NaCl脅迫下小豆品種氯離子分布研究

蔡可心 孫博 張衛(wèi)東

摘要：本試驗選用黑龍江省5種（佳紅1號、龍墾紅、小豐2號、龍小豆2號和龍小豆3號）、吉林省6種（吉紅6號、吉紅7號、吉紅8號、吉紅9號、吉紅10號和農(nóng)安紅）共11個小豆品種為材料，設(shè)置NaCl濃度為0、65、130 mmol/L，在培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)各品種小豆8 d后，通過分析小豆根長、根質(zhì)量、側(cè)根數(shù)、苗高和苗質(zhì)量等指標(biāo)判斷小豆耐鹽性;使用分光光度計在300 nm波長處測定吸光度，計算各品種根、莖和葉中的氯離子含量，找出氯離子含量與植物耐鹽性的關(guān)系。結(jié)果表明，11種小豆品種的耐鹽性表現(xiàn)為小豐2號>吉紅10號>佳紅1號>吉紅8號>龍墾紅>龍小豆2號>吉紅6號>吉紅9號>吉紅7號>龍小豆3號>農(nóng)安紅;而氯離子與植物的耐鹽性關(guān)系則表現(xiàn)為不同品種隨NaCl濃度升高在同一部位氯離子積累量低則表明氯離子轉(zhuǎn)運機(jī)制較發(fā)達(dá)，并發(fā)現(xiàn)氯離子隨NaCl濃度上升而積累量越低的植物的耐鹽性越強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：鹽脅迫;小豆;氯離子;耐鹽性;小豆品種

中圖分類號：Q945.78;S521.01?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號：1002-1302（2020）06-0054-05

植物生長過程中種子萌發(fā)是重要階段，它是植物一切生命活動的開始[1]，該時期植物的耐鹽性較弱，因此經(jīng)常把該階段的耐鹽程度作為該種植物耐鹽性的重要依據(jù)[2]。小豆具有較高的營養(yǎng)價值，它富含色素、無機(jī)鹽、植酸、三萜皂苷、蛋白質(zhì)、碳水化合物、纖維、必需氨基酸和淀粉等生物活性成分，脂肪含量較低[3-4]，小豆的豆皮中的酚類物和抗氧化物質(zhì)對健康有益處[5]。鹽害是主要的非生物脅迫之一，嚴(yán)重影響作物的生長發(fā)育，在糧食作物中，水稻對鹽最敏感，大麥最耐鹽[6]，盡管鹽脅迫的危害極其嚴(yán)重，但植物在長期的進(jìn)化中形成了自身的耐鹽機(jī)制，有些植物能夠限制過量的鈉離子（Na+）在體內(nèi)積累[7]，苜蓿、大豆、百脈根、葡萄和鱷梨等植物則通過限制氯離子（Cl-）的轉(zhuǎn)運來提高其耐鹽水平[8-10]，限制Cl-從根部吸收并且將已經(jīng)吸收的Cl-外排是其耐鹽性的一個重要特征。為了探究植物的耐鹽性與Cl-相關(guān)，本試驗通過分析比較在0、65.0、130.0 mmol/L NaCl濃度下15種小豆的根、莖、葉中Cl-分布情況，初步找出Cl-與小豆耐鹽性之間的關(guān)系，根據(jù)Cl-的分布確定出較為耐鹽的品種，以期為篩選小豆耐鹽品種提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用來自吉林省的6個品種（農(nóng)安紅、吉紅6號、吉紅7號、吉紅8號、吉紅9號、吉紅10號）、黑龍江省的5個品種（小豐2號、佳紅1號、龍墾紅、龍小豆2號和龍小豆3號）為材料，種子均由佳木斯大學(xué)經(jīng)濟(jì)植物研究所提供，試驗時間為2018年6月，試驗地點為佳木斯大學(xué)經(jīng)濟(jì)植物研究所。

1.2 試驗方法

在11個品種中，挑選籽粒飽滿、無褶皺、無蟲蛀的種子，每個品種100粒，分別放入燒杯中，加入01% HgCl2溶液，浸沒種子，消毒10 min，用無菌水浸洗5遍（每遍1 min），將浸洗好的種子放入另一潔凈燒杯中浸種，將種子用無菌水浸泡24 h，膨脹后置于30 ℃恒溫箱，處于無光的暗環(huán)境，繼續(xù)浸種3 h后，倒掉浸種水，用滅菌后的折疊6層的紗布覆蓋培養(yǎng)皿中的種子，無菌水浸透紗布保濕催芽，持續(xù) 2～3 d，待其露白后接種于無菌培養(yǎng)皿中，每個品種設(shè)置1組對照（0 mmol/L NaCl）、2組試驗（65、130 mmol/L NaCl脅迫處理），每個處理3次重復(fù)，每天用相應(yīng)濃度的NaCl溶液潤洗種子，共計處理 8 d，分別取根、莖、葉在105 ℃條件下烘干并用粉碎機(jī)粉碎，稱取0.01 g干樣品，加入20 mL三蒸水沸水浴 1.5 h，取出試管獲得上清液，取9支25 mL容量瓶，每支容量瓶加入15 mL反應(yīng)液，再加入1 mL樣品上清液，用反應(yīng)液定容至25 mL，黑暗放置 20 min 后，以加入反應(yīng)液為對照，使用分光光度計在300 nm波長處測定吸光度（D），計算各品種各部位的氯離子含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003處理數(shù)據(jù)，采用SPSS 19軟件分析數(shù)據(jù)。采用單因素方差分析的顯著差異法，比較不同濃度鹽脅迫下，同一部位氯離子含量差異性分析是否顯著，對相同濃度鹽脅迫下，不同部位氯離子含量差異性進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)表示為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤差，顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl對小豆幼苗生長指標(biāo)的影響

2.1.1 NaCl對小豆幼苗根的影響 分析表1中數(shù)據(jù)可知，各組小豆根長、根質(zhì)量和側(cè)根數(shù)均隨NaCl濃度的升高而呈下降趨勢。對照組中，小豐2號小豆根長最長，農(nóng)安紅根長最短;小豐2號平均根質(zhì)量為0.138 g，較其他品種小豆重，農(nóng)安紅平均根質(zhì)量為 0.018 g，質(zhì)量最輕;小豐2號側(cè)根數(shù)最多，平均為2953條，農(nóng)安紅側(cè)根數(shù)最少，為2.11條。試驗組中，高鹽（NaCl濃度>65 mmol/L）脅迫下小豐2號在根長、根質(zhì)量方面均優(yōu)于其他品種，而農(nóng)安紅各方面則較弱;在根長方面，除吉紅7號和吉紅9號外，其他品種各組之間差異均顯著;根質(zhì)量方面各試驗組與對照組之間差異均顯著，但2個試驗組之間差異不顯著;側(cè)根數(shù)方面各品種各組之間差異均顯著。綜合所有數(shù)據(jù)及分析，各品種小豆耐NaCl脅迫能力表現(xiàn)為小豐2號>吉紅10號>佳紅1號>吉紅8號>龍墾紅>龍小豆2號>吉紅6號>吉紅9號>吉紅7號>龍小豆3號>農(nóng)安紅。

2.1.2 NaCl對小豆幼苗的影響 分析表2中數(shù)據(jù)可知，各品種小豆的苗高和苗質(zhì)量均隨NaCl濃度的增加而呈下降趨勢。對照組和試驗組中小豐2號的苗高和苗質(zhì)量等指標(biāo)均優(yōu)于其他品種，農(nóng)安紅各方面表現(xiàn)較弱，說明農(nóng)安紅耐鹽性最差;苗高方面除吉紅6號和吉紅9號外，其他品種各組之間均差異顯著，吉紅6號和吉紅9號2個試驗組均與對照組差異顯著，但2個試驗組差異不顯著，表明這2個品種在高濃度鹽溶液中更易受鹽離子脅迫;在苗質(zhì)量方面，只有農(nóng)安紅的各組處理之間差異不顯著，其他品種各組處理之間差異均顯著，進(jìn)一步說明農(nóng)安紅更易受鹽害脅迫;通過分析苗高和苗質(zhì)量，初步得出耐鹽小豆品種的排序與“2.1.1節(jié)”中基本一致。

2.2 各品種小豆根、莖和葉中氯離子含量分析

分析表3中數(shù)據(jù)可知，各品種小豆各部位氯離子含量均隨著NaCl濃度的增加呈上升趨勢，除農(nóng)安紅外其他小豆品種各部位各組處理之間差異均顯著，而農(nóng)安紅2個試驗組之間差異不顯著，但2個試驗組均與對照組之間形成顯著性差異，NaCl濃度升高小豆會啟動自身的氯離子轉(zhuǎn)運機(jī)制，排除多余的氯離子，從而保護(hù)自身細(xì)胞免受或減輕氯離子的毒害作用，不同品種間同一NaCl濃度處理組與對照組相比氯離子相對含量積累的越少表明氯離子轉(zhuǎn)運機(jī)制越強(qiáng)，如小豐2號根中氯離子濃度，NaCl濃度為65 mmol/L試驗組較對照組高0.078 mol/L，130 mmol/L 試驗組較對照組高0257 mol/L，而吉紅9號NaCl濃度為65 mmol/L試驗組較對照組高3.045 mol/L，130 mmol/L試驗組較對照組高 5.828 mol/L;其他品種根、莖和葉中氯離子濃度以此類推，分析結(jié)果綜合小豆的根長、根質(zhì)量、側(cè)根數(shù)、苗高和苗質(zhì)量的結(jié)果表明，氯離子積累濃度與小豆幼苗各生長指標(biāo)整體呈反比趨勢。

2.3 各品種同一部位氯離子含量對比分析

分析圖1、圖2、圖3可知，對于根部而言，小豐2號、吉紅10號、龍小豆2號、佳紅1號和龍墾紅等小豆品種隨NaCl濃度升高氯離子積累量較其他品種低，表明這些品種根部氯離子轉(zhuǎn)運機(jī)制較其他品種強(qiáng);對于莖部而言，小豐2號隨NaCl濃度升高氯離子積累量低于其他品種，表明這個品種莖部氯離子轉(zhuǎn)運機(jī)制較強(qiáng)，可以排除部分多余氯離子;對于葉而言，小豐2號、吉紅7號和吉紅10號品種隨NaCl濃度升高氯離子積累量較低，表明這些品種葉部氯離子轉(zhuǎn)運機(jī)制較強(qiáng);綜合根、莖和葉所有數(shù)據(jù)，小豐2號隨NaCl濃度升高根、莖和葉中積累的氯離子含量均較其他品種低，表明小豐2號的氯離子轉(zhuǎn)運機(jī)制較強(qiáng)，可充分保護(hù)植物細(xì)胞膜及生物活性成分不被破壞，確保細(xì)胞及生物大分子正常的生理功能，有利于植物正常生長。

3 討論與結(jié)論

氯離子是植物的必需元素，它能提高植物細(xì)胞的滲透壓和植物組織的水勢，減輕某些病害，具有一定的硝化抑制作用[11]。根系是植物最活躍的吸收器官和合成器官，根的生長情況和代謝水平直接影響植物地上部的生長及產(chǎn)量。因此，根系活力是植物生長的重要生理指標(biāo)之一，也是衡量植株抗逆能力的關(guān)鍵指標(biāo)[12]。本試驗中所有品種的小豆根

部的氯離子濃度都是隨著鹽濃度的上升而上升，其中，吉紅7號和吉紅9號的根部的氯離子濃度隨著NaCl濃度增加而增長的趨勢較快，且濃度也較其他品種高，這2個品種的小豆生長勢也較弱，可能與氯離子通道的轉(zhuǎn)運能力有關(guān)，植物的莖部在植物的生長發(fā)育過程中主要起到支撐植物生長以及運輸營養(yǎng)和養(yǎng)分的作用，根部吸收的物質(zhì)可以通過莖部由下向上運輸[13]，運輸?shù)街参锏母鱾€器官，在植物莖部如果有大量的氯離子積累，會造成植物離子比例失調(diào)，氯離子過量會抑制植物對其他離子的吸收，造成植物營養(yǎng)不良[14]。本試驗中所有品種的小豆莖部的氯離子濃度都是隨著鹽濃度的上升而上升的;葉片是植物進(jìn)行光合作用積累有機(jī)物的主要部位，葉片細(xì)胞氯離子轉(zhuǎn)運機(jī)制發(fā)達(dá)對植物生長有重要意義。試驗中農(nóng)安紅是一個較為特殊的品種，試驗過程中對照組中農(nóng)安紅的根長、根質(zhì)量、側(cè)根數(shù)、苗高和苗質(zhì)量等各生長指標(biāo)均相對較弱，隨NaCl濃度增加小豆幾乎不萌發(fā)，所以上文所述規(guī)律不適合農(nóng)安紅，農(nóng)安紅品種的變化規(guī)律還需要進(jìn)一步研究;有關(guān)于植物如何抵御鹽害離子，排除鹽害離子以及氯離子通道，如何對植物鹽害起作用，有待深入研究。

本試驗通過對11個小豆品種用0、65、 130 mmol/L NaCl溶液培養(yǎng)，測定根長、根質(zhì)量、側(cè)根數(shù)、苗高和苗質(zhì)量等生長指標(biāo)，反映不同品種的耐鹽性;使用分光光度計在300 nm波長處測定D，計算各品種根、莖和葉中氯離子含量，通過分析氯離子含量，試圖找出小豆耐鹽性與氯離子分布關(guān)系，結(jié)果表明試驗所選11個品種的耐鹽性表現(xiàn)為小豐2號>吉紅10號>佳紅1號>吉紅8號>龍墾紅>龍小豆2號>吉紅6號>吉紅9號>吉紅7號>龍小豆3號>農(nóng)安紅;而氯離子與植物耐鹽性關(guān)系則表現(xiàn)為不同品種隨NaCl濃度升高在同一部位氯離子積累量低則表明氯離子轉(zhuǎn)運機(jī)制較發(fā)達(dá)，并發(fā)現(xiàn)氯離子隨NaCl濃度上升而積累量越低的植物其耐鹽性越強(qiáng)。

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