外源激素IAA對NaCl脅迫下水稻種子萌發的影響

王敬東 白海波 馬斯霜 惠建 李樹華

摘要 鹽脅迫對農作物產量造成的損失在所有非生物脅迫中占首位。為了探索外源生長素對植物在逆境中的調節作用，研究了外源IAA對0.1 mol NaCl脅迫下水稻種子萌發的影響。采用培養皿濾紙培養法，研究0.1 mol NaCl脅迫下IAA對水稻萌發期鹽危害的抵消效應。方差分析（ANOVA）和LSD多重比較結果顯示，材料的基因型和IAA濃度均控制0.1 mol NaCl條件下外源IAA對水稻種子萌發的影響。外源IAA對0.1 mol NaCl脅迫下水稻種子的發芽率影響較小，能顯著提高發芽勢;50～100 mg/L IAA能顯著，甚至極顯著恢復部分材料胚根的伸長生長及胚根數;150 mg/L IAA能顯著提高部分材料根葉干重。

關鍵詞 水稻種子; NaCl脅迫;發芽率;胚根

中圖分類號 S 511 ?文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）14-0025-04

Abstract The loss of crop yield caused by salt stress takes the first place among all the abiotic stresses.In order to explore the regulatory effect of exogenous auxin on plant stress，we studied the effects of exogenous IAA on rice seeds germination under 0.1 mol NaCl stress.The culture method of Petri dish filter paper was adopted to study the offsetting effect of IAA on salt damage in rice germination under 0.1 mol NaCl stress.The multiple comparisons were carried out between ANOVA and LSD.Results showed that the genotypes of materials and IAA concentration had controled the exogenous IAA effects on the germination of rice seeds under 0.1 mol NaCl.Exogenous IAA had little influence on the germination rate of rice seeds under 0.1 mol NaCl and significantly improved the germination potential.50-100 mg/L IAA can significantly or extremely significantly restore the radicle elongation and radicle number of some materials.150 mg/L IAA could significantly improve the dry weight of root and leaf of some materials.

Key words Rice seeds;NaCl stress;Germination rate; Radicle

基金項目 寧夏回族自治區農業育種專項“水稻新品種選育”（2018NYYZ0302）。

作者簡介 王敬東（1969—），女，寧夏吳忠人，副研究員，從事小麥、水稻生物技術育種研究。*通信作者，研究員，從事小麥、水稻生物技術育種方面的研究。

收稿日期 2020-11-02

鹽脅迫是限制糧食生產最嚴重的非生物因素之一。鹽脅迫對植物造成的傷害主要表現為降低土壤溶液的滲透勢、破壞生物膜并使生理代謝紊亂[1]。近年來，植物鹽脅迫響應和抗鹽生理機制的研究有了進一步進展，逐步滲透到蛋白質組學，如鹽脅迫對水稻根、葉片以及花序中的蛋白質組的影響[2-5]，抑制水稻組織器官正常發育，進而影響生物的生長發育，因此鹽脅迫對農作物產量造成的損失在所有非生物脅迫中占首位[6]。

外源物質調控植物代謝可以減緩植物的鹽害，近年來，利用外源物質提高植物耐鹽性的研究也越來越多，植物生長激素IAA[7]、赤霉素 GA3[8]、CaCl2[9-10] 等能夠緩解鹽脅迫對植物的傷害。有關利用外源激素提高植物抗逆性的研究報道較多[9，11-13]，但鮮見關于外源生長素（IAA）對鹽脅迫的植物調節控制作用的研究報道。生長素在胚根原細胞轉化過程中起著非常重要的作用[14]。胚根的生長狀況又是衡量鹽脅迫對種子萌發的影響指標之一[15]，所以關于生長素在種子萌發時的作用應該引起足夠的重視[16]。因此，研究植物生長物質（激素）對植物生長發育的調節具有重要的理論和實踐意義[17]。

為了探索外源生長素對植物逆境中的調節作用，筆者研究了外源IAA對0.1 mol NaCl脅迫下水稻種子萌發期發芽勢、發芽率、胚根以及葉根干重的影響，明確外源 IAA對鹽脅迫下水稻種子萌發及組織器官的影響及緩解作用，以期為外源生長素對植物抗逆性研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

從前期0.1 mol NaCl脅迫試驗中篩選出6份材料。其中，4份耐鹽材料，為寧粳56號、寧粳58號、寧粳54號、富源4號;2份鹽敏感材料，為寧粳43號和D15號。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子消毒。

挑選飽滿無殘缺的種子，先用蒸餾水清洗3遍，去掉種子上的灰塵，再用70%酒精浸泡3 min，然后用蒸餾水清洗3遍去掉種子上殘留的酒精，最后用30%的NaClO 溶液浸泡30 min后用蒸餾水清洗3遍去掉種子上殘留的NaClO 溶液。

1.2.2 試驗處理。

6個品種各設5個處理：①CK：dH2O，②NT：0.1 mol NaCl，③NT1：0.1 mol NaCl+50 ml/L IAA，④NT2：0.1 mol NaCl+100 ml/L IAA，⑤NT3：0.1 mol NaCl+150 ml/L IAA，每個處理3次重復，每個重復100粒種子。將消毒的種子控干水分后，平鋪到Φ90 mm發芽皿中的濾紙上，每皿100粒種子。然后，每個發芽皿中加入10 mL相對應的處理試劑，出芽后每2 d換1次試劑。25 ℃暗培養，第5天調查發芽勢，第10天調查發芽率。第8天16 h/d光照培養，種子萌發第14天隨機取10株幼苗調查根長、根數，種子萌發第21天植株開始衰敗，將鮮活植株用流水清洗干凈，分別取根、葉烘干稱重。

1.2.3 測定標準。發芽標準：種子芽長等于1/2種子長度，根長等于種子長度。根長（cm）：測量最長根的長度。

計算公式：發芽勢=第5天發芽種子粒數/試驗種子數×100%，發芽率=第10天發芽種子粒數/試驗種子數×100%。單株根重量（g）=植株根總重量（g）/植株數（株），單株葉重量（g）=植株葉總重量（g）/植株數（株）。

1.4 數據處理 采用SPSS 20對數據進行統計分析，統計值用平均數±標準差（MEAN±SD）來描述，單因素ANOVA分析，一般線性模型（LSD）單變量分析組內及組間的差異性。采用Microsoft Excel 2007處理數據并制圖，誤差線選正負誤差值。

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫下IAA對不同水稻品種發芽勢的影響 單因素方差分析及多重比較結果顯示，6份材料中2份材料，即寧粳43號、寧粳54號5個處理間差異極顯著，D15號5個處理間差異顯著。從圖1可以看出，在NaCl脅迫下，水稻種子發芽勢均低于對照，特別是寧粳43號、寧粳54號和D15號發芽勢極低于對照。當加入不同濃度的IAA進行外源激素的調節后，3份材料發芽勢基本隨IAA濃度的增加不同程度提高。LSD多重比較顯示，D15號、寧粳54號和寧粳43號在鹽脅迫下，添加IAA后發芽勢隨IAA濃度提高而顯著，甚至極顯著提高。寧粳54號在IAA 150 mg/L時發芽勢極顯著提高且與對照相當。只有寧粳56號受外源激素調節后發芽勢未提高，稍低于NaCl脅迫下發芽勢。由此可知，外源激素可以提高NaCl脅迫下水稻種子的發芽勢，但根據材料的不同對IAA的反應有所不同，在該試驗的6份材料中有3份發芽勢的提高與IAA濃度呈正相關。

2.2 NaCl脅迫下IAA對不同水稻品種發芽率的影響 單因素方差分析及多重比較顯示，只有寧粳56和寧粳54處理間差異顯著，經NaCl脅迫下發芽率顯著低于對照。從圖2可以看出，添加IAA后并未使水稻種子發芽率明顯提高，寧粳43號、寧粳54號發芽率略有提高，且與IAA濃度呈正相關。而寧粳56號添加激素后水稻種子的發芽率反而略低于NaCl脅迫下水稻種子發芽率。NaCl脅迫以及外源IAA的刺激對大部分水稻種子的發芽率影響極小。

2.3 NaCl脅迫下IAA對不同水稻品種胚根數的影響

鹽溶液的滲透勢阻礙胚細胞的吸水能力，從而影響了胚根的發育。單因素方差分析及多重比較顯示，在NaCl脅迫下，除寧粳54號外，其余5份材料的胚根數處理間差異均極顯著。由圖3可知，鹽脅迫對水稻根的分化具有嚴重的危害。經NaCl處理的材料根數都極低于對照，經不同濃度IAA調節后胚根數有不同程度提高，但均未高于對照。不同材料對不同濃度IAA的反應有差異。寧粳43號、寧粳56號和寧粳58號添加IAA100 mg/L后胚根數增加最多，而寧粳54號、富源4號和D15號添加IAA 50 mg/L后胚根數增加最多。將IAA濃度提高到150 mg/L時，5份材料的胚根數均低于其他2個濃度的胚根數。結果表明，150 mg/L IAA抑制胚根的分化，50～100 mg/L IAA可有效緩解鹽對胚根數分化的抑制作用。

2.4 NaCl脅迫下IAA對不同水稻品種胚根長的影響 單因素方差分析及多重比較顯示，寧粳43號、寧粳56號、寧粳58號和D15號處理間差異極顯著，富源4號處理間差異顯著。在NaCl脅迫以及IAA的調節下，D15號和寧粳43號胚根長顯著甚至極顯著低于對照。從圖4可以看出，寧粳56號、寧粳58號和富源4號經IAA調節后的胚根長不同程度高于對照，極顯著高于NaCl脅迫后的胚根長。其中，IAA 50 mg/L時寧粳56號、寧粳58號、寧粳54號胚根最長。富源4號在IAA 100 mg/L時胚根最長。結果表明，在NaCl脅迫下，添加50～100 mg/L IAA能不同程度提高胚根長度。

2.5 NaCl脅迫下IAA對不同水稻品種根干重的影響

單因素方差分析及多重比較顯示，寧粳43號、寧粳56號、寧粳58號和D15號處理間差異極顯著。尤其寧粳43號和D15號經 NaCl脅迫后及脅迫時外源激素IAA調節后單株根干重極顯著低于對照。從圖5可以看出，雖然鹽脅迫嚴重抑制胚根的生長速度，但低濃度（50 mg/ L）IAA可提高寧粳43號單株根干重，而對D15號影響不大。IAA濃度為100 mg/L時D15號單株根干重略高于其他2個濃度的單株根干重。鹽脅迫時通過外源IAA調節，寧粳58號、寧粳54號、富源4號顯著，甚至極顯著提高了單株根干重，且高于對照，寧粳56號也有所提高。當IAA濃度為150 mg/L時4份抗鹽材料的單株根干重最高，而2份敏感材料中寧粳43號在低濃度IAA處理的單株根干重最高，D15號在中濃度IAA處理的單株根干重略高。試驗結果表明，在NaCl脅迫下，添加150 mg/L IAA能提高抗鹽材料單株根干重，中低濃度的IAA對鹽敏感材料有一定緩解作用。

2.6 NaCl脅迫下IAA對不同水稻品種葉干重的影響 單因素方差分析及多重比較顯示，寧粳43號、寧粳56號、寧粳54號和D15號處理間差異極顯著，寧粳58號和富源4號處理間差異顯著。從圖6可以看出，鹽脅迫時添加不同濃度的IAA后，2份鹽敏感材料寧粳43號和D15號單株葉干重極顯著提高。當IAA濃度為150 mg/L時，4份抗鹽材料的單株葉干重高于對照并達到最高值。2份鹽敏感材料寧粳43號和D15號在IAA 100 mg/L時單株葉干重高于NaCl脅迫處理，但未超過對照。結果表明，在NaCl脅迫下，添加150 mg/L IAA能提高抗鹽材料葉干重，100 mg/L IAA對鹽敏感材料有一定緩解作用。

3 討論

激素的調節作用因植物種類及植物的生長環境不同而有變化。正常環境下 IAA 能促進煙草根系的發育，提高根系活力，增強根系的代謝能力[18]，但1 μmol/L（18.7 mg/L）IAA抑制水稻幼苗主根的生長[19-20]。20 mg/L IAA對紫羅勒種子的幼根伸長及幼苗鮮重增加有明顯影響[21]。該試驗中，鹽脅迫嚴重影響水稻胚根的生長發育，但50～100 mg/L IAA調節顯著緩解了鹽脅迫下胚根的伸長生長，試驗的6份材料都不同程度提高了胚根的長度，增加胚根數，且耐鹽品種的胚根長超過了對照。 同樣一定濃度的IAA處理可促進鹽脅迫下大豆幼苗的生長，使其干物質產量增加[7]。該試驗中150 mg/L IAA提高了4份耐鹽材料葉干重和根干重超過了對照。100 mg/L IAA使2份鹽敏感材料根葉干重也有所提高。

激素對鹽脅迫的調控還存在濃度效應。前人研究表明，80 mg/L GA3對緩解鹽脅迫下水稻種子萌發的效果最佳，且與正常對照沒有顯著差異，而100 mg/L GA3緩解效果最差，說明植物生長調節劑對植物作用的特征為低濃度促進、高濃度抑制[22]。該研究中激素對鹽脅迫的調控濃度效應主要體現在不同品種和不同指標對IAA濃度的響應。在NaCl脅迫下，150 mg/L IAA抑制水稻胚根的分化，而50～100 mg/L IAA可有效緩解鹽抑制胚根數的分化，能不同程度提高胚根長度;添加150 mg/L IAA能提高抗鹽品種單株根、葉干重，100 mg/L IAA對鹽敏感品種略有緩解作用。外源IAA不能有效改善鹽脅迫對鹽敏感材料胚根和根葉干重的危害，但能顯著改善耐鹽材料胚根和根葉干重的鹽危害，恢復鹽脅迫下胚根的伸長生長及側根的發育和根葉干重。

目前很多學者針對激素與鹽脅迫的調控機理做了大量的研究，但就某一種激素主要調控某個特定生理過程的研究報道較少，所以可以側重研究不同激素主要參與的生理過程之間的對應關系，為今后通過激素手段增強植物特定抗性提供依據[23]。該試驗在0.1 mol/L NaCl脅迫下外源IAA對鹽危害的緩解作用根葉處理的發芽勢和發芽率較對照大，抗鹽品種的緩解作用要比鹽敏感品種大。這是由不同植物生長調節劑固有的特性和作用所致，而植物的抗逆性是多種指標綜合反應的結果，因此下一步將探究外源鈣和IAA結合對鹽脅迫的控制作用。

4 結論

（1）0.1 mol/L NaCl2對水稻種子的發芽勢和發芽率影響不顯著，但顯著抑制胚根的生長，降低根葉干重。

（2）外源激素對鹽脅迫的調控濃度效應主要體現在不同品種不同指標對IAA濃度的響應。

（3）外源IAA只對0.1 mol/L ?NaCl2 脅迫下的胚根生長和根葉干重的鹽危害有緩解作用。

參考文獻

[1] 潘瑞熾.植物生理學[M].北京：高等教育出版社，2003：292-293.

[2] CHITTETI B R，PENG Z H.Proteome and phosphoproteome differential expression under salinity stress in rice （ Oryza sativa） ?roots[J].J Proteome Res，2007，6（5）：1718-1727.

[3] DOOKI A D，MAYERPOSNER F J，ASKARI H，et al.Proteomic responses of rice young panicles to salinity[J].Proteomics，2006，6（24）：6498-6507.

[4] PARKER R，FLOWERS T J，MOORE A L，et al.An accurate and reproducible method for proteome profiling of the effects of salt stress in the rice leaf lamina[J].J Exp Bot，2006，57（5）：1109-1118.

[5] WALIA H，WILSON C，ZENG L H，et al.Genomewide transcriptional analysis of salinity stressed japonica and indica rice genotypes during panicle initiation stage[J].Plant Mol Biol，2007，63（5）：609-623.

[6] 龔記熠，彭毅秋，張冬林，等.干旱脅迫對引種辣椒生長特性的影響[J].廣東農業科學，2014，41（2）：54-56，69.

[7] 魏愛麗，陳云昭.IAA對鹽脅迫下大豆幼苗膜傷害及抗鹽力的影響[J].西北植物學報，2000，20（3）：410-414.

[8] SAEIDISAR S，ABBASPOUR H，AFSHARI H，et al.Effects of ascorbic acid and gibberellin A3 on alleviation of salt stress in common bean （ Phaseolus vulgaris ?L.）seedlings[J].Acta Physiol Plant，2013，35（3）：667-677.

[9] 趙旭，王林權，周春菊，等.鈣離子對兩種基因型冬小麥萌發過程中鹽脅迫效應的影響[J].土壤通報，2006，37（4）：748-751.

[10] 楊艷波，劉若岑，崔欣，等. CaCl2 對鹽脅迫下大豆幼苗滲透調節物質含量的影響[J].安徽農業科學，2016，44（25）：33-34，86.

[11] 陳志杰，張鋒，王琦.常見植物激素的科學使用[J].西北園藝，2007（1）：4-6.

[12] 蔡蕾，丁同樓，王寶山.外源 GA3、ABA 和 Ca（NO3）2緩解鹽對小麥種子萌發的抑制作用[J].西北植物學報，2004，24（4）：583-587.

[13] 王賀正，徐國偉，陳明燦，等.外源物質對小麥芽期抗旱性的影響[J].作物雜志，2012（4）：86-89.

[14] WOLTERS H，JRGENS G.Survival of the flexible：Hormonal growth control and adaptation in plant development[J].Nat Rev Genet，2009，10（5）：305-317.

[15] 趙艷艷，胡曉輝，鄒志榮，等.不同濃度5-氨基乙酰丙酸（ALA）浸種對NaCl 脅迫下番茄種子發芽率及芽苗生長的影響[J].生態學報，2013，33（1）：62-70.

[16] 李振華，王建華.種子活力與萌發的生理與分子機制研究進展[J].中國農業科學，2015，48（4）：646-660.

[17] 許智宏，李家洋.中國植物激素研究：過去、現在和未來[J].植物學通報，2006，23（5）：433-442.

[18] 洪麗芳，蘇帆，付利波，等.生長素在烤煙鉀素庫源關系改變時對根系呼吸作用生理指標的影響[J].中國農業科學，2003，36（12）：1604-1608.

[19] 劉倩倩，林紅珍，王盈盈，等.光對激素調控水稻幼苗主根生長的影響[J].山東農業科學，2013，45（10）：43-47.

[20] YANG X，YANG Y N，XUE L J，et al.Rice ABI5Like1 regulates abscisic acid and auxin responses by affecting the expression of ABREcontaining genes[J].Plant Physiol，2011，156（3）：1397-1409.

[21] 張福平，魏玲玲. IAA等對紫羅勒種子發芽及幼苗生長的影響[J].種子，2007，26（10）：94-97.

[22] 葉利民，徐芬芬，周琴.外源GA3對鹽脅迫下水稻種子萌發的影響[J].湖北農業科學，2010，49（9）：2065-2067.

[23] 張麗，羅孝明，蒙輝，等.鹽脅迫下植物激素水的研究進展[J].蔬菜，2017（3）：29-32.