朱歡歡, 廖巧玲, 蘭 濤,2

(1.福建農(nóng)林大學(xué)作物遺傳育種與綜合利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.福建農(nóng)林大學(xué)福建省作物設(shè)計(jì)育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 福州 350002)

土壤鹽堿化嚴(yán)重制約著全球水稻的生產(chǎn)。我國鹽堿地分布廣、類型多，總面積達(dá)1億公頃[1]。因此，增強(qiáng)水稻耐鹽性與選育耐鹽品種，可有效提高鹽堿地的利用率[2]。近年來，我國廣泛開展水稻芽期和苗期耐鹽性研究，有關(guān)分蘗期和成熟期的耐鹽性研究也取得了一定進(jìn)展[3-4]。水稻耐鹽性具有發(fā)育階段差異性，但各階段耐鹽性是否相關(guān)尚未有定論[5]。鹽脅迫會(huì)抑制水稻種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等指標(biāo)也會(huì)降低[6]。水稻不同耐鹽品種的發(fā)芽率能有效地表征其芽期耐鹽能力[7-8]。生長抑制是植物對(duì)鹽脅迫最直接的生理響應(yīng)結(jié)果[9-10]。鹽脅迫會(huì)抑制植物的生長與發(fā)育，導(dǎo)致鮮重、干重降低，還會(huì)抑制細(xì)胞的有絲分裂，進(jìn)而抑制植物器官與組織的分化，使植株的生長變緩[11]。王奉斌等[12]對(duì)新疆耐鹽水稻種質(zhì)資源研究表明，發(fā)芽率、芽長、根長和根數(shù)均隨鹽脅迫濃度升高而呈下降趨勢(shì)，且不同處理材料間有較大差異。因此，通過相同條件下不同品種間的相關(guān)指標(biāo)比較，可以判斷其耐鹽性的強(qiáng)弱[13]。在植物的整個(gè)生育期，芽期和苗期對(duì)鹽分最為敏感，其他生育期對(duì)鹽分耐性較強(qiáng)。因此，鑒定材料的耐鹽性一般以芽期和苗期為主[14]。

本實(shí)驗(yàn)室前期在秈稻品種R401輻射誘變?nèi)后w中篩選到苗期耐鹽突變體sst，通過圖位克隆得到SST基因OsSPL10[15]。OsSPL10是SPL基因家族中的一員，該家族基因編碼植物所特有的轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控植物生長發(fā)育的許多方面[16]。OsSPL10突變不僅使水稻耐鹽性提高，也出現(xiàn)表皮毛退化的表型[15]。本研究分析了該突變體在芽苗期的其他表型，同時(shí)比較了鹽脅迫下野生型與突變體的發(fā)芽與生長情況，以探究突變體sst的芽期與苗期在耐鹽性上的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 供試材料

秈稻品種R401及其苗期耐鹽突變體sst[17]。

1.2 試驗(yàn)方法

首先選取野生型R401和突變體sst的飽滿種子，清水洗凈。室溫下清水浸種24 h，之后放于鋪有2層濾紙的發(fā)芽盒內(nèi)。每個(gè)發(fā)芽盒36粒種子，4次重復(fù)。將發(fā)芽盒放入光照培養(yǎng)箱，30 ℃下每天光照16 h，期間保證通氣和一定的濕度。發(fā)芽試驗(yàn)設(shè)鹽脅迫和非脅迫兩種處理。其中，清水處理為非脅迫對(duì)照組，100 mmol·L-1NaCl處理為脅迫組(預(yù)備試驗(yàn)表明該濃度表型最明顯)。每天觀察并記錄發(fā)芽情況，以芽長等于種子長度的一半和根長等于種子長度時(shí)視為種子發(fā)芽[18-19]。當(dāng)3 d內(nèi)樣品發(fā)芽數(shù)不增加，則結(jié)束發(fā)芽率測(cè)定[20]。調(diào)查各處理種子萌發(fā)7 d后的生長狀況，包括根數(shù)、根長、地上部長和苗鮮重等指標(biāo)。各項(xiàng)指標(biāo)調(diào)查對(duì)象為發(fā)芽后的全部單株材料。同時(shí)，將脅迫組數(shù)值與對(duì)照組數(shù)值相比，得到各指標(biāo)的相對(duì)值。所有數(shù)據(jù)都進(jìn)行簡單的統(tǒng)計(jì)分析。具體指標(biāo)如下：發(fā)芽勢(shì)/%=(規(guī)定時(shí)間內(nèi)的發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù))×100；相對(duì)發(fā)芽勢(shì)/%=(脅迫組發(fā)芽勢(shì)/對(duì)照組發(fā)芽勢(shì))×100；發(fā)芽率/%=(發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束時(shí)發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù))×100；相對(duì)發(fā)芽率/%=(脅迫組發(fā)芽率/對(duì)照組發(fā)芽率)×100；相對(duì)根數(shù)/%=(脅迫組根數(shù)/對(duì)照組根數(shù))×100；相對(duì)根長/%=(脅迫組根長/對(duì)照組根長)×100；相對(duì)地上部長/%=(脅迫組地上部長/對(duì)照組地上部長)×100；相對(duì)苗鮮重/%=(脅迫組苗鮮重/對(duì)照組苗鮮重)×100。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)突變體sst種子萌發(fā)的影響

非脅迫和鹽脅迫條件下，突變體的發(fā)芽勢(shì)均顯著低于野生型。鹽脅迫下，野生型的發(fā)芽勢(shì)顯著低于非脅迫對(duì)照，而突變體的發(fā)芽勢(shì)極顯著低于非脅迫對(duì)照(圖1A)。野生型相對(duì)發(fā)芽勢(shì)為65.5%，而突變體只有36.3%，突變體的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)顯著低于野生型(圖1B)。以上表明，鹽脅迫對(duì)野生型和突變體的發(fā)芽勢(shì)均有抑制效應(yīng)，且對(duì)突變體的抑制更顯著。該結(jié)果與突變體sst的苗期耐鹽性相反。

非脅迫條件下，突變體的發(fā)芽率低于野生型；鹽脅迫條件下，突變體與野生型的發(fā)芽率差異不顯著，該結(jié)果與發(fā)芽勢(shì)有所不同。鹽脅迫下，野生型的發(fā)芽率顯著低于非脅迫對(duì)照，突變體的發(fā)芽率極顯著低于非脅迫對(duì)照(圖1C)，該結(jié)果與發(fā)芽勢(shì)相似。野生型的相對(duì)發(fā)芽率為72.1%，突變體的相對(duì)發(fā)芽率為60.8%，二者差異不顯著(圖1D)。以上表明，鹽脅迫對(duì)野生型和突變體的發(fā)芽率均有抑制效應(yīng)，且對(duì)兩者的抑制程度相似。該結(jié)果與突變體sst的苗期耐鹽性有所不同，但差異性小于發(fā)芽勢(shì)試驗(yàn)結(jié)果。

圖1 鹽脅迫對(duì)野生型R401和突變體sst發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的影響

2.2 鹽脅迫對(duì)突變體sst芽苗期根生長的影響

非脅迫條件下，野生型和突變體的根數(shù)差異不顯著，而鹽脅迫下突變體的根數(shù)顯著低于野生型。鹽脅迫下，野生型和突變體的根數(shù)均極顯著低于非脅迫對(duì)照(圖2A)。野生型的相對(duì)根數(shù)為60.2%，突變體的相對(duì)根數(shù)為28.7%，突變體的相對(duì)根數(shù)極顯著低于野生型(圖2B)。以上表明，鹽脅迫對(duì)野生型和突變體根數(shù)的增加均有抑制效應(yīng)，且對(duì)突變體的抑制更顯著。

非脅迫條件下，野生型和突變體的根長差異不顯著，而鹽脅迫下突變體的根長顯著低于野生型。鹽脅迫下，野生型和突變體的根長均極顯著低于非脅迫對(duì)照(圖2C)，該結(jié)果與根數(shù)相似。野生型的相對(duì)根長為68.4%，突變體的相對(duì)根長為57.1%，突變體的相對(duì)根長顯著低于野生型(圖2D)。以上表明，鹽脅迫對(duì)野生型和突變體根長的生長均有抑制效應(yīng)，且對(duì)突變體的抑制更顯著。

圖2 鹽脅迫對(duì)野生型R401和突變體sst芽苗期根數(shù)和根長的影響

綜合來看，鹽脅迫對(duì)芽苗期根數(shù)和根長的影響結(jié)果與發(fā)芽勢(shì)試驗(yàn)結(jié)果相似，同樣與突變體sst的苗期耐鹽性相反。

2.3 鹽脅迫對(duì)突變體sst芽苗期地上部生長的影響

非脅迫條件下，野生型和突變體的地上部長度差異不顯著，而鹽脅迫下突變體的地上部長度顯著低于野生型。鹽脅迫下，野生型和突變體的地上部長度均極顯著低于非脅迫對(duì)照(圖3A)。野生型的相對(duì)地上部長為32.3%，突變體的相對(duì)地上部長為27.8%，二者差異不顯著(圖3B)。以上表明，鹽脅迫對(duì)野生型和突變體的地上部生長均有抑制效應(yīng)，且對(duì)兩者的抑制程度相似。該結(jié)果與發(fā)芽率試驗(yàn)結(jié)果相似。

圖3 鹽脅迫對(duì)野生型R401和突變體sst芽苗期地上部長的影響

2.4 鹽脅迫對(duì)突變體sst芽苗期苗鮮重的影響

非脅迫條件下，野生型和突變體的苗鮮重差異不顯著，而鹽脅迫下突變體的苗鮮重顯著低于野生型。鹽脅迫下，野生型和突變體的苗鮮重均極顯著低于非脅迫對(duì)照(圖4A)。野生型的相對(duì)苗鮮重為61.7%，突變體的相對(duì)苗鮮重為56.3%，二者差異不顯著(圖4B)。以上表明，鹽脅迫對(duì)野生型和突變體的苗鮮重均有抑制效應(yīng)，且對(duì)兩者的抑制程度相似。該結(jié)果與發(fā)芽率試驗(yàn)結(jié)果和地上部長度試驗(yàn)結(jié)果相似。

圖4 鹽脅迫對(duì)野生型R401和突變體sst芽苗期苗鮮重的影響

3 討論與結(jié)論

水稻苗期耐鹽突變體sst是野生型R401的OsSPL10基因突變產(chǎn)生的，在鹽脅迫條件下野生型R401幼苗全部枯死，而突變體sst幼苗依然存活[15]。本研究表明，非脅迫條件下OsSPL10突變可以影響水稻的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，這是OsSPL10突變體sst的一個(gè)新表型。鹽脅迫后突變體的相對(duì)根數(shù)(28.7%)極顯著低于野生型的相對(duì)根數(shù)(60.2%)，可見OsSPL10突變導(dǎo)致水稻芽苗期側(cè)根的生長發(fā)育對(duì)鹽脅迫更敏感。OsSPL10屬于SPL基因家族，含有SBP-box保守結(jié)構(gòu)域，其編碼產(chǎn)物可能以轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮功能[15]。SPL基因編碼植物特有的轉(zhuǎn)錄因子，在植物的生長發(fā)育中扮演重要角色[16]。因此，本研究中OsSPL10突變可能影響了水稻生長發(fā)育，導(dǎo)致其發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率受到影響，同時(shí)芽苗期側(cè)根的生長對(duì)鹽脅迫更敏感。

突變體sst表現(xiàn)為苗期耐鹽[15]，而本研究中鹽脅迫下突變體sst在芽苗期并未表現(xiàn)出優(yōu)于野生型R401的耐鹽性。有研究報(bào)道，芽期耐鹽性和苗期耐鹽性之間不存在嚴(yán)格的相關(guān)性[21]。同一水稻種質(zhì)在芽期的耐鹽能力和苗期表現(xiàn)不一致，兩者的相關(guān)系數(shù)很低，可能是水稻芽期和苗期的耐鹽機(jī)理不同。芽期耐鹽性主要機(jī)理是生物機(jī)體抵抗?jié)B透脅迫，而苗期耐鹽除了通過調(diào)節(jié)滲透勢(shì)拒絕鹽離子進(jìn)入體內(nèi)外，植物吸收鹽分后還會(huì)主動(dòng)將其排泄到莖葉表面[22]。由此可見，水稻芽期和苗期耐鹽性的相關(guān)性比較小，在水稻耐鹽性分子機(jī)理研究和耐鹽育種實(shí)踐中應(yīng)加以區(qū)別。

本研究中鹽脅迫對(duì)野生型R401和突變體sst的發(fā)芽勢(shì)均有抑制效應(yīng)，且對(duì)突變體的抑制更顯著，即突變體對(duì)鹽脅迫更敏感，該結(jié)果與突變體sst的苗期耐鹽性正好相反。鹽脅迫對(duì)野生型和突變體的發(fā)芽率均有抑制效應(yīng)，且對(duì)兩者的抑制程度相似。地上部長度和苗鮮重的鹽脅迫試驗(yàn)結(jié)果與發(fā)芽率試驗(yàn)結(jié)果相似?？梢婋S著生長發(fā)育的推進(jìn)，突變體sst的耐鹽性逐漸提高，到達(dá)苗期時(shí)其耐鹽性已優(yōu)于野生型。