霍文雨，吴凌云，姚东伟，李 明，朱月林

(1南京农业大学 园艺学院，江苏 南京210095；2上海市农业科学院 设施园艺研究所 上海市设施园艺技术重点实验室，上海201403)

番茄(LycopersiconesculentumM.)是世界上重要的蔬菜作物之一，也是植物遗传学及茄科作物研究常用的模式植物。种子快速、整齐发芽和田间出苗对番茄产量与品质具有重要意义。种子活力表征种子发芽和种胚是否具有生命力的潜在能力，决定着种子快速、整齐出苗并形成正常幼苗的能力，是检测种子质量的一个重要指标，其性状往往表现在种子发芽、幼苗生长、种子寿命、耐逆性等方面[1]。有关种子引发在延长种子寿命[2]、促进胁迫下种子发芽[3]等方面的作用均有报道。以往研究发现，PEG引发能延长番茄种子寿命[4]，水引发能提高种子萌发期间的耐旱性[5]；且不同的引发物质在番茄上表现不同，如PEG和 KNO3+K2HPO4以及NO能提高耐冷性[6]，NaCl引发能提高耐盐性[7]，KNO3引发能提高发芽率[8]等。蛭石引发也是常用的引发方式，其能提高茎用莴苣[9]、小白菜的耐高温特性[10]，提高甜玉米的出苗率[11]及耐低温特性[12]。番茄生产中，由于不同个体间种子活力存在差异，因此往往难以实现种子整齐发芽和出苗速度的一致性；此外，番茄属于中度耐盐作物，种子萌芽期和幼苗期对盐胁迫比较敏感，因此能否在盐胁迫条件下健康成苗是其正常生长发育的关键；同时，随着温室大棚等设施栽培方式的普及，由于其环境条件密闭，长期无降雨淋溶，施用的大量矿质肥料不能随雨水淋溶到土壤深层，造成耕作层土壤盐分聚集，且温室灌水施肥频繁，耕层土壤湿度较大，土壤团粒结构受到破坏，土壤渗透能力降低，盐分无法渗透到土壤深层，因此水分蒸发后盐分积聚于土壤表层，造成土壤盐害。而土壤盐害给番茄种子的萌发带来了巨大威胁[13]，培育高活力耐盐番茄品种是解决上述问题的最有效方法，但培育难度大，且费时费力，因此有必要研发一种低成本、高效率的种子处理技术，以提高番茄种子在盐胁迫下的活力。本试验以番茄杂交种子为材料，研究了蛭石引发处理对番茄种子发芽、氧化及生理特性的影响，分析其对番茄种子萌发与种子在吸胀期及幼苗期耐盐性的影响，旨在为探究番茄的耐盐生理机制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2个供试杂交一代番茄品种‘大红合作909’和‘粉红合作906’，均由上海长种番茄种业有限公司提供。引发蛭石由新疆尉犁新隆有限责任公司提供。

1.2 种子引发

根据预试验结果，将种子经质量分数0.1% HgCl2表面消毒5 min后，按照种子和蛭石1∶1.5的质量比混合，再加入两者质量70%的蒸馏水，搅拌均匀置于烧杯中，15 ℃黑暗条件下引发5 d，每天进行搅拌。引发结束后，用蒸馏水将种子冲洗干净，用滤纸吸干种子表面水分，28 ℃回干2 d，直至种子含水量与引发前一致,再进行发芽试验。

1.3 种子发芽试验

试验于2017年2-4月在上海市农业科学院设施园艺技术重点实验室微气候室进行。培养箱内温度25 ℃，光照12 h，光强4 000 lx，相对湿度70%。将引发和未引发的番茄种子放入装有0(CK)，100 mmol/L NaCl及2层滤纸的消毒发芽盒(13 cm×19 cm×16 cm)内，发芽期内每天计数，以露白为发芽标准，计算3 d发芽率、10 d发芽率(GR)；据此计算发芽指数(GI)、发芽势(GP)、平均发芽时间(MGT)。试验重复3次。盐溶液及蒸馏水每天更换1次，保证盐浓度恒定，防止盐积累。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 相对电导率的测定 选取健康饱满无破损的引发和未引发种子各0.4 g，置于铺有2层滤纸的发芽盒内培养，分别加入蒸馏水或100 mmol/L NaCl溶液，在(25±1) ℃人工光照培养箱中吸胀24 h。然后用双重蒸馏水快速冲洗2遍，用滤纸吸干浮水，将种子放入装有15 mL双重蒸馏水的带塞试管中，恒温条件下振荡30 min，测定此时的电导率(EC0)；再置于45 ℃水浴锅中处理30 min，测定EC1；最后置于100 ℃水浴锅中处理30 min，测定EC2，相对电导率=(EC1-EC2)/(EC2-EC0)×100%。试验重复3次。

1.4.2 生理指标的测定 发芽3 d后，分别取同等质量种子测定以下生理指标，各样品间混合取样，试验重复3次。超氧化物歧化酶(SOD)活性参照Giannopolitis等[14]的氮蓝四唑(NBT)方法测定；抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性参照Nakano等[15]的方法测定；愈创木酚过氧化物酶(G-POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性均参照Cakmak等[16]的方法测定；MDA含量根据Heath等[17]的硫代巴比妥酸法测定；α-淀粉酶活性测定采用王学奎[18]的3,5-二硝基水杨酸还原法测定。可溶性糖含量用蒽酮比色法[18]测定，可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250法[19]测定。

1.4.3 数据分析 试验数据用Microsoft Excel绘图，采用SPSS 19.0统计软件对试验数据进行方差分析和Tukey多重比较。

2 结果与分析

2.1 蛭石引发对NaCl胁迫下番茄种子活力的影响

由表1可知，与对照相比，2个番茄品种‘大红合作909’和‘粉红合作906’未引发种子在盐胁迫下发芽率(GR)分别降低66.67%，64.59%；发芽指数(GI)分别降低86.82%，84.42%；发芽势(GP)均降低100%；平均发芽时间(MGT)分别延长4.28，4.19 d。由图1可知，盐胁迫下‘大红合作909’和‘粉红合作906’种子在第5天开始发芽，其发芽率在第10天分别达到峰值29.33%，34.00%；未胁迫的种子在第2天开始发芽，其发芽率在第5天分别达到峰值87.33%，97.33%。对比发现，盐胁迫显著延迟了种子开始发芽的时间，且显著降低了种子的发芽速度和活力。

表1 蛭石引发对NaCl胁迫下番茄种子活力的影响Table 1 Effects of solid matrix priming on germination energy of tomato seeds under salt stress

注：1.表中数据为“平均值±标准差”，同列数据后标不同小写字母表示差异达P<5%显著水平。2.CK+0，P+0分别表示未引发和引发种子加水处理；CK+100，P+100分别表示未引发和引发种子加100 mmol/L NaCl处理。

Note：The data are “mean±SD”,different lowercase letters represent significant difference atP<5% level.2.CK+0 and P+0 represent non-priming and priming seeds under normal condition;while CK+100 and P+100 represent non-priming and priming seeds under 100 mmol/L NaCl stress.

CK+0，P+0分别表示未引发和引发种子加水处理；CK+100，P+100分别表示未引发和引发种子加100 mmol/L NaCl处理;下图同CK+0 and P+0 represent non-priming and priming seeds under normal condition;while CK+100 and P+100 present non-priming and priming seeds under salt stress.The same below图1 蛭石引发对NaCl胁迫下2种番茄种子发芽动态的影响Fig.1 Effects of solid matrix priming on two tomato seeds germination rate under salt stress

由表1可见，与盐胁迫下未引发种子相比，蛭石引发处理显著提高了2种番茄种子的GR、GI、GP，‘大红合作909’和‘粉红合作906’分别提高59.15%，52.78%，76.28%和75.81%，100%，100%；而MGT分别缩短1.78和1.88 d。由图1可知，引发能缩短种子开始发芽时间，盐胁迫下种子在第5天开始发芽，而引发条件下种子在第1天即发芽，显著提前了种子开始发芽的时间。但引发对种子达到发芽峰值的时间没有影响。

2.2 蛭石引发对NaCl胁迫下番茄种子吸胀期间抗氧化酶活性的影响

由图2可知，与对照相比，2个番茄品种‘大红合作909’和‘粉红合作906’未引发种子在盐胁迫下抗氧化酶活性变化趋势一致，均表现为显著降低；其中，CAT活性分别降低43.55%，64.24%；APX活性分别降低30.98%，19.39%；POD活性分别降低37.44%，23.78%;SOD活性分别降低8.08%，18.69%。说明盐胁迫对番茄种子吸胀期间的抗氧化酶活性有一定的抑制作用。

图2显示，在没有盐胁迫的情况下，蛭石引发显著提高了番茄种子的抗氧化酶活性。其中，‘大红合作909’和‘粉红合作906’CAT活性分别升高19.10%，11.15%；APX活性分别升高15.14%，27.64%；POD活性分别升高20.91%，23.53%；SOD活性分别升高6.24%，2.97%，均达到显著水平。在盐胁迫下，2种番茄种子吸胀期间抗氧化酶活性显著降低，但经蛭石引发后抗氧化酶活性显著提高。其中‘大红合作909’和‘粉红合作906’CAT活性分别升高29.36%，16.42%；APX活性分别升高18.00%，12.50%；POD活性分别升高32.70%，16.15%；SOD活性分别升高8.63%，10.76%。表明在盐胁迫下2种番茄种子经蛭石引发后清除自由基速率加快，保护了种子吸胀期间的细胞膜结构，提高了其耐盐性。

大红合作909；粉红合作906；图柱上不同小写字母表示同一品种不同处理间达P<5%差异显著水平；下图同Red cooperation 909;Pink cooperation 906；Different lowercase letters represent significant different at P<5% level.The same below图2 蛭石引发对盐胁迫下2种番茄种子吸胀期间抗氧化酶活性的影响Fig.2 Effects of solid matrix priming on the activities of CAT,APX,POD and SOD in two tomato seeds under salt stress

2.3 蛭石引发对NaCl胁迫下番茄种子吸胀期间EC和MDA含量的影响

由图3可知，与对照相比，2个番茄品种‘大红合作909’和‘粉红合作906’未引发种子在盐胁迫下的EC、MDA含量变化趋势一致，均显著升高；其中二者EC升幅分别为31.66%，30.81%；MDA含量升幅分别为38.29%，39.55%。说明盐胁迫条件下番茄种子吸胀期间脂质过氧化程度加深。在没有盐胁迫的情况下，蛭石引发显著降低了种子的EC、MDA含量，‘大红合作909’和‘粉红合作906’EC分别降低20.64%，22.29%；MDA含量分别降低32.99%，42.41%，均达到显著水平。盐胁迫下种子吸胀期间EC、MDA含量显著增加，但经蛭石引发处理后显著降低，‘大红合作909’和‘粉红合作906’EC降幅分别为21.66%，13.36%；MDA含量降幅分别为12.34%，25.09%。以上分析表明，蛭石引发处理番茄种子吸胀期间的细胞膜脂质过氧化程度降低，耐盐性能提高。

图3 蛭石引发对盐胁迫下2种番茄种子吸胀期间MDA含量及EC的影响Fig.3 Effects of solid matrix priming on contents of MDA and EC in two tomato seeds under salt stress

2.4 蛭石引发对NaCl胁迫下番茄种子吸胀期间可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响

由图4可知，在100 mmol/L盐胁迫下，与对照相比，‘大红合作909’未引发种子可溶性糖含量降低36.10%，‘粉红合作906’未引发种子可溶性糖含量升高29.37%。而在无盐胁迫的情况下，蛭石引发使‘大红合作909’可溶性糖含量提高22.50%，‘粉红合作906’可溶性糖含量降低9.97%。可见盐胁迫下2个品种种子吸胀期间可溶性糖含量变化不一致。且蛭石引发后的种子在盐胁迫下，可溶性糖含量的变化也不一致，其中‘大红合作909’可溶性糖含量提高了16.38%，‘粉红合作906’则降低了31.90%。

在盐胁迫下，与对照相比，‘大红合作909’和‘粉红合作906’未引发种子溶性蛋白含量均下降，分别降低10.70%，12.96%，说明盐胁迫对吸胀期间种子有一定的损伤。但无盐胁迫情况下，蛭石引发处理可以提高可溶性蛋白含量，‘大红合作909’和‘粉红合作906’分别提高9.22%，5.14%。比对发现，盐胁迫下种子吸胀期间可溶性蛋白含量降低，但蛭石引发后‘大红合作909’和‘粉红合作906’分别提高了2.63%，5.91%，表明蛭石引发处理能有效调节番茄种子细胞的渗透势，维持细胞水分平衡，从而提高其耐盐性。

图4 蛭石引发对盐胁迫下2种番茄种子吸胀期间可溶性糖和可溶性蛋白质含量的影响Fig.4 Effects of solid matrix priming on contents of soluble sugar and protein in two tomato seeds under salt stress

2.5 蛭石引发对NaCl胁迫下番茄种子吸胀期间α-淀粉酶活性的影响

由图5可知，与对照相比，‘大红合作909’和‘粉红合作906’未引发种子在盐胁迫下α-淀粉酶活性分别降低27.13%，37.0%，说明其对100 mmol/L NaCl比较敏感；无盐胁迫情况下，‘大红合作909’和‘粉红合作906’种子α-淀粉酶活性经蛭石引发后分别提高了18.87%，9.18%。蛭石引发后盐胁迫下‘大红合作909’和‘粉红合作906’种子α-淀粉酶活性分别提高了16.63%，16.09%。

α-淀粉酶活性与可溶性糖含量有一定的相关性，而在本研究中，蛭石引发后种子α-淀粉酶活性和可溶性糖含量均升高。这些糖在种子吸胀期间可供支配利用，以支持碳代谢和生理活动。蛭石引发能够增强α-淀粉酶活性，从而促使积累较多的可溶性糖，刺激种子萌发，提高出苗率，这与SNP和其他引发作用提高α-淀粉酶活性及可溶性糖含量的结论[20-22]相似。

图5 蛭石引发对盐胁迫下2种番茄种子吸胀期间α-淀粉酶活性的影响Fig.5 Effects of solid matrix priming on activity of α-amylase in two tomato seeds under salt stress

3 讨 论

3.1 NaCl胁迫和蛭石引发对番茄杂交种子活力的影响

盐对种子发芽、幼苗生长的影响已在多种作物上有所报道。研究表明，低浓度盐对种子萌发和幼苗生长有促进作用，高浓度则有抑制作用[23]。本试验结果显示，100 mmol/L NaCl能显著降低番茄种子的GR、GI、GP，延长MGT，严重影响种子活力，这与Zhang[24]的研究结果一致。

完整的膜结构是种子维持活力的基础。研究表明，在种子萌发快速吸水过程中，生物膜会受到损伤。引发能有效控制种子吸水速度，使其有足够的时间完成生物膜系统、细胞器、DNA修复和酶的活化、生理生化代谢，部分恢复种子干燥前所具有的完善结构与功能，因此具有提高种子活力、增强抗逆性的作用。因此在100 mmol/L NaCl作用下，引发在一定程度上减轻了番茄种子萌发期间受到的伤害，为苗期正常生长提供了必要的物质基础。有研究结果也表明，引发能够提高多种作物的抗逆性，如提高春玉米[25]、番茄[6]、茄子[26]的耐冷性，茎用莴苣的耐热性[9]及大米耐旱性[27]等。本研究结果证明，蛭石引发能有效提高番茄杂交种子在吸胀期间的耐盐性，为植株后期生长发育奠定基础。

3.2 NaCl胁迫和蛭石引发对番茄杂交种子抗氧化物质的影响

种子吸胀是种子萌发的起始阶段，在此过程中种子内部会产生大量活性氧(ROS)。ROS与种子活力密切相关，它会引起细胞膜的脂质过氧化作用，导致MDA积累、细胞内容物质外渗，从而对细胞造成损伤。本研究表明，在盐胁迫下，未引发番茄种子脂质过氧化程度增加，导致吸胀1 d后其EC、MDA含量显著升高；而用蛭石引发后两者显著降低，种子耐盐性能显著提高。Zhang[24]认为，PEG引发能降低过氧化物和MDA的积累，提高番茄种子的耐盐性；刘彦文等[9]认为，PEG引发能降低高温下茎用莴苣幼苗的MDA含量，表现出较好的耐高温特性；Azooz[28]则发现，水杨酸引发能降低2个耐盐性不同的大豆品种的MDA含量和电导率，提高其耐盐性，这与本研究结果相似。

植物的保护酶系统(CAT、SOD、POD、APX)在缓解胁迫方面发挥着重要作用，它可以清除体内的活性氧，以免对植物造成伤害。本研究结果表明，经100 mmol/L NaCl盐溶液胁迫后,2种番茄种子CAT、 SOD、POD、APX活性变化相似，均显著降低，说明在NaCl处理下，种子是通过抗氧化酶体系的协同作用清除活性氧的。陈磊等[29]研究表明，抗氧化酶活性在一定范围内随着盐浓度的增大而增加，说明低浓度对其有一定的刺激作用，高浓度则降低活性。Azooz[28]发现，140 mmol/L NaCl可使耐盐大豆品种的抗氧化酶活性增强，而使盐敏感型大豆品种的过氧化酶活性降低，Costa等[30]也得到相似的结果，据此判断，‘大红合作909’和‘粉红合作906’在盐胁迫下的抗氧化酶体系为盐敏感型。盐胁迫降低了种子萌发期间的抗氧化酶活性，而蛭石引发后种子抗氧化酶活性显著升高，对盐胁迫的适应性增强，这与Azooz[28]和Costa等[30]的研究结果相似。

3.3 NaCl胁迫和蛭石引发对番茄杂交种子α-淀粉酶活性及可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响

本试验中，盐处理降低了2个番茄杂交品种种子的α-淀粉酶活性。郭建华等[31]利用不同浓度盐溶液培养大麦种子，结果显示，体积分数1%以上的盐溶液对α-淀粉酶活性具有明显的抑制作用。这与本试验结果一致，但蛭石引发处理在一定程度上又使α-淀粉酶活性增强，与NO能够提高低温胁迫下番茄种子的α-淀粉酶活性[32]结果相似。

可溶性糖是一种重要的渗透调节剂，在逆境胁迫条件下，它对细胞膜和原生质体有一定的保护作用，还可以在细胞内的无机离子浓度偏高时起保护酶类的作用[33]。本研究中，‘大红合作909’种子在盐胁迫下可溶性糖含量降低，表明对100 mmol/L NaCl比较敏感，受到一定程度的损伤。这与茄子幼苗可溶性糖含量在高盐胁迫Ca(NO3)2(30和45 mmol/L)下显著低于对照的研究结果相似[29]。与此不同的是，‘粉红合作906’种子在100 mmol/L NaCl胁迫下可溶性糖含量升高;Azooz[34]认为，耐盐大豆品种在一定高盐浓度下可溶性糖含量增加，不耐盐品种则降低。但在蛭石引发下，‘大红合作909’可溶性糖含量升高，而‘粉红合作906’含量降低，后者可能是因为在蛭石引发条件下，可溶性糖转化蔗糖或者其他多糖，形成新的细胞物质，从而促进植物的形态建成，进而导致种子内的可溶性糖含量降低，Khodary[35]、阮松林等[36]研究也有此观点。2个番茄杂交品种种子内可溶性糖含量在盐胁迫及蛭石引发下表现不同，可能是因为可溶性糖在种子中用途不同，从而导致其变化不一致。

蛋白质作为一种渗透物质，对于胁迫下植物的抗逆性有一定的作用，本试验中盐导致2种番茄种子可溶性蛋白含量降低，蛭石引发后又显著增加，这与Azooz[28]、刘文瑜等[37]的结果相似。此外，蛭石引发下番茄种子吸胀期间可溶性蛋白质含量增加，可增强其渗透调节能力，缓解因盐离子大量进入细胞和植株失水带来的直接及间接次生伤害。本试验结果证明，蛭石引发处理在一定程度上提高了番茄种子吸胀期间渗透物质的积累能力，维持细胞继续生长，这可能也是引发处理使种子萌发期间耐盐性增强的原因之一。

相比而言，蛭石引发成本较低，对种子无毒害作用，操作方便、无污染、易执行。在100 mmol/L NaCl胁迫下，蛭石引发后的番茄种子在发芽特性、抗氧化酶活性、渗透调节物质、淀粉酶活性等方面均表现出明显优势，具有较强的耐盐能力。引发处理可能对种子萌发后的基因表达有一定影响，从而提高植物抗盐胁迫能力，但这种效应可能与一系列酶的协调作用有关，关于种子引发与抗盐能力间的关系还有待深入研究。