NaCl脅迫對(duì)野生和栽培品種高粱種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響

徐 寧，曹 娜，王 闖，劉國(guó)娟，劉 敏，豆惠敏，孫曉慧

(1.聊城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東聊城252000;2.山東省茌平縣蔬菜技術(shù)推廣中心，山東聊城252100)

目前，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化改革進(jìn)程逐步加速，我國(guó)每年次生鹽漬化和鹽堿化不斷加重，土壤鹽漬化問(wèn)題已成為影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一。研究作物的抗鹽堿性機(jī)制，培育和篩選耐鹽堿性作物品種，成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐［1］。

高粱作為光合效率較高的農(nóng)作物之一，具有抗旱、耐澇、耐鹽堿等特點(diǎn)［2］。高粱作物新品種育種目標(biāo)已從簡(jiǎn)單的產(chǎn)量育種，發(fā)展到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)與多抗等［3］。研究者開(kāi)展種質(zhì)資源創(chuàng)新和利用時(shí)，種質(zhì)資源已從單一的普通栽培種擴(kuò)展到高粱野生種、野生近緣種等，從而可進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用優(yōu)勢(shì)種質(zhì)資源［4－5］。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的深入，高粱品種遺傳改良向高產(chǎn)、高抗、實(shí)用性等多方向發(fā)展，這就需要開(kāi)發(fā)更多、更優(yōu)勢(shì)的種質(zhì)資源以滿足研發(fā)需求，對(duì)野生高粱種質(zhì)資源研究及開(kāi)發(fā)無(wú)疑成為最佳選擇之一。本研究選用黃淮海地區(qū)野生紅稈高粱與栽培品種高粱為材料，采用不同濃度NaCl脅迫處理，研究高粱種子萌發(fā)及幼苗生理特性等相關(guān)指標(biāo)，探討不同濃度處理下高粱耐鹽生理機(jī)制，為篩選高粱耐鹽品種及野生高粱種質(zhì)資源利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

高粱栽培品種“半截莛”(市售)，野生高粱品種“紅稈1號(hào)”(山東陽(yáng)谷大地如意糧食種植合作社提供)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子萌發(fā)試驗(yàn) 試驗(yàn)于2016年在聊城職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研試驗(yàn)基地進(jìn)行。每個(gè)高粱品種挑選大小一致、籽粒飽滿的種子，先用0.1%的HgCl2溶液消毒10 min，然后用自來(lái)水沖洗5次，去離子水沖洗3次。培養(yǎng)皿中用雙層濾紙鋪好，將種子表面水分吸干，置于培養(yǎng)皿中，每培養(yǎng)皿放30粒。分別采用 0(CK)、100、200、300 mmol/L NaCl溶液進(jìn)行試驗(yàn)，重復(fù)3次。每培養(yǎng)皿中加入10 mL去離子水或NaCl溶液，放好種子后置于光照培養(yǎng)箱中，晝/夜溫度為25℃/15℃，濕度為60%，光 照—黑 暗 時(shí) 間 為 12 h—12 h，光 照 度 為80 μmol/(m2·s)。

1.2.2 幼苗試驗(yàn) 每品種挑選大小一致、籽粒飽滿的種子，先用0.1%的HgCl2溶液消毒10 min，然后用自來(lái)水沖洗5次，去離子水沖洗3次。待根長(zhǎng)至3.0 cm左右時(shí)，轉(zhuǎn)移至光照培養(yǎng)箱內(nèi)，用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)，晝/夜溫度為25℃/15℃，濕度為60%，光照—黑暗時(shí)間為12 h—12 h，光照度為80μmol/(m2·s)，每2 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液。幼苗長(zhǎng)至3葉1心時(shí)，選用生長(zhǎng)一致的植株，分別采用 0(CK)、100、200、300 mmol/L NaCl的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)，每個(gè)濃度設(shè)3個(gè)重復(fù)，處理20 d后取樣測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 種子萌發(fā)期相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定 種子自培養(yǎng)開(kāi)始每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)，一直測(cè)到第7天，并在第7天測(cè)定胚根及胚芽等，每培養(yǎng)皿測(cè)定3株，取平均值。發(fā)芽以種子胚根長(zhǎng)0.2 mm 為標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)芽勢(shì)=前4 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%;發(fā)芽率=發(fā)芽試驗(yàn)7 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%。

1.3.2 幼苗生長(zhǎng)期相關(guān)生理指標(biāo)的測(cè)定 葉綠素采用80%丙酮提取，比色法測(cè)定;根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測(cè)定;丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定;脯氨酸含量采用茚三酮顯色法測(cè)定［6］。超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性參考植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)的方法［7］進(jìn)行測(cè)定。稱取0.5 g樣品鮮樣，用pH值7.8磷酸緩沖液0.05 mol/L進(jìn)行冰浴研磨，勻漿于0～4℃，10 500 r/min離心20 min，上清液供SOD、POD、CAT活性的測(cè)定。SOD活性的測(cè)定，以抑制光化還原氮藍(lán)四唑(NBT)50%為1個(gè)酶活性單位(U);POD活性的測(cè)定，以每分鐘ΔD470nm變化0.1為1個(gè)酶活性單位(U);CAT活性的測(cè)定參照碘量法，以每分鐘分解1μmol H2O2為1個(gè)酶活性單位(U)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。采用DPS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析及最小顯著差異性檢驗(yàn)(Duncan's新復(fù)極差法，α =0.05)

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對(duì)高粱種子萌發(fā)的影響

由圖1可以看出，隨NaCl脅迫濃度增加，2個(gè)高粱品種種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均呈現(xiàn)顯著降低趨勢(shì)(p＜0.05)。野生品種高粱的種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)較栽培品種高。在0 mmol/L NaCl濃度下，野生品種高粱種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)分別是97.33%、73.67%，栽培品種高粱種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)分別是94.67%、71.50%。在300 mmol/L NaCl脅迫下，野生品種高粱種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)分別是 74.67%、51.33%，栽培品種高粱種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)分別是72.33%、49.33%。

由圖2可知，隨NaCl脅迫濃度增加，野生品種和栽培品種高粱胚根和胚芽長(zhǎng)逐漸降低且差異顯著(p＜0.05)。在0 mmol/L NaCl濃度下，野生品種高粱種子的胚根長(zhǎng)和胚芽長(zhǎng)分別是8.77、9.23 cm，栽培品種高粱種子的胚根長(zhǎng)和胚芽長(zhǎng)分別是9.07、9.77 cm，栽培品種比野生品種胚根長(zhǎng)和胚芽長(zhǎng)高 3.42%、5.85%。在 100、200、300 mmol/L NaCl脅迫下，野生品種高粱種子的胚根長(zhǎng)和胚芽長(zhǎng)均高于栽培品種。

2.2 NaCl脅迫對(duì)高粱幼苗根系活力和葉片葉綠素的影響

由圖3可知，隨NaCl脅迫濃度增加，野生品種和栽培品種高粱根系活力和葉片葉綠素含量呈顯著降低趨勢(shì)(p＜0.05)。野生高粱品種的根系活力較栽培品種高，而葉片葉綠素含量較栽培品種低。在300 mmol/L NaCl脅迫下，野生品種的根系活力和葉片葉綠素含量分別比CK低85.98%、84.85%，栽培品種的根系活力和葉片葉綠素含量分別比CK低 89.41%、84.56%。

2.3 NaCl脅迫對(duì)高粱幼苗葉片MDA和脯氨酸含量的影響

由圖4可知，隨NaCl脅迫濃度增加，高粱野生品種和栽培品種葉片MDA和脯氨酸含量均顯著增加(p＜0.05)，不同NaCl濃度下，野生品種葉片MDA和脯氨酸含量均較栽培品種低。在300 mmol/L NaCl脅迫下，野生高粱葉片MDA和脯氨酸含量分別比CK高111.90%、114.44%，栽培品種葉片MDA和脯氨酸含量分別比CK高117.42%、118.21%。

2.4 NaCl脅迫對(duì)高粱幼苗葉片保護(hù)酶活性的影響

由表1 可知，在 100、200、300 mmol/L NaCl脅迫下，2 個(gè)高粱品種葉片 SOD和 CAT活性均較 CK高。其中，在200 mmol/L NaCl脅迫下，栽培高粱葉片SOD和CAT活性最高，分別較CK高123.06%、83.33%，野生品種高粱葉片SOD和CAT活性最高，分別較 CK高 123.40%、69.70%。在100 mmol/L NaCl脅迫下，2個(gè)高粱品種POD活性最高，高粱栽培品種葉片POD活性比CK高25.00%，野生品種葉片POD活性比CK高23.91%。

表1 NaCl脅迫對(duì)高粱幼苗葉片保護(hù)酶活性的影響

3 結(jié)論與討論

本研究表明，種子萌發(fā)期NaCl脅迫濃度增加，2個(gè)高粱品種種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)均呈降低趨勢(shì)，NaCl脅迫影響高粱作物種子萌發(fā)，這與在玉米［8］、小麥［9］上的研究結(jié)果一致。NaCl脅迫下種子的萌發(fā)情況同植物本身的耐鹽性有一定關(guān)系，NaCl脅迫下植物種子發(fā)芽情況是作物耐鹽性評(píng)估的重要依據(jù)之一［10］。NaCl脅迫過(guò)程中，野生高粱品種的上述指標(biāo)較栽培品種高，野生高粱種子萌發(fā)期的耐鹽性強(qiáng)于栽培品種，這與野生作物栽培環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)有關(guān)。

NaCl脅迫環(huán)境下，高粱野生品種和栽培品種根系活力和葉片葉綠素含量呈降低趨勢(shì)，葉片MDA含量和脯氨酸含量呈增加趨勢(shì)。野生高粱栽培環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，其根系活力顯著強(qiáng)于栽培品種，而葉片葉綠素、MDA和脯氨酸含量均較栽培品種低。NaCl脅迫會(huì)打破作物體內(nèi)新陳代謝體系平衡，作物會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧和自由基，對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育造成氧化脅迫傷害［11］。SOD參與作物體內(nèi)的歧化反應(yīng)，使超氧陰離子轉(zhuǎn)化為H2O2和O2，H2O2再通過(guò)POD和CAT的作用分解成H2O和O2，作物就會(huì)免受脅迫傷害［12－14］。本試驗(yàn)中，低濃度NaCl處理后，細(xì)胞中活性氧和自由基產(chǎn)生較少，較高的SOD、POD和CAT酶活性消除高粱體內(nèi)的活性氧和自由基，但在100 mmol/L以上的NaCl處理后，POD酶活性受到抑制，而SOD和CAT活性變化趨勢(shì)一致，在200 mmol/L NaCl濃度以上處理后，SOD和CAT活性降低，導(dǎo)致活性氧和自由基積累過(guò)多，這與前人的研究結(jié)果［10，15］一致。

總而言之，黃淮海地區(qū)的野生紅稈高粱耐鹽性較栽培品種強(qiáng)，可以為研究高粱耐鹽機(jī)制和遺傳特性以及鹽堿地開(kāi)發(fā)利用提供優(yōu)良種質(zhì)資源，但其耐鹽機(jī)制還需進(jìn)一步研究。