人工海水脅迫對(duì)不同品種小白菜萌發(fā)和根系生長(zhǎng)的影響

徐芬芬，葉利民，夏曉蕾，韋伯頌

(上饒師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院 江西,上饒334001)

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人工海水脅迫對(duì)不同品種小白菜萌發(fā)和根系生長(zhǎng)的影響

徐芬芬，葉利民，夏曉蕾，韋伯頌

(上饒師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院 江西,上饒334001)

采用水培的方法，研究了江西省現(xiàn)主栽的六個(gè)小白菜品種：“申六青梗菜”“日本e綠寶”“翠冠一號(hào)”“上海矮抗青”“改良605”和“抗熱605”在40%人工海水脅迫下種子萌發(fā)和幼苗根系生長(zhǎng)的差異。研究結(jié)果表明，海水脅迫對(duì)小白菜發(fā)芽率的抑制作用最小，對(duì)相對(duì)根毛區(qū)寬度的抑制作用最大，對(duì)胚生物量則表現(xiàn)出促進(jìn)作用，小白菜根毛區(qū)寬度適合作為小白菜耐鹽品種篩選的首選指標(biāo)。由鹽害指數(shù)分析可知，“申六青梗菜”和“抗熱605”為耐鹽品種，“翠冠一號(hào)”和“日本e綠寶”為中等耐鹽品種，“上海矮抗青”為鹽敏感品種，而“改良605”為高感品種。

小白菜；人工海水；發(fā)芽；根系生長(zhǎng)

小白菜(Brassicacampestrisssp.chinensisL.)原產(chǎn)中國(guó)，又稱不結(jié)球白菜，俗稱青菜，是人們喜愛(ài)的大眾化蔬菜，中國(guó)目前栽培廣泛，而且，近年來(lái)在東南亞、日、美及歐洲一些國(guó)家也廣泛引種，已逐漸成為世界性蔬菜。[1]

據(jù)世界教科文組織和糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，全世界鹽堿地面積約9.54億公頃，占全球陸地面積的10%。[2]我國(guó)有各類鹽堿地面積總計(jì)9 913.3萬(wàn)hm2。由于設(shè)施栽培中雨水沖淋少、復(fù)種指數(shù)高、肥料投入多、溫度高、土壤水分蒸發(fā)快等導(dǎo)致土壤鹽分富集于表面，發(fā)生次生鹽漬化現(xiàn)象。[3]因土壤的鹽堿化，淡水資源的匱乏已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展限制因子，海水灌溉農(nóng)業(yè)成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。[4]李銀心[5]對(duì)多種蔬菜進(jìn)行了大規(guī)模的種質(zhì)資源篩選和鑒定，從芹菜、油菜、葉用甜菜等植物中篩選出了能夠耐受1%NaCl或1/3海水鹽度的蔬菜品系。目前關(guān)于海水脅迫在小白菜上的研究較少，且未見(jiàn)其生理的研究，通過(guò)預(yù)備試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小白菜種子萌發(fā)在20%人工海水下受到促進(jìn)，而在40%人工海水條件下受到抑制，故在本研究采用40%人工海水培養(yǎng)小白菜種子，分別研究了江西省現(xiàn)在栽培的六個(gè)品種的耐海水能力及其根系生理特性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

小白菜品種：“申六青梗菜”“日本e綠寶”“翠冠一號(hào)”“上海矮抗青"“改良605”和“抗熱605” (六個(gè)品種種子大小均勻一致)。種子購(gòu)于上饒市種子市場(chǎng)。

1.2 試驗(yàn)方法

人工海水依據(jù)Mocledon[6]配方配制。小白菜種子經(jīng)10%的次氯酸鈉溶液浸泡0.5 h、去離子水洗凈、吸干表面水分后，放置于鋪有雙層濾紙的直徑為9 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)(種子腹溝向下，每皿50粒種子)。每個(gè)品種均設(shè)置0(對(duì)照)和40%的人工海水兩個(gè)處理，培養(yǎng)皿內(nèi)處理液的量為10 mL(對(duì)照用去離子代替)，每個(gè)處理3次重復(fù)。種子于恒溫培養(yǎng)箱(25 ℃、光強(qiáng)50 μmol·m-2·s-1[光周期為12 h/12 h]、濕度75%)中發(fā)芽。每天稱重補(bǔ)充所蒸發(fā)的水分，以保證海水濃度的恒定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 發(fā)芽率

培養(yǎng)第2天，開(kāi)始觀察出芽情況，以后每隔12 h觀察一次發(fā)芽率，5d后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，計(jì)算發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，各指標(biāo)均用和CK比的相對(duì)值×100%表示[7]。

發(fā)芽率=已發(fā)芽的種子數(shù)/種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI) =∑Gt/Dt， 其中Dt為發(fā)芽時(shí)間(d)，Gt為與Dt相對(duì)應(yīng)的發(fā)芽種子數(shù)；

活力指數(shù)(VI)=發(fā)芽指數(shù)(Gt)×胚鮮重(g)。

1.3.2 種子芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)和幼苗鮮質(zhì)量

人工海水脅迫處理10 d后，從每個(gè)培養(yǎng)皿取10株生長(zhǎng)狀態(tài)相對(duì)一致的幼苗，先分別測(cè)定其芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、根毛區(qū)寬度和幼苗鮮質(zhì)量，然后計(jì)算各指標(biāo)的相對(duì)值。

1.3.3 鹽害指數(shù)

鹽害率=(對(duì)照值-處理值)/對(duì)照值×100%。

各指標(biāo)隸屬函數(shù)值的計(jì)算和耐鹽性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，均參照劉妍妍等[5]的方法。隸屬函數(shù)值計(jì)算公式為：Xi=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)×100%。

表1 耐鹽性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[5]

注：表中鹽害指數(shù)值越小則表明其耐鹽性越強(qiáng)，耐鹽等級(jí)評(píng)價(jià)也越高。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種小白菜在人工海水脅迫下的發(fā)芽情況

由表2可知，六個(gè)品種在人工海水脅迫處理均表現(xiàn)為發(fā)芽時(shí)間推遲、種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率降低，其中，“申六青梗菜”“翠冠一號(hào)”和“抗熱605”三個(gè)品種的相對(duì)發(fā)芽率均在80%以上，以“申六青梗菜”最高(為91.84%)，“改良605”最低(僅31.94%)。相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的變化與發(fā)芽率基本一致。相對(duì)發(fā)芽勢(shì)的大小順序依次為：“申六青梗菜” >“抗熱605” >“翠冠一號(hào)”> “日本e綠寶” >“改良605” > “上海矮抗青”。 相對(duì)發(fā)芽指數(shù)的大小順序依次為：“申六青梗菜” >“翠冠一號(hào)” >“抗熱605”> “日本e綠寶”> “上海矮抗青”>“改良605”。

表2 不同品種在50%人工海水下各發(fā)芽指標(biāo)的相對(duì)值

2.2 不同品種胚在人工海水脅迫胚的相對(duì)鮮質(zhì)量

由表3可知，隨著發(fā)芽進(jìn)程，不同品種小白菜胚鮮質(zhì)量均逐漸增加，培養(yǎng)到第10天，除改良605外，人工海水脅迫下的胚鮮質(zhì)量均超過(guò)了CK，其中，增長(zhǎng)速度最快的是“申六青梗菜”(達(dá)到了CK的2.09倍)，其次為“抗熱605”(為CK的1.95倍)和“翠冠一號(hào)”(為CK的1.71倍)。六個(gè)品種相對(duì)胚鮮質(zhì)量的大小順序?yàn)椋骸吧炅喙２恕?“抗熱605” >“翠冠一號(hào)”> “日本e綠寶”> “上海矮抗青” >“改良605”。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程觀察發(fā)現(xiàn)(圖1)，CK根系發(fā)達(dá)，根毛清晰可見(jiàn)，而海水脅迫胚根極短，未見(jiàn)根毛分化，且根系基本無(wú)分支，但其胚軸和子葉生長(zhǎng)較CK更好。表明，海水脅迫雖然影響了胚根的生長(zhǎng)和分化，但可能因海水中的礦物質(zhì)為胚軸的生長(zhǎng)提供了營(yíng)養(yǎng)，所以表現(xiàn)胚生物量積累更多。

表3 不同品種在40%人工海水下的相對(duì)胚鮮質(zhì)量

2.3 不同品種在人工海水脅迫下的相對(duì)根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)和根毛區(qū)寬度值

由表4可知，每個(gè)品種三個(gè)指標(biāo)大小順序均為：相對(duì)芽長(zhǎng)>相對(duì)根長(zhǎng)>相對(duì)根毛區(qū)寬度，相對(duì)根毛區(qū)寬度受海水脅迫的影響程度比其它兩個(gè)指標(biāo)均大得多。由圖2也可看出，海水脅迫處理胚根變短，根尖變褐，根毛和側(cè)根數(shù)量明顯減少，根毛分化極少；未經(jīng)脅迫處理的CK根毛呈管狀延伸，根毛較為濃密、飽滿。說(shuō)明，根毛對(duì)海水脅迫最敏感，胚芽長(zhǎng)對(duì)海水脅迫最不敏感。

表4 不同品種根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)和根毛區(qū)寬度的相對(duì)值

2.4 鹽害指數(shù)

由表5中鹽害指數(shù)分析結(jié)果可以看出，“申六青梗菜”和“抗熱605”為耐鹽品種，“翠冠一號(hào)”和“日本e綠寶”為中等耐鹽品種，“上海矮抗青”為鹽敏感品種，而“改良605”為高感品種。從各指標(biāo)受鹽脅迫傷害的程度看，根毛區(qū)寬度受傷害最大，根長(zhǎng)其次，發(fā)芽率受影響最小。人工海水脅迫對(duì)胚根和胚芽長(zhǎng)度的影響大于對(duì)發(fā)芽率的影響，這是因?yàn)榉N皮在一定程度上起了“緩沖”作用，種皮對(duì)幼嫩的胚根與胚芽的保護(hù)作用，使種子在某一鹽堿濃度下能夠萌發(fā)，但萌發(fā)并不意味著就能立地成苗，種子萌發(fā)后胚根、胚芽的生長(zhǎng)對(duì)鹽脅迫更敏感。特別是對(duì)根系生長(zhǎng)的影響很大，海水脅迫下根毛發(fā)育不良，根系無(wú)分支，根長(zhǎng)變短，甚至胚根全部壞死(圖1)，所以海水脅迫下的幼苗常因根系不足以支撐地上部分，導(dǎo)致幼苗倒伏，同時(shí)根系發(fā)育不良嚴(yán)重影響到根系的吸收功能。所以實(shí)現(xiàn)海水灌溉農(nóng)業(yè)關(guān)鍵是要增強(qiáng)根系的耐鹽性。

表5 各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值

2.5 人工海水脅迫下幼苗的生長(zhǎng)情況

在培養(yǎng)第10天，幼苗的生長(zhǎng)情況照片如圖1和圖2。一般情況下，植物主根和側(cè)根主要承擔(dān)支撐、運(yùn)輸和貯藏等功能，而根毛承擔(dān)了主要的吸收功能。由圖2可看出，各品種在人工海水脅迫處理下，根尖均出現(xiàn)了一定程度的壞死，且根毛分化不良，耐鹽品種胚生長(zhǎng)較鹽敏感品種更好。鹽敏感品種“改良605”胚芽和胚根均極短，且根系基本壞死；耐鹽品種“申六青梗菜” 根毛和根系的分支雖然也受到一定程度的影響，但根系伸長(zhǎng)影響不大，且胚芽生長(zhǎng)情況較CK更好，胚軸更為粗壯(圖1)。照片反映的情況與上述數(shù)據(jù)分析一致。

3 小結(jié)與討論

3.1 小白菜各指標(biāo)對(duì)海水脅迫的敏感性

綜合上述分析，海水脅迫對(duì)小白菜發(fā)芽率的抑制作用最小，對(duì)胚生長(zhǎng)的三個(gè)指標(biāo)抑制作用大小為：相對(duì)根毛區(qū)寬度>相對(duì)根長(zhǎng)>相對(duì)芽長(zhǎng)，對(duì)胚生物量則表現(xiàn)出促進(jìn)作用。發(fā)芽指標(biāo)相對(duì)值、根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)和根毛區(qū)寬度的相對(duì)值均小于1，而唯獨(dú)相對(duì)胚鮮重大于1，表明，胚生物量受到了海水脅迫的促進(jìn)，其他指標(biāo)則受到抑制，這與楊飛等[8]的研究結(jié)果相吻合。根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)均受到抑制，與根系吸水不足有關(guān)，而胚生物量受到促進(jìn)，可能是人工海水中的礦物質(zhì)對(duì)種子體內(nèi)呼吸酶有一定的激活作用。從試驗(yàn)可以初步看出，小白菜根毛區(qū)寬度對(duì)海水脅迫最敏感，可以考慮作為小白菜耐鹽品種篩選的重要指標(biāo)，而有關(guān)海水脅迫抑制根毛發(fā)育的機(jī)理還需進(jìn)一步研究。

3.2 不同品種對(duì)人工海水抗性大小的比較

由鹽害指數(shù)可以看出，“申六青梗菜”和“抗熱605”為耐鹽品種，“翠冠一號(hào)”和“日本e綠寶”為中等耐鹽品種，“上海矮抗青”為鹽敏感品種，而“改良605”為高感品種。

[1]王金彥. 不結(jié)球白菜基因組數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建及蕓薹屬作物MicroRNA和ESTSSR數(shù)據(jù)的挖掘與分析[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，2012.

[2]李彬，王志春，孫志高，等. 中國(guó)鹽堿地資源與可持續(xù)利用研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2005，23(2)：154-158.

[3]程美廷. 溫室土壤鹽分積累鹽害及其防治[J]. 土壤肥料，1990，(1)：1-4.

[4]葉利民. 海水灌溉農(nóng)業(yè)[J]. 生物學(xué)教學(xué)，2010，35(6)：6-7.

[5]李銀心. 抗鹽、耐海水蔬菜的生物技術(shù)培育與海水無(wú)土栽培應(yīng)用[D]. 北京：中國(guó)科學(xué)院植物研究所，2001.

[6]劉妍妍，吳紀(jì)中，許璋陽(yáng)，等. 人工海水脅迫下小麥芽期和苗期的耐鹽性鑒定方法[J].植物生理學(xué)報(bào),2014，50 (2): 214-222.

[7]徐凌翔，丁爽，周青. 大豆種子萌發(fā)過(guò)程中呼吸作用對(duì)酸雨脅迫的響應(yīng)[J]. 大豆科學(xué)，2008，27(2)：255-261.

[8]楊飛，郭海波，吳菊，等. 海水脅迫對(duì)不同品種白菜種子發(fā)育及幼苗生物量的影響[J]. 分子植物育種，2014，12 (5 )：943-949.

Influence of Artificial Sea Water Stress on Germination and Root Growth of Different Chinese Cabbage Varieties

XU Fen-fen, YE Li-min, XIA Xiao-lei, WEI Bo-song

(School of Life Science, Shangrao Normal Unversity, Shangrao Jiangxi 334001, China)

Germination and seedling root growth of the six pakchoi cultivars in jiangxi province, “Six green stem vegetables”, “Japan”s green treasure”, “Cuiguan N0 1”, “Shanghai short green”, “heat 605” and “Improved thermal 605” under 40% artificial seawater stress were studied. The research result showed that the water stress has minimal inhibitory effect on the germination rate, the largest inhibitory effect on the width of the root hair zone, the promoting effect on embryo biomass, root hair zone width for a small cabbage cabbage preferred indicator of salt-tolerant varieties screening. Known from the analysis of salt injury index, “Six green stem vegetables” and “Thermal 605 ”were salt-tolerant varieties, “Cuiguan N0 1”and “Japanese” were the medium salt-tolerant varieties,“Shanghai short green” was the salt sensitive variety, and “Improved 605” was the high-sensitive variety.

Chinese cabbage; artificial seawater; seed germination; root growth

2015-10-15

2015年上饒師范學(xué)院科研基金資助項(xiàng)目(201503)

徐芬芬(1978-)，女(漢)，江西奉新人，副教授，碩士，主要從事植物抗性生理研究。E-mail:xffylm7875@163.com

Q945.78

A

1004-2237(2015)06-0081-05

10.3969/j.issn.1004-2237.2015.06.016