmol/L处理的根冠比最小，为0.35，比CK降低72%。4个浓度GB处理对杜梨的株高、地上鲜重均有显着提高作用，随着浓度的提升，作用效果呈先升后降趋势，其中处理1.0 mmol/L处理的幼苗株高、地上鲜重均显着大于对照CK和另外3个处理，表明外源甜菜碱能有效缓解盐胁迫对杜梨幼苗生长的影响。
2.3甜菜碱对盐胁迫下杜梨叶片保护酶活性的影响
如表3，不同浓度GB浸种杜梨在盐胁迫下幼苗叶片的SOD、POD、CAT的活性均比CK显着提高。随GB浓度的升高，3种保护酶的活性呈先升后降趋势，其中1.0 mmol/L处理的3种保护酶活性最高（0.98、198.1、145.5 U/g·min），显着高于其他处理。
丙二醛（MDA）是衡量逆境下植物细胞膜损伤的重要指标。4个GB浓度处理的MDA含量（6.57、3.79、5.82、7.03 μmol/g）均显着低于CK。随GB浓度的升高，MDA含量呈先降后升趋势，其中1.0 mmol/L处理的的MDA含量最低，即细胞膜受到损伤的程度最小。
2.4甜菜碱对盐胁迫下杜梨幼苗叶绿素含量及叶功能的影响
如图1，不同浓度GB浸种杜梨在盐胁迫下的幼苗叶片的叶绿素含量和净光合速率（Pn）较CK显着提高，随着GB浓度的增加，作用效果呈先升后降趋势，其中处理G2-1.0 mmol/L的效果最显着，叶绿素含量和净光合速率Pn较对照分别增加255.8%、167.9%。说明在盐胁迫下施用外源GB能显着提高杜梨叶片叶绿素含量和净光合速率，其中处理G2-1.0 mmol/L的最为显着。
3小结与讨论
种子萌发是植物生命的开始，是植物生长最重要的一个过程，但也同样是最脆弱的阶段，非常容易受到外界环境的影响［9］，提高种子耐盐性对盐碱地农业和林果业生产具有重要意义。研究表明，甜菜碱浸种能够有效缓解盐胁迫对种子萌发的抑制，例如烟草、大麦、千屈菜等［10-12］。范春丽［13］研究发现，即使没有盐胁迫情况下，经过甜菜碱浸种，种子发芽率、发芽势及幼苗胚根和胚轴长度也显着增加。本试验采用不同浓度甜菜碱处理杜梨种子，其发芽率、发芽势及芽长均较对照有显着提高，其中1.0 mmol/L浓度效果最显着。
盐胁迫下植物失水，启动渗透调节，分泌甜菜碱、脯氨酸等渗透调节物质响应盐胁迫，提高幼苗耐盐性。本研究用不同浓度GB浸种杜梨，在盐胁迫下，够有效提高杜梨幼苗的株高、地上鲜重，对地下部无显着影响，根冠比显着降低，这与刘丽苹［14］在大麦上的研究结果一致。这可能是因为盐胁迫下外源甜菜碱增强渗透调节作用，保持细胞内水分及吸收外部水分，维持地上部的生长。
逆境胁迫可诱导SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性升高，保护细胞结构免受损伤。但是过重的盐胁迫使保护酶活性下降，自由基积累，细胞膜系统损伤，MDA含量升高［15，16］。范春丽等［13］研究发现外源甜菜碱能够有效提高盐胁迫下石榴幼苗SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性，降低MDA含量，有效保护细胞膜系统。本研究结果与之一致。
盐胁迫导致植物叶片叶绿素含量降低，光合能力减弱［17］。根施外源甜菜碱能够有效缓解盐胁迫对玉米叶片叶绿素的抑制作用［18］。本研究也与之研究结果一致，用不同浓度甜菜碱处理均可显着提高杜梨叶片叶绿素含量及净光合速率，以1.0 mmol/L浓度处理效果最显着。
综上，外源甜菜碱与盐胁迫下杜梨种子萌发、幼苗生长及生理特性紧密相关。外源甜菜碱处理促进盐胁迫下杜梨种子萌发；提高幼苗渗透调节能力维持自身代谢进行，促进地上部生长，提高了盐胁迫下杜梨幼苗叶片抗氧化酶酶活性，抑制叶绿素降解，降低了膜损伤，维持细胞结构及功能的稳定性，提高叶片光合功能。不同浓度外源甜菜碱效果不同，1.0 mmol/L甜菜碱效果最为显着。下一步需要对不同盐度处理下甜菜碱的效果进行深入研究。
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