加拿大披堿草新品系耐鹽性生理研究

劉亞玲，趙 彥，張家赫，姜麗霞

（1.內(nèi)蒙古蒙草生態(tài)環(huán)境（集團(tuán)）股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010030；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與環(huán)境資源學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校，內(nèi)蒙古呼和浩特 010011）

加拿大披堿草（Elymus canadensis L.），多年生草本植物，屬于禾本科披堿草屬，原產(chǎn)于北美。具有抗逆性強(qiáng)、適口性好、適應(yīng)性廣等優(yōu)良特性[1-4]。20世紀(jì)80年代，云錦鳳教授對(duì)該種在國內(nèi)進(jìn)行引種馴化。經(jīng)過30年的研究，從中選育出了抗旱性、耐鹽性表現(xiàn)突出的新種質(zhì)材料，目前，已將其培育成加拿大披堿草新品系。本研究以加拿大披堿草新品系為試驗(yàn)材料，從生理生化水平上研究高鹽脅迫下加拿大披堿草的耐鹽性生理特征，為今后在干旱地區(qū)示范推廣提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 植物材料

本試驗(yàn)材料為加拿大披堿草新品系和老芒麥（Elymus sibiricicus L.），在人工智能溫室進(jìn)行幼苗耐鹽試驗(yàn)，濕度為58%～62%，溫度為27～30℃。試驗(yàn)采用盆栽法，種子在培養(yǎng)皿發(fā)芽后，栽植到含鹽量極低的風(fēng)干苗圃土的花盆中?；ㄅ鑳?nèi)徑18.5 cm，底徑12.5 cm，高14 cm。土與花盆共重2.5 kg。每盆定株10株，重復(fù)3次。待到植物分蘗期時(shí)，用濃度為2%的NaCl處理幼苗。以原始干土重計(jì)算，每盆澆注400 mL鹽溶液，對(duì)照澆400 mL蒸餾水，鹽脅迫期間每2 d稱花盆的重量，用蒸餾水補(bǔ)充蒸發(fā)的水分，以保持鹽濃度不變；在鹽脅迫進(jìn)行到第7天，試驗(yàn)材料表現(xiàn)出鹽脅迫毒害的形態(tài)特征變化時(shí)，取供試材料的根部及葉片，對(duì)各項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試[5-6]。

1.2 方法

測(cè)定的生理指標(biāo)包括細(xì)胞膜透性、丙二醛、游離脯氨酸、可溶性糖及葉綠素含量。測(cè)定方法：細(xì)胞膜透性采用電導(dǎo)率法，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法，游離脯氨酸含量采用茚三酮法，可溶性糖的測(cè)定采用蒽酮比色法，葉綠素的測(cè)定采用光電比色法[7]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

對(duì)所測(cè)定的數(shù)據(jù)采用Excel處理后，再利用SAS9.0軟件進(jìn)行方差分析，并對(duì)5種抗鹽性生理指標(biāo)做相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 細(xì)胞膜透性測(cè)定

不良環(huán)境會(huì)造成膜的傷害，細(xì)胞膜透性增加，電解質(zhì)外滲，外滲的電解質(zhì)引起溶液電導(dǎo)率的變化，以此來反映細(xì)胞膜的傷害程度[8]。

根據(jù)表1的方差分析，2%NaCl脅迫處理7 d，在對(duì)照和處理?xiàng)l件下，加拿大披堿草新品系根的電導(dǎo)率分別為0.13 μs/cm和0.82 μs/cm；葉片的電導(dǎo)率分別為0.63 μs/cm和0.95 μs/cm；加拿大披堿草的根和葉片電導(dǎo)率分別為對(duì)照的6.31倍和1.51倍。由此可見，在2%的鹽濃度7 d的處理?xiàng)l件下，加拿大披堿草根和葉片的細(xì)胞膜透性都呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì)（P<0.05）。

表1 鹽脅迫下加拿大披堿草新品系電導(dǎo)率方差分析結(jié)果

據(jù)圖1顯示，加拿大披堿草葉片的細(xì)胞膜透性高于根，在2%鹽濃度處理?xiàng)l件下，根的細(xì)胞膜透性增加幅度遠(yuǎn)大于葉片的增幅。

2.2 丙二醛含量的測(cè)定

丙二醛的含量用于表示細(xì)胞膜脂過氧化程度和植物對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱[9]。

由表2可見，在對(duì)照和處理?xiàng)l件下加拿大披堿草新品系葉片的丙二醛含量分別為38.72 nmol/g和137.85 nmol/g；根的丙二醛含量分別為55.76 nmol/g和112.88 nmol/g；2%NaCl處理下加拿大披堿草新品系的根和葉片丙二醛含量分別為對(duì)照的2.02倍和3.56倍。因此，在2%NaCl脅迫7 d條件下，加拿大披堿草新品系根和葉片的丙二醛含量都呈現(xiàn)顯著增加（P<0.05）。

表2 鹽脅迫下加拿大披堿草新品系丙二醛方差分析結(jié)果

據(jù)圖2顯示，加拿大披堿草葉片的丙二醛含量低于根，葉片的丙二醛含量增加幅度高于根，這說明在高鹽脅迫下，加拿大披堿草新品系葉片受到傷害程度明顯大于根部。

2.3 游離脯氨酸含量的測(cè)定

植物體內(nèi)脯胺酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性[10]。

由表3可見，在對(duì)照和處理?xiàng)l件下加拿大披堿草新品系葉片的脯氨酸含量分別為8.69 μg/g和15.97 μg/g；根的脯氨酸含量分別為 9.56 μg/g 和29.59 μg/g；2%鹽濃度處理下加拿大披堿草的根和葉片脯氨酸含量分別為對(duì)照的3.10倍和1.84倍。由此，在2%NaCl處理7 d的條件下，加拿大披堿草新品系的根和葉片脯氨酸含量都呈現(xiàn)顯著增加（P<0.05）。

表3 鹽脅迫下加拿大披堿草新品系游離脯氨酸方差分析結(jié)果

據(jù)圖3顯示，加拿大披堿草新品系葉片的脯氨酸含量和增加幅度都小于根部，這說明在2%NaCl處理?xiàng)l件下，加拿大披堿草新品系葉片受到高鹽脅迫的傷害要小于根部。

2.4 可溶性糖含量的測(cè)定

根據(jù)表4，在2%NaCl 7 d處理下，對(duì)照和處理?xiàng)l件下加拿大披堿草新品系葉片可溶性糖含量分別為0.08%和0.22%；根的可溶性糖含量分別為0.09%和0.14%；2%鹽濃度處理下加拿大披堿草的根和葉片可溶性糖含量分別為對(duì)照的1.56倍和2.75倍。由此可見，在2%的鹽濃度7 d的處理?xiàng)l件下，加拿大披堿草根和葉片的可溶性糖含量都呈現(xiàn)顯著增加（P<0.05）。

表4 鹽脅迫下加拿大披堿草新品系可溶性糖方差分析結(jié)果

據(jù)圖4顯示，加拿大披堿草新品系葉片和根部可溶性糖含量基本相當(dāng)，但在2%鹽濃度處理?xiàng)l件下，葉片的可溶性糖含量增加幅度高于根部。

2.5 葉綠素含量的測(cè)定

葉片葉綠素含量多少與植物光合作用密切相關(guān)，葉綠素含量的測(cè)定無論在生理上還是選育品種以及抗性研究等方面都十分必要。

由表5和圖5可知，在2%NaCl處理7 d條件下，加拿大披堿草新品系葉綠素a含量對(duì)照和處理分別為25.94 mg/g和20.32 mg/g，葉綠素b含量對(duì)照和處理分別為35.18 mg/g和27.57 mg/g，總?cè)~綠素含量對(duì)照和處理分別為61.12 mg/g和47.89 mg/g；2%NaCl處理加拿大披堿草新品系葉綠素a、葉綠素b含量和總?cè)~綠素含量分別為對(duì)照的78.33%、78.37%和77.59%。由此可見，在2%NaCl處理7 d條件下，加拿大披堿草新品系葉片的葉綠素含量都呈顯著降低（P＜0.05）。

表5 鹽脅迫下加拿大披堿草新品系葉綠素方差分析結(jié)果

2.6 加拿大披堿草新品系耐鹽生理生化指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

由表6可知，2%NaCl脅迫下，加拿大披堿草新品系電導(dǎo)率與丙二醛含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與脯氨酸含量和可溶性糖含量呈正相關(guān)性，但相關(guān)性不顯著（P＞0.05），與葉綠素呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；丙二醛含量與脯氨酸含量和可溶性糖含量呈正相關(guān)性，但相關(guān)性不顯著（P＞0.05），與葉綠素呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.10）；脯氨酸含量和可溶性糖呈顯著正相關(guān)（P＜0.10），葉綠素呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著（P＞0.05）；可溶性糖與葉綠素呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著（P＞0.05）。

表6 鹽脅迫下加拿大披堿草新品系各生理生化指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

2.7 加拿大披堿草新品系與老芒麥耐鹽性比較

根據(jù)圖6可知，在2%NaCl處理7 d的條件下，老芒麥葉片的電導(dǎo)率、丙二醛含量、游離脯氨酸含量、可溶性糖含量分別為0.54 μs/cm、54.43 nmol/g、19.12 μg/g和0.10%；老芒麥的根部電導(dǎo)率、丙二醛含量、游離脯氨酸含量、可溶性糖含量分別為0.18 μs/cm、52.88 nmol/g、9.82 μg/g 和 0.07%；老芒麥葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量分別為14.47 mg/g、26.17 mg/g和 40.63 mg/g。老芒麥的各項(xiàng)指標(biāo)都顯著低于加拿大披堿草新品系。由此可見，老芒麥的耐鹽性低于加拿大披堿草新品系。

3 討論

3.1 細(xì)胞膜系統(tǒng)對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)

肖雯等[11]研究證實(shí)，膜透性的大小可以反映質(zhì)膜受損傷的程度，數(shù)值越大質(zhì)膜受到的傷害就越大。細(xì)胞膜受傷害程度可以通過細(xì)胞組織的相對(duì)外滲電導(dǎo)率進(jìn)行了解，膜的傷害程度越大、細(xì)胞的電導(dǎo)率值越大。本試驗(yàn)中，在高鹽脅迫下，加拿大披堿草新品系根部及葉片電導(dǎo)率均顯著增加，加拿大披堿草新品系根部在NaCl脅迫下，電導(dǎo)率增加較葉片緩慢，說明根部細(xì)胞膜受傷害程度較低，對(duì)鹽脅迫耐受能力較葉片強(qiáng)。

丙二醛（MDA）是細(xì)胞膜質(zhì)過氧化指標(biāo)，表示細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度與植物對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱。當(dāng)丙二醛含量大幅度上升時(shí)，表明植物體內(nèi)細(xì)胞受到嚴(yán)重破壞，因此，其含量也可以說明植物遭受逆境傷害的程度大??；增幅越大，植物細(xì)胞受傷害程度越大[12-13]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在高鹽脅迫下，加拿大披堿草新品系根和葉片丙二醛含量均顯著增加，并且，與根的丙二醛含量相比較，葉片增加較多，說明葉片細(xì)胞膜系統(tǒng)受傷害較大。

3.2 脯氨酸和可溶性糖對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)

植物在正常生長條件下，脯氨酸的含量低，但在逆境時(shí)，脯氨酸在細(xì)胞質(zhì)中會(huì)大量積累達(dá)幾十倍甚至幾百倍以進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)。在本試驗(yàn)中，在2%濃度鹽脅迫下，加拿大披堿草新品系根部和葉片的游離脯氨酸均呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì)。游離脯氨酸變化與脅迫強(qiáng)度，抗性之間關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

可溶性糖是逆境條件下許多非鹽生植物的滲透調(diào)節(jié)劑[14]，植物體內(nèi)累積可溶性糖是對(duì)水分脅迫的應(yīng)激反應(yīng)[15]。雖然一般認(rèn)為在滲透脅迫壓力下游離脯氨酸和可溶性糖作為有機(jī)滲透物質(zhì)而積累，但普遍認(rèn)為可溶性糖含量的增加是植物對(duì)水分脅迫的一種適應(yīng)機(jī)制。本研究中加拿大披堿草新品系可溶性糖含量在鹽脅迫下呈增加趨勢(shì)。

3.3 葉綠素對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)

葉綠素作為光合色素，參與光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化，在植物光合作用中起著關(guān)鍵性的作用。本研究結(jié)果表明，加拿大披堿草葉片中葉綠素a、葉綠素b含量及總?cè)~綠素含量在2%NaCl脅迫下顯著降低，這主要是由于鹽脅迫使葉綠素與葉綠體蛋白結(jié)合變松，更多的葉綠素遭到破壞，最終導(dǎo)致光合作用降低，尤其是過量的O-滲入細(xì)胞后，使原生質(zhì)凝聚，葉綠素破壞。王澤港等[16]研究水稻干旱認(rèn)為，葉綠素a比葉綠素b的影響更大。

4 結(jié)論

在本研究中，通過對(duì)濃度為2%NaCl脅迫7 d條件下，加拿大披堿草新品系耐鹽性生理特性的分析，得出如下結(jié)論：1○電導(dǎo)率上升，即細(xì)胞膜透性增大；丙二醛含量增加，游離脯氨酸含量增加，可溶性糖含量增加，葉綠素含量降低。2○根據(jù)加拿大披堿草新品系5個(gè)生理指標(biāo)的分析，得出加拿大披堿草在2%濃度的鹽脅迫條件下，其葉片的受害程度大于根部。3○加拿大披堿草新品系的耐鹽性高于對(duì)照品種老芒麥。

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