5種菌草苗期抗鹽性的評價

林興生，林占熺，林冬梅，林 輝，羅海凌，胡應平，林春梅，朱朝枝

(1.福建農(nóng)林大學菌草研究所/國家菌草工程技術研究中心;2.福建農(nóng)林大學金山學院，福建福州350002)

1986年，福建農(nóng)林大學發(fā)明了菌草技術，經(jīng)過20多年的發(fā)展，已形成了配套綜合技術.菌草技術具有太陽能利用率高、資源利用率高、投資少、周期短、見效快等優(yōu)點，目前已傳播到87個國家，已在我國31個省、市的386個縣(市)應用.菌草是指營養(yǎng)適合食用菌、藥用菌等微生物生長需要，太陽能利用率高，適應性強，具有某些優(yōu)良特性，可作為食用菌、藥用菌等微生物培養(yǎng)基并具有綜合開發(fā)利用價值的草本植物.菌草技術是指菌草優(yōu)良品種選育、栽培與加工、生物轉(zhuǎn)化、綜合利用的系列技術與工藝.菌草業(yè)是指菌草技術產(chǎn)業(yè)化形成的新興產(chǎn)業(yè)［1］.利用菌草技術發(fā)展菌草業(yè)，既能增加農(nóng)民收入，脫貧致富，又能改善生態(tài)環(huán)境，把社會、經(jīng)濟、生態(tài)三大效益有機結(jié)合起來，其發(fā)展前景十分廣闊［2］，但作為新興產(chǎn)業(yè)目前仍存在不少發(fā)展瓶頸，其瓶頸之一是菌草抗性(抗鹽、抗堿、抗寒、抗旱等)品種的選育.

福建農(nóng)林大學菌草研究所收集有45種菌草，其中，萊竹(Arundo sp.)、蘆竹(Arundo donax)、巨菌草(Pennisetum sp.)、象草(Pennisetum purpureum)、稗草(Echinochloa crusgalli)等菌草被人工種植和廣泛應用.萊竹從萊索托引進，萊索托位于非洲東南部，海拔1400－3482 m，是世界上平均海拔最高的國家，屬大陸性亞熱帶氣候，萊竹在萊索托全境均有分布，能正常越冬，耐旱、耐澇、耐瘠薄.蘆竹為多年生草本植物，有地下莖，莖稈直立挺拔，葉片寬大鮮綠，在我國分布甚廣，北起遼寧，南至廣西，其適應能力很強，耐旱、耐澇、耐熱、耐寒、耐貧瘠，在沼澤地、河灘地、河岸、沙荒或曠野地上都能生長［3］.巨菌草原產(chǎn)于非洲，隸屬禾本科(Poaceae)狼尾草屬(Pennisetum)，為多年生C4植物，直立、叢生，株高一般為300－580 cm，根系發(fā)達，分蘗能力強，年產(chǎn)鮮草200 t·hm－2以上.象草莖高200－300 cm，年產(chǎn)鮮草106－252 t·hm－2，喜溫暖濕潤氣候，23－35℃時生長迅速［4］.稗草為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的飼料作物，既耐低濕鹽堿又抗高濕干旱，株高130－210 cm，每公頃產(chǎn)干草15 t以上、籽實4.5 t以上，具有較強的再生力［5］.

土壤鹽漬化嚴重影響和限制植物生長，是當前危害資源與生態(tài)的世界性問題之一，我國鹽漬土地面積達3000萬hm2，是鹽漬危害較嚴重的國家［6－7］.我國耕地面積逐年遞減，利用鹽漬土資源發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和改善生態(tài)環(huán)境是一項長期的重要任務，其意義重大［8］.前人對植物抗鹽性做了大量研究，草的抗鹽性研究主要集中在高羊茅、早熟禾、黑麥草、狗牙根、結(jié)縷草、芨芨草、翦股穎等草坪草［9］和苜蓿、白三葉、蘇丹草、羊草、賴草、高冰草等牧草［10－11］.研究表明，植物在受到鹽脅迫時，通過生理反應表現(xiàn)出不同程度的抗性.崔英［12］研究顯示，高加索三葉草、紅三葉草、白三葉草種子萌發(fā)期的耐鹽半致死濃度分別為0.8%、0.7%、0.4%，耐鹽極限濃度分別為 1.2%、1.2%、0.9%;楊華［13］研究認為，百喜草、假儉草、狗牙根、中華結(jié)縷草鹽分脅迫極限濃度分別為0.6%、0.9%、1.2%、1.5%.目前對稗草、萊竹、蘆竹、巨菌草、象草等5種菌草的抗鹽性研究鮮有報道，本試驗通過研究5種菌草苗期的抗鹽特性，旨在篩選出抗鹽的菌草以滿足國內(nèi)外鹽漬地區(qū)發(fā)展菌草業(yè)的需要.

1 材料與方法

1.1 菌草來源

供試5種菌草分別為稗草、萊竹、蘆竹、巨菌草、象草.其中，萊竹從萊索托引進，巨菌草從南非引進，萊竹、巨菌草尚未定名，稗草為北方抗鹽堿品種.5種菌草均種植在福建農(nóng)林大學菌草研究所菌草圃.

1.2 試驗設計

以土壤條件一致的砂質(zhì)土為培養(yǎng)基質(zhì)，用塑料營養(yǎng)袋作栽培容器.由于5種菌草繁殖方式不同，萊竹、蘆竹扦插難以成活，故采用組培苗移苗栽培;稗草采用播種法育苗;巨菌草和象草采用扦插法育苗.每種菌草每個處理種植30袋，設3個重復.萊竹、蘆竹、稗草每袋種植10株，巨菌草、象草每袋5株，待不同菌草植株長至20 cm高時，用不同濃度的NaCl進行處理模擬鹽脅迫.NaCl濃度分別為0(CK)、50、100、150、200、250 mmol·L－1，每個處理重復3次.每天上午8:00和下午16:30各用NaCl澆透，共處理5 d，處理后分兩組:一組隨機剪取葉片，測定苗期相應的生理生化指標;另一組在自然條件下進行恢復試驗，用清水澆灌，觀察苗期的生長情況并測定死亡率.

1.3 指標測定

可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，細胞膜透性采用電導儀法測定，丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定，過氧化氫酶(catalase，CAT)活性采用紫外吸收法測定［14］;超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性采用NBT還原法測定，過氧化物酶活性(peroxidase，POD)活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測定［15］.

1.4 抗鹽能力綜合評價

根據(jù)各項生理指標的高低和變化幅度的大小，應用隸屬函數(shù)法進行綜合分析.指標與抗鹽能力呈正相關時采用方程:X(μ)=(Xij－Xmin)/(Xmax－Xmin)，指標與抗鹽能力呈負相關時采用方程:X(μ)=1－(Xij－Xmin)/(Xmax－Xmin).式中，X(μ)為隸屬函數(shù)值，Xij為各指標的值或變化值，Xmax為各種對應指標的最大值，Xmin為各種對應指標的最小值［16］.累加各品種各指標的具體隸屬值，并求出平均值后進行比較.平均值越大，抗鹽能力越強.

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS、Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)分析，用單因素方差分析處理間的差異.

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對5種菌草苗期死亡率的影響

在不同濃度NaCl脅迫下恢復試驗20 d后，不同菌草的外部形態(tài)特征變化不同.50 mmol·L－1NaCl脅迫下，萊竹、蘆竹、稗草生長旺盛，未現(xiàn)受害特征;巨菌草、象草少數(shù)植株葉片呈輕微的失綠癥狀.100 mmol·L－1NaCl脅迫下，蘆竹生長旺盛，未現(xiàn)受害特征;稗草、萊竹葉片呈失綠癥狀;巨菌草、象草葉片發(fā)黃，綠色葉片少，部分植株根系呈明顯的受害癥狀.150 mmol·L－1NaCl脅迫下，蘆竹部分葉片發(fā)黃，根系出現(xiàn)受害癥狀;稗草、萊竹地上部分受害癥狀加重，葉片枯黃，根系呈明顯受害癥狀;巨菌草、象草葉片枯黃，根系現(xiàn)嚴重受害癥狀，失去彈性，色澤暗，植株死亡.200 mmol·L－1NaCl脅迫下，除蘆竹部分植株存活，其余4種菌草已死亡.250 mmol·L－1NaCl脅迫下，5種菌草均死亡.

從表1可以看出，5種菌草苗期的死亡率隨著NaCl濃度的升高呈增大的趨勢.NaCl濃度為50 mmol·L－1時對各種菌草的生長幾乎沒有影響.NaCl濃度為150 mmol·L－1時，蘆竹的死亡率最低，為39%，與其他菌草的差異顯著;萊竹、稗草的死亡率差異不顯著，分別為73%、68%;象草、巨菌草的死亡率差異不顯著，分別為98%、96%.NaCl濃度為200 mmol·L－1時，蘆竹的死亡率最低，為78%，與其他菌草的差異顯著;稗草的死亡率為98%，萊竹、象草、巨菌草均不能成活，4種菌草的死亡率差異不顯著.NaCl濃度為250 mmol·L－1時，5 種菌草均不能成活.

表1 NaCl脅迫下5種菌草苗期的死亡率1)Table 1 The mortality rate of 5 species of Juncao stressed by different concentration of NaCl solution at seedling stage %

對菌草苗期死亡率與NaCl脅迫濃度進行回歸分析.結(jié)果(表2)表明，稗草、萊竹、蘆竹、巨菌草、象草的半致死 NaCl脅迫濃度分別為 132.6、129.8、164.1、114.9、105.9 mmol·L－1，極限濃度分別為 223.7、219.5、250.0、204.4、202.3 mmol·L－1.5 種菌草抗鹽能力的強弱為:蘆竹 ＞稗草 ＞萊竹 ＞巨菌草 ＞ 象草.

表2 5種菌草苗期死亡率與NaCl濃度的回歸分析Table 2 Regress analysis on the mortality rate of 5 species of Juncao and NaCl concentrations at seedling stage

2.2 NaCl脅迫對5種菌草苗期可溶性糖含量的影響

可溶性糖可提高細胞液的濃度，增強植物細胞的保水力，從而提高植物的抗逆性，是植物體內(nèi)滲透保護物質(zhì)［17］.除蘆竹外，其余菌草可溶性糖含量隨著NaCl濃度的升高總體上呈先升后降的趨勢，蘆竹增幅最大.NaCl濃度為150 mmol·L－1時，稗草、萊竹、蘆竹、巨菌草、象草的可溶性糖含量均顯著高于對照(P ＜0.05)，其增幅分別為 78.8%、64.7%、120.8%、59.5%、53.7%，5 種菌草積累可溶性糖，通過滲透調(diào)節(jié)以抵御逆境的能力大小為:蘆竹＞稗草＞萊竹＞巨菌草＞象草(表3).

表3 NaCl脅迫下5種菌草苗期的可溶性糖含量1)Table 3 Soluble sugar content of 5 species of Juncao stressed by different concentration of NaCl solution at seedling stage

2.3 NaCl脅迫對5種菌草苗期SOD活性的影響

SOD能催化細胞內(nèi)O2活化的第一個中間產(chǎn)物O2·－發(fā)生歧化反應生成O2和H2O2，是植物體內(nèi)清除的關鍵［18］.萊竹、蘆竹的SOD活性隨著NaCl濃度的升高而增大，稗草、巨菌草、象草的SOD活性總體上呈先升后降的趨勢.NaCl濃度為150 mmol·L－1時，稗草、萊竹、蘆竹、巨菌草、象草的SOD活性均顯著高于對照(P ＜0.05)，其增幅分別為 169.0%、144.7%、242.9%、90.2%、89.4%，5 種菌草 SOD 活性的變化幅度及大小為:蘆竹＞稗草＞萊竹＞巨菌草＞象草(表4).

表4 NaCl脅迫下5種菌草苗期的SOD活性1)Table 4 Activity of superoxide dismutase of 5 species of Juncao stressed by different NaCl concentration at seedling stage

2.4 NaCl脅迫對5種菌草苗期POD活性的影響

POD能催化H2O2生成H2O和O2，從而使細胞中H2O2的含量維持在一定的水平，消除過多的H2O2對細胞的氧化損傷［18］.萊竹、蘆竹的POD活性隨著NaCl濃度的升高而增大，稗草、巨菌草、象草的POD活性總體上呈先升后降的趨勢.NaCl濃度為150 mmol·L－1時，稗草、萊竹、蘆竹、巨菌草、象草的POD活性均顯著高于對照(P ＜0.05)，其增幅分別為 88.5%、101.7%、129.9%、50.9%、58.8%，5 種菌草 POD 活性的變化幅度及大小為:蘆竹＞萊竹＞稗草＞象草＞巨菌草(表5).1)－表示幼苗已死亡;同列數(shù)據(jù)后附不同字母者表示差異顯著(P＜0.05)，附相同字母者表示差異不顯著(P＞0.05).

表5 NaCl脅迫下5種菌草苗期的POD活性1)Table 5 Activity of peroxidase of 5 species of Juncao stressed by different NaCl concentration at seedling stage

2.5 NaCl脅迫對5種菌草苗期CAT活性的影響

CAT與POD、SOD均是植物對膜脂過氧化的酶促防御系統(tǒng)的保護酶，逆境條件下，這些保護酶實際上是一個抗氧化的膜保護系統(tǒng)，能夠清除體內(nèi)多余的自由基［19］.萊竹、蘆竹的CAT活性隨著NaCl濃度的升高而增大，稗草、巨菌草、象草的CAT活性總體上呈先升后降的趨勢.NaCl濃度為150 mmol·L－1時，稗草、萊竹、蘆竹的CAT活性分別比對照高214.3%、136.3%、128.6%，而巨菌草、象草則分別比對照低10.5%、17.3%，5種菌草CAT活性的變化幅度及大小為:稗草＞萊竹＞蘆竹＞巨菌草＞象草(表6).

表6 NaCl脅迫下5種菌草苗期的CAT活性1)Table 6 Activity of catalase of 5 species of Juncao stressed by different NaCl concentration at seedling stage

2.6 NaCl脅迫對5種菌草苗期細胞膜透性的影響

植物細胞膜受損程度與其組織導電能力密切相關，電導率可表示細胞膜透性的大小，并反映在逆境條件下的透性變化和受損程度，電導率提高，表明膜受損程度加重［20－21］.5種菌草的細胞膜透性隨著NaCl濃度的升高而增大.NaCl濃度為150 mmol·L－1時，稗草、萊竹、蘆竹、巨菌草、象草的電導率均顯著高于對照(P ＜0.05)，其增幅分別為 99.1%、104.1%、72.9%、130.5%、131.6%，5 種菌草膜脂受損程度的大小為:象草＞巨菌草＞萊竹＞稗草＞蘆竹(表7).

表7 NaCl脅迫下5種菌草苗期的相對電導率1)Table 7 Relative electric conductivity of 5 species of Juncao stressed by different concentration of NaCl solution at seedling stage %

2.7 NaCl脅迫對5種菌草苗期MDA含量的影響

MDA通過與膜結(jié)構(gòu)上的蛋白質(zhì)和酶結(jié)合、交聯(lián)而使其失去活性，是細胞毒性物質(zhì)，會破壞膜結(jié)構(gòu)，是膜脂過氧化的主要產(chǎn)物，其量的多少可反映逆境脅迫對植物造成氧化損害的程度［22］.萊竹、蘆竹的MDA含量隨著NaCl濃度的升高而增大，稗草、巨菌草、象草的MDA含量總體上呈先升后降的趨勢，這可能是因為隨著NaCl濃度的升高，酶系統(tǒng)功能加強，清除了體內(nèi)積累的O－·2，從而使MDA含量下降，方志紅等［23］在NaCl脅迫影響堿蒿活性氧產(chǎn)生及抗氧化酶活性的研究中，得出相同的結(jié)果.NaCl濃度為150 mmol·L－1時，稗草、萊竹、蘆竹、巨菌草、象草的 MDA含量均顯著高于對照(P＜0.05)，其增幅分別為201.5%、220.5%、171.0%、229.8%、243.2%，5種菌草膜脂受損程度大小為:象草 ＞巨菌草 ＞萊竹 ＞稗草 ＞蘆竹(表8).

2.8 5種菌草苗期抗鹽性的綜合評價

對各種生理指標的隸屬函數(shù)分析可知，蘆竹的隸屬函數(shù)平均值最高，達0.94，其次是稗草，為0.58，象草最低，為0.02.5種菌草抗鹽能力強弱為:蘆竹＞稗草＞萊竹＞巨菌草＞象草(表9).

表8 NaCl脅迫下5種菌草苗期的MDA含量1)Table 8 Malondialdehyde content of 5 species of Juncao stressed by different NaCl concentration at seedling stage

表9 5種菌草苗期抗鹽能力的綜合評價Table 9 Comprehensive appraisal of the salt-resistance ability of 5 species of Juncao at seedling stage

3 討論

(1)植物耐鹽性在種間、品種(系)間及不同個體間都存在顯著差異，鹽分對植物的脅迫主要是滲透脅迫和鹽分脅迫［24］.本試驗結(jié)果表明，可溶性糖含量，SOD、POD、CAT活性，細胞膜透性，MDA含量等可作為衡量稗草、萊竹、蘆竹、巨菌草、象草等5種菌草膜系統(tǒng)的損傷程度及抗鹽能力強弱的重要指標，結(jié)合恢復試驗死亡率，5種菌草抗鹽能力的大小為:蘆竹＞稗草＞萊竹＞巨菌草＞象草.

(2)耐鹽性是一個受多種因素影響的復雜數(shù)量性狀，不同物種對某一具體指標的耐鹽性反應不一定相同，因此，單一指標難以全面準確地反映耐鹽性的強弱［25］.張國新等［16］采用隸屬函數(shù)法鑒定水稻品種耐鹽性的結(jié)果表明，隸屬函數(shù)分析提供了一條在多指標測定的基礎上對材料特性進行綜合評價的途徑，將其應用于水稻耐鹽育種的研究，可大大提高水稻耐鹽性篩選的可靠性.魏永勝等［26］采用隸屬函數(shù)法評價苜?？购敌缘慕Y(jié)果表明，隸屬函數(shù)分析雖然不是絕對的抗旱分析方法，但通過充分利用多個指標進行綜合評價，可克服僅利用少數(shù)指標對品種進行評價的不足，更能揭示不同植物或同種植物不同品種間差異的實質(zhì)，從而提高抗旱鑒定的準確性.本試驗中，可能因為不同品種菌草對鹽脅迫的反應不同，因此不同生理指標的變化有差異，單一指標難以區(qū)分不同菌草的抗鹽能力，通過隸屬函數(shù)綜合評價不同菌草的抗鹽能力，其結(jié)果與恢復試驗的結(jié)果一致，提高了抗鹽品種篩選的可靠性和準確性.

(3)植物的生長受環(huán)境、氣候及各種因素的影響，其抗鹽能力也是受綜合因素影響的，植物對鹽脅迫的反應通過生長發(fā)育、代謝過程及生理生態(tài)適應等方面的協(xié)同表現(xiàn)，只有通過適應性及各種環(huán)境條件下栽培，才能更準確地反應其真正的抗鹽能力，5種菌草將在多點多地的實際推廣應用中進一步驗證其現(xiàn)實的抗鹽能力.

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