基于超弱光子輻射評(píng)價(jià)玉米萌發(fā)期耐鹽性的方法

習(xí) 崗，趙燕燕，劉 鍇，賀瑞瑞

（西安理工大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用物理系，西安 710048）

基于超弱光子輻射評(píng)價(jià)玉米萌發(fā)期耐鹽性的方法

習(xí) 崗，趙燕燕，劉 鍇，賀瑞瑞

（西安理工大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用物理系，西安 710048）

為了探索作物萌發(fā)期耐鹽性評(píng)價(jià)的無損檢測(cè)方法，采用100 mmol/L的NaCl溶液形成鹽脅迫，研究了NaCl脅迫下2個(gè)玉米品種萬瑞168號(hào)和鄭單958號(hào)種子萌發(fā)過程中超弱光子輻射的變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在正常萌發(fā)過程中，2個(gè)玉米品種的種子自發(fā)光子輻射強(qiáng)度與鮮質(zhì)量都呈現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，相關(guān)系數(shù)r分別為0.962 51和0.982 27；在NaCl脅迫下，2個(gè)玉米品種的自發(fā)光子輻射強(qiáng)度與種子鮮質(zhì)量的變化也呈現(xiàn)正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r分別為0.983 57和0.991 06，NaCl脅迫對(duì)萌發(fā)過程中2個(gè)玉米品種自發(fā)光子輻射和種子鮮質(zhì)量的升高都有抑制作用。研究還發(fā)現(xiàn)，2個(gè)玉米品種在LED誘導(dǎo)下的延遲光子輻射也隨著萌發(fā)進(jìn)程逐漸增長(zhǎng)，NaCl脅迫對(duì)2個(gè)玉米品種LED誘導(dǎo)下的延遲光子輻射的增長(zhǎng)有不同的抑制作用。采用NaCl脅迫下萌發(fā)種子自發(fā)光子輻射的相對(duì)抑制率和延遲光子輻射的相對(duì)抑制率評(píng)價(jià)2個(gè)玉米品種萌發(fā)期耐鹽性的強(qiáng)弱，評(píng)價(jià)結(jié)果與采用NaCl脅迫下種子萌發(fā)耐鹽指數(shù)和儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的評(píng)價(jià)結(jié)果是相同的，表明根據(jù)NaCl脅迫下萌發(fā)種子自發(fā)光子輻射或者延遲光子輻射相對(duì)抑制率的大小可以無損傷的診斷與評(píng)價(jià)玉米萌發(fā)期耐鹽性的強(qiáng)弱。

萌發(fā)；作物；鹽；NaCl脅迫；玉米；自發(fā)光子輻射；延遲光子輻射；耐鹽性評(píng)價(jià)

習(xí) 崗，趙燕燕，劉 鍇，賀瑞瑞.基于超弱光子輻射評(píng)價(jià)玉米萌發(fā)期耐鹽性的方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（6）：211-217. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.029 http://www.tcsae.org

Xi Gang,Zhao Yanyan,Liu Kai,He Ruirui.Evaluation method of corn salt resistance during germination based on ultra weak photon emission[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE）,2016,32(6):211－217. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.029 http://www.tcsae.org

0 引言

全球約有20%的耕地出現(xiàn)了鹽漬化[1]，中國(guó)鹽堿化土地已占耕地面積的10%[2]。玉米是主要糧飼兼用作物，對(duì)鹽分敏感[3]，研究玉米耐鹽機(jī)理，篩選和培育耐鹽能力較強(qiáng)的耐鹽品種對(duì)于保證全球糧食安全具有極為重要的意義。其中，玉米耐鹽性診斷與評(píng)價(jià)是基礎(chǔ)性課題[4]。

由于種子萌發(fā)決定了植物在鹽漬環(huán)境下的生長(zhǎng)狀況[5]，因此，種子萌發(fā)期耐鹽性評(píng)價(jià)是研究的熱點(diǎn)。迄今為止，關(guān)于作物萌發(fā)期耐鹽性評(píng)價(jià)的研究報(bào)道很多，大多基于發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、胚芽鮮重和胚根鮮重等形態(tài)指標(biāo)以及這些指標(biāo)的聚類分析等評(píng)價(jià)作物萌發(fā)期耐鹽性的強(qiáng)弱[6-9]。這種方法工作量大、計(jì)算繁復(fù)、鑒定周期長(zhǎng)，而且種子使用量多、不適合珍稀物種，更重要的是形態(tài)指標(biāo)只能反映鹽脅迫下作物的宏觀表現(xiàn)，無法揭示細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)和狀態(tài)變化的動(dòng)態(tài)過程，不能說明種子的耐鹽機(jī)理。

由于任何活細(xì)胞都會(huì)發(fā)出超微弱光子輻射，這種輻射包含著豐富的生命信息[10-13]，根據(jù)超弱光子輻射的變化可以實(shí)現(xiàn)活體細(xì)胞代謝與功能狀態(tài)的無損檢測(cè)[14-16]，從而有可能為作物種子萌發(fā)期耐鹽性評(píng)價(jià)提供一種非侵入性的光學(xué)活檢新方法。因此，本文研究基于超弱光子輻射評(píng)價(jià)玉米種子萌發(fā)期耐鹽性的方法，希望能夠由此開發(fā)種子用量少、鑒定效率高，并能夠?qū)崿F(xiàn)早期和無損傷評(píng)價(jià)玉米種子萌發(fā)期耐鹽性強(qiáng)弱的新方法。

1 材料和方法

1.1 材料培養(yǎng)與鹽脅迫

研究材料為市售的玉米品種萬瑞168號(hào)和鄭單958號(hào)。分別選取2個(gè)品種大小和外觀一致的飽滿種子各600粒，用蒸餾水清洗后，分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%HgCl2溶液消毒，再用大量蒸餾水清洗。然后，將2個(gè)品種各自均分為對(duì)照組和處理組，每組設(shè)置3個(gè)重復(fù)，將種子分別放入鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中整齊放置100粒種子。在對(duì)照組中加入蒸餾水，加入量以不淹沒種子為準(zhǔn)。由于在100 mmol/L的NaCl脅迫下，萌發(fā)玉米的超弱光子輻射會(huì)出現(xiàn)明顯差異[17]，故向處理組加入與蒸餾水等量的100 mmol/L NaCl溶液，然后將各組樣品置于人工培養(yǎng)箱中在25℃環(huán)境下恒溫培養(yǎng)。

1.2 種子鮮質(zhì)量的測(cè)量

從種子培養(yǎng)當(dāng)天開始（設(shè)為0點(diǎn)），每隔24 h跟蹤測(cè)量各組中7粒種子的鮮質(zhì)量。測(cè)量前用濾紙吸干種子表面的水分，2個(gè)玉米品種的對(duì)照組和處理組都設(shè)置3個(gè)重復(fù)組，取3個(gè)重復(fù)組測(cè)量值的平均值。

1.3 種子發(fā)芽率的測(cè)量

每隔24 h測(cè)量2個(gè)玉米品種對(duì)照組和處理組種子的發(fā)芽數(shù)，計(jì)算發(fā)芽率（GR）。發(fā)芽率為發(fā)芽種子數(shù)除以種子總數(shù)，將露白種子規(guī)定為發(fā)芽種子。

1.4 種子萌發(fā)耐鹽指數(shù)（SGI）的測(cè)量

根據(jù)文獻(xiàn)的方法[18-19]計(jì)算2個(gè)玉米品種的萌芽指數(shù)（GI）和種子萌芽耐鹽指數(shù)（SGI）：

其中，GR2、GR4、GR6、GR8分別為第2、4、6、8天各品種的發(fā)芽率。

1.5 種子萌發(fā)過程中儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的測(cè)量

在第8天測(cè)量了2個(gè)玉米品種的種子發(fā)芽率后，將所有種子（包括生長(zhǎng)部分和未發(fā)芽種子）分別置于烘箱中，在80℃下烘干，此時(shí)的質(zhì)量為干質(zhì)量（包括根質(zhì)量、芽質(zhì)量、籽粒質(zhì)量），用電子天平測(cè)量各種子的干質(zhì)量，按照下式分別計(jì)算2個(gè)玉米品種萌發(fā)過程中的貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率：

各組測(cè)量結(jié)果取3個(gè)重復(fù)組測(cè)量結(jié)果的平均值。

1.6 萌發(fā)種子自發(fā)光子輻射的測(cè)量

萌發(fā)種子的超弱光子輻射包括種子在暗中由于細(xì)胞活動(dòng)產(chǎn)生的自發(fā)光子輻射和外界光照射停止后細(xì)胞產(chǎn)生的隨著測(cè)量時(shí)間逐漸衰減的延遲光子輻射。參照文獻(xiàn)[17]的方法每天定時(shí)跟蹤測(cè)量2個(gè)玉米品種對(duì)照組和處理組樣品中7粒種子在暗中發(fā)出的自發(fā)光子輻射。每次測(cè)量前均測(cè)定1次本底，每次的測(cè)量值減去本底即為種子的自發(fā)光子輻射。種子自發(fā)光子輻射強(qiáng)度為單位時(shí)間的光子數(shù)，單位是counts/s。2個(gè)玉米品種的對(duì)照組和處理組都分別設(shè)置3個(gè)重復(fù)組，取3個(gè)重復(fù)組測(cè)量的平均值進(jìn)行分析。

1.7 萌發(fā)種子延遲光子輻射的測(cè)量

萌發(fā)玉米延遲光子輻射的測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法見文獻(xiàn)[17]。測(cè)量時(shí)分別選取各對(duì)照組和處理組的玉米種子各3組，每組7粒，用藍(lán)色LED輻照30 s后開始測(cè)量，測(cè)量時(shí)間為60 s。每次測(cè)量前先測(cè)量1次本底，每次測(cè)量的測(cè)量值都減去本底。每組樣品均重復(fù)2次，取6次重復(fù)測(cè)量的平均值進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。

1.8 萌發(fā)種子延遲光子輻射動(dòng)力學(xué)分析

按照文獻(xiàn)[17]的方法，將上述測(cè)量得到的2個(gè)玉米品種對(duì)照組和處理組萌發(fā)種子延遲光子輻射動(dòng)力學(xué)曲線擬合，可以得到各組萌發(fā)種子延遲光子輻射動(dòng)力學(xué)參數(shù)中的初始光子數(shù)I0、相干時(shí)間τ和衰減參數(shù)β，根據(jù)這些參數(shù)計(jì)算延遲光子輻射積分強(qiáng)度I（T）。

1.9 相對(duì)抑制率的計(jì)算

NaCl脅迫下各指標(biāo)的相對(duì)抑制率由式（4）定義：

1.10 試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用SPSS軟件對(duì)2個(gè)玉米品種對(duì)照組和處理組的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行差異顯著性分析，P＜0.05為顯著水平，P＜0.01為極顯著水平。數(shù)據(jù)計(jì)算與作圖均采用Origin9.0軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫下萌發(fā)玉米鮮質(zhì)量的變化

圖1為萬瑞168號(hào)和鄭單958號(hào)玉米種子在蒸餾水中萌發(fā)（對(duì)照組）和在100 mmol/L的NaCl溶液下萌發(fā)時(shí)種子鮮質(zhì)量的變化情況。由圖1可見，隨著萌發(fā)時(shí)間的進(jìn)行，2個(gè)玉米品種的對(duì)照組和處理組種子鮮質(zhì)量都逐漸增長(zhǎng)，但是，處理組種子鮮質(zhì)量的增長(zhǎng)均比對(duì)照組要低，說明100 mmol/L的NaCl脅迫使種子萌發(fā)受到了抑制。根據(jù)圖1數(shù)據(jù)可知，在萌發(fā)第8天時(shí)，NaCl脅迫造成的萬瑞168號(hào)玉米種子鮮質(zhì)量的相對(duì)抑制率為27.37%，鄭單958號(hào)玉米的相對(duì)抑制率為35.84%，差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），表明NaCl脅迫對(duì)鄭單958號(hào)玉米種子萌發(fā)的抑制作用大于萬瑞168號(hào)。

圖1 NaCl脅迫下2個(gè)玉米品種的萌發(fā)種子鮮質(zhì)量的變化Fig.1 Changes of fresh quality of germinating seeds about two kinds of corn under NaCl stress

2.2 基于傳統(tǒng)耐鹽指標(biāo)的萌發(fā)玉米耐鹽性評(píng)價(jià)

種子萌發(fā)耐鹽指數(shù)SGI是評(píng)價(jià)作物種子萌發(fā)期耐鹽性的常用指標(biāo)[18-19]。表1為對(duì)照組和處理組的萬瑞168和鄭單958玉米種子發(fā)芽率GR，表2為由表1計(jì)算得到的2個(gè)玉米品種的種子萌芽指數(shù)GI和種子萌芽耐鹽指數(shù)SGI。由表2可見，萬瑞168號(hào)處理組的SGI大于鄭單958號(hào)，表明萬瑞168玉米種子萌發(fā)期耐鹽性比鄭單958玉米的耐鹽性要強(qiáng)。

表1 NaCl脅迫下2個(gè)玉米品種的種子發(fā)芽率GR(%)Table 1 Seeds germination rate GR(%)of two kinds of corn under NaCl stress

表2 NaCl脅迫下兩種玉米萌發(fā)時(shí)的GI和SGITable 2 GI and SGI of two kinds of germinating corn under NaCl stress

儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率是描述種子萌發(fā)差異的另一個(gè)常規(guī)指標(biāo)，表3為萌發(fā)第8天時(shí)萬瑞168和鄭單958萌發(fā)玉米的儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率。由表3可見，鄭單958號(hào)對(duì)照組的儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率大于萬瑞168號(hào)對(duì)照組，表明鄭單958號(hào)玉米種子比萬瑞168號(hào)萌發(fā)的要快，但是，NaCl脅迫對(duì)萬瑞168號(hào)玉米種子儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的相對(duì)抑制率為64.78%，而鄭單958號(hào)為89.89%，差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），表明NaCl脅迫對(duì)鄭單958號(hào)玉米種子儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的抑制作用大于萬瑞168號(hào)玉米，因而萬瑞168號(hào)玉米的耐鹽性較強(qiáng)。

表3 NaCl脅迫下兩種玉米萌發(fā)時(shí)的儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率Table 3 Transport rate of reserve substance of two kinds of germinating corn under NaCl stress（%）

2.3 NaCl脅迫下萌發(fā)玉米自發(fā)光子輻射的變化

NaCl脅迫對(duì)萬瑞168和鄭單958玉米種子萌發(fā)過程中自發(fā)光子輻射的影響如圖2所示。由圖2可見，在種子萌發(fā)過程中，供試的2個(gè)玉米品種的對(duì)照組和處理組萌發(fā)種子的自發(fā)光子輻射強(qiáng)度總體上都隨著萌發(fā)時(shí)間的進(jìn)行呈現(xiàn)出逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但是，2個(gè)玉米品種處理組的自發(fā)光子輻射強(qiáng)度均比對(duì)照組要低。在萌發(fā)第8天時(shí)，NaCl脅迫對(duì)萬瑞168號(hào)玉米自發(fā)光子輻射強(qiáng)度的相對(duì)抑制率為20.92%，對(duì)鄭單958號(hào)的相對(duì)抑制率為36.27%，差異都達(dá)到了極為顯著的水平（P＜0.01），表明強(qiáng)度為100 mol/L的NaCl脅迫對(duì)2個(gè)玉米品種萌發(fā)時(shí)的自發(fā)光子輻射強(qiáng)度的增長(zhǎng)有不同的抑制作用，NaCl脅迫對(duì)鄭單958號(hào)萌發(fā)玉米種子自發(fā)光子輻射的抑制作用要大于萬瑞168號(hào)。與圖1相比較可見，2個(gè)品種的對(duì)照組和處理組的自發(fā)光子輻射強(qiáng)度與鮮質(zhì)量的增長(zhǎng)都呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)，萬瑞168號(hào)和鄭單958號(hào)對(duì)照組的相關(guān)方程分別為y=1.452 8x+ 0.556 2和y=1.090 9x+1.504 3，相關(guān)系數(shù)分別為0.982 27和0.962 51；處理組的相關(guān)方程分別為y=1.587 9x+0.261 8和y=0.845 9x+0.185 26，相關(guān)系數(shù)分別為 0.983 57和0.991 06。由于NaCl脅迫對(duì)自發(fā)光子輻射的抑制與對(duì)種子鮮質(zhì)量的抑制是一致的，提示NaCl脅迫下玉米種子萌發(fā)過程中自發(fā)光子輻射強(qiáng)度的變化可以反映NaCl脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響。

圖2 2種萌發(fā)玉米自發(fā)光子輻射的變化Fig.2 Changes of spontaneous photon emission of two kinds of germinating corn

2.4 基于自發(fā)光子輻射的玉米種子萌發(fā)期耐鹽性評(píng)價(jià)

由于NaCl脅迫下玉米種子萌發(fā)過程中自發(fā)光子輻射呈現(xiàn)出品種差異性，并且與種子鮮質(zhì)量的變化呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，本文提出用種子萌發(fā)過程中自發(fā)光子輻射的相對(duì)抑制率RSL評(píng)價(jià)種子萌發(fā)期耐鹽性的強(qiáng)弱。RSL的定義為：

式中RSL為自發(fā)光子輻射相對(duì)抑制率；IC為對(duì)照組的自發(fā)光子輻射強(qiáng)度；IT為處理組的自發(fā)光子輻射強(qiáng)度。

圖3為NaCl脅迫下萬瑞168號(hào)和鄭單958號(hào)玉米自發(fā)光子輻射相對(duì)抑制率RSL的變化。

圖3 2種萌發(fā)玉米自發(fā)光子輻射相對(duì)抑制率的變化Fig.3 Changes of spontaneous photon emission relative inhibitory rate about two kinds of germinating corn

由圖3可見，在整個(gè)萌發(fā)過程中，NaCl脅迫對(duì)鄭單958號(hào)玉米種子自發(fā)光子輻射的相對(duì)抑制率RSL一直大于萬瑞168號(hào)，在萌發(fā)第4、6和8天時(shí)鄭單958號(hào)自發(fā)光子輻射的相對(duì)抑制率RSL分別比萬瑞168號(hào)大了12.89%、11.57%和15.35%，表明依據(jù)NaCl脅迫下萌發(fā)玉米自發(fā)光子輻射相對(duì)抑制率RSL值的大小可以區(qū)分鄭單958號(hào)和萬瑞168號(hào)玉米品種萌發(fā)期耐鹽性的強(qiáng)弱。

2.5 NaCl脅迫下萌發(fā)玉米延遲光子輻射的變化

延遲光子輻射是活細(xì)胞在外界光激發(fā)下發(fā)生的隨時(shí)間逐漸衰減的光子輻射[20]，測(cè)量和分析各處理組和對(duì)照組的延遲光子輻射，得到的萬瑞168號(hào)和鄭單958號(hào)玉米種子的延遲光子輻射動(dòng)力學(xué)參數(shù)見表4，由表4中的各動(dòng)力學(xué)參數(shù)得到的延遲光子輻射積分強(qiáng)度的變化如圖4所示。在圖4中，萬瑞168號(hào)和鄭單958號(hào)萌發(fā)玉米種子對(duì)照組的延遲光子輻射積分強(qiáng)度都隨著萌發(fā)進(jìn)程表現(xiàn)出逐漸增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，NaCl脅迫對(duì)2個(gè)玉米品種延遲光子輻射積分強(qiáng)度有不同的抑制作用，NaCl脅迫對(duì)鄭單958號(hào)延遲光子輻射積分強(qiáng)度的抑制作用要大于萬瑞168號(hào)。

表4 2個(gè)玉米品種萌發(fā)過程中延遲光子輻射動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化Table 4 Changes of delayed photon emission kinetic parameters about two kinds of germinating corn

圖4 2種萌發(fā)玉米延遲光子輻射積分強(qiáng)度的變化Fig.4 Changes of delayed photon emission integrated intensity about two kinds of germinating corn

2.6 基于延遲光子輻射的玉米種子萌發(fā)期耐鹽性評(píng)價(jià)

通過對(duì)萬瑞168號(hào)和鄭單958號(hào)玉米種子萌發(fā)期延遲光子輻射的測(cè)量和分析可知，濃度為100 mol/L的NaCl脅迫對(duì)2種萌發(fā)玉米的延遲光子輻射也表現(xiàn)出不同的抑制作用，因此，根據(jù)NaCl脅迫對(duì)玉米種子萌發(fā)過程中延遲光子輻射積分強(qiáng)度的抑制程度也可以區(qū)分出萌發(fā)玉米種子耐鹽性的強(qiáng)弱。與式（5）類似，定義種子萌發(fā)過程中延遲光子輻射的相對(duì)抑制率RDL為：

其中，RDL為延遲光子輻射相對(duì)抑制率，I(T)C為對(duì)照組的延遲光子輻射積分強(qiáng)度，I(T)T為處理組的延遲光子輻射積分強(qiáng)度。

圖5為萬瑞168號(hào)與鄭單958號(hào)玉米種子萌發(fā)過程中延遲光子輻射的相對(duì)抑制率RDL的變化。由圖5可見，脅迫開始后鄭單958號(hào)玉米種子的RDL一直高于萬瑞168號(hào)的RDL；在脅迫第4、6、8天時(shí)，鄭單958號(hào)玉米種子的延遲光子輻射的相對(duì)抑制率RDL分別比萬瑞168號(hào)高出了21.35%、20.25%和23.29%。據(jù)此也可以判斷出萬瑞168號(hào)玉米萌發(fā)期的耐鹽性比鄭單958號(hào)要強(qiáng)。由于基于延遲光子輻射的評(píng)價(jià)結(jié)果與采用傳統(tǒng)指標(biāo)評(píng)價(jià)的結(jié)果也是一致的，因此，依據(jù)在NaCl脅迫下萌發(fā)的玉米種子延遲光子輻射相對(duì)抑制率RDL值的大小也能夠判斷出種子萌發(fā)期耐鹽性的強(qiáng)弱。

圖5 2種萌發(fā)玉米延遲光子輻射相對(duì)抑制率的變化Fig.5 Changes of delayed photon emission relative inhibitory rate about two kinds of germinating corn

3 討論

生物超弱光子輻射分為細(xì)胞在暗中由于自身代謝活動(dòng)而產(chǎn)生的自發(fā)光子輻射和在外界光誘導(dǎo)下產(chǎn)生的強(qiáng)度逐漸衰減的延遲光子輻射[12]。我們以前的研究表明，玉米萌發(fā)過程中的自發(fā)光子輻射主要來自于發(fā)生在種子細(xì)胞中的呼吸代謝和蛋白質(zhì)合成過程[21-22]。在種子萌發(fā)過程中，種子細(xì)胞中的呼吸代謝和蛋白質(zhì)合成不斷增加，自發(fā)光子輻射隨之增強(qiáng)。但是，鹽脅迫一方面會(huì)造成種子吸水困難，發(fā)生水分脅迫；另一方面使細(xì)胞吸收過多的Na+，發(fā)生離子毒害，兩方面的效應(yīng)都會(huì)引起氧化脅迫，使呼吸作用電子傳遞鏈斷裂，并影響蛋白質(zhì)的合成[23-25]，結(jié)果造成了種子萌發(fā)過程中的自發(fā)光子輻射強(qiáng)度下降。因此，鹽脅迫下萌發(fā)種子自發(fā)光子輻射強(qiáng)度的降低實(shí)際上提供了細(xì)胞呼吸代謝受到抑制和蛋白質(zhì)合成受阻的信息。對(duì)于耐鹽性不同的玉米種子，在相同強(qiáng)度的鹽脅迫下萌發(fā)的種子細(xì)胞代謝受到的抑制和蛋白質(zhì)合成受阻的程度不同，這種差異必定會(huì)通過種子細(xì)胞發(fā)出的自發(fā)光子輻射強(qiáng)度的變化反映出來，這就使得依據(jù)一定程度的鹽脅迫下萌發(fā)種子發(fā)出的自發(fā)光子輻射強(qiáng)度的變化評(píng)價(jià)種子萌發(fā)期耐鹽性成為可能?；谶@種考慮，我們提出了基于鹽脅迫下萌發(fā)種子自發(fā)光子輻射相對(duì)抑制率RSL的大小評(píng)價(jià)種子萌發(fā)期耐鹽性強(qiáng)弱的方法。由于采用這種方法針對(duì)萬瑞168號(hào)和鄭單958號(hào)玉米種子萌發(fā)期耐鹽性強(qiáng)弱的評(píng)價(jià)結(jié)果與基于種子萌發(fā)耐鹽指數(shù)SGI和儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率等常規(guī)方法評(píng)價(jià)的結(jié)果是一致的，證明了基于自發(fā)光子輻射評(píng)價(jià)種子萌發(fā)期耐鹽性的方法是可靠的。

延遲光子輻射源于細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的相互協(xié)作的電子態(tài)的激發(fā)和衰變，其強(qiáng)度比熒光和磷光要低，衰減時(shí)間比熒光要長(zhǎng)得多[26-27]。延遲光子輻射積分強(qiáng)度I(T)綜合反映了細(xì)胞能量水平和組織序性，可用于表征細(xì)胞的功能狀態(tài)[17]。由于在相同強(qiáng)度的鹽脅迫下，種子細(xì)胞傷害越大，細(xì)胞的功能狀態(tài)越差，I(T)就越小，因此，也可以采用鹽脅迫下萌發(fā)種子延遲光子輻射抑制率RDL的大小來評(píng)價(jià)種子萌發(fā)期耐鹽性的強(qiáng)弱。在本文中，鹽脅迫對(duì)鄭單958玉米延遲光子輻射抑制率大于萬瑞168號(hào)，說明了鹽脅迫對(duì)鄭單958玉米種子細(xì)胞傷害比鄭單958要大，因而萬瑞168號(hào)玉米種子萌發(fā)期耐鹽性比鄭單958要強(qiáng)。因此，基于自發(fā)光子輻射抑制率和基于延遲光子輻射抑制率大小都可以評(píng)價(jià)種子萌發(fā)期耐鹽性的強(qiáng)弱，兩者的區(qū)別在于前者從細(xì)胞代謝的角度反映了鹽脅迫對(duì)細(xì)胞的影響，后者從細(xì)胞功能狀態(tài)的角度反映了鹽脅迫對(duì)細(xì)胞的傷害程度。

需要指出的是，與傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法相比較，本文提出的基于細(xì)胞超弱光子輻射的評(píng)價(jià)方法只需采集鹽脅迫下萌發(fā)種子的超弱光子輻射即可，不僅具有靈敏、快速、無損和種子用量少等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠反映出在鹽脅迫萌發(fā)的種子細(xì)胞代謝對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)過程以及細(xì)胞受到傷害的動(dòng)態(tài)變化過程，克服了現(xiàn)有方法的弊端。當(dāng)然，本文提出的方法有待于經(jīng)過不同物種的大量試驗(yàn)來驗(yàn)證，期待著其能夠成為作物耐鹽性評(píng)價(jià)中實(shí)用性強(qiáng)、適用面廣和穩(wěn)定可靠的新方法，在玉米耐鹽機(jī)理研究，篩選和培育耐鹽品種，進(jìn)而在保證全球糧食安全中發(fā)揮重要作用。

4 結(jié)論

1）在萬瑞168號(hào)和鄭單958號(hào)玉米種子的萌發(fā)過程中，種子鮮質(zhì)量、自發(fā)光子輻射強(qiáng)度和延遲光子輻射積分強(qiáng)度都逐漸增長(zhǎng)，種子自發(fā)光子輻射強(qiáng)度的變化與種子鮮質(zhì)量的變化正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r分別為0.962 51和0.982 27；在濃度為100mmol/L的NaCl溶液的脅迫下，2個(gè)品種玉米種子的自發(fā)光子輻射強(qiáng)度和種子鮮質(zhì)量的變化也表現(xiàn)出正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r分別為0.983 57和0.991 06。

2）NaCl脅迫對(duì)萌發(fā)過程中2個(gè)玉米品種的種子鮮質(zhì)量、自發(fā)光子輻射強(qiáng)度和延遲光子輻射都有抑制作用，并且呈現(xiàn)出品種差異性，對(duì)鄭單958號(hào)的抑制作用大于萬瑞168號(hào)。

3）依據(jù)NaCl脅迫對(duì)萌發(fā)玉米自發(fā)光子輻射強(qiáng)度相對(duì)抑制率和對(duì)延遲光子輻射積分強(qiáng)度的相對(duì)抑制率可以評(píng)價(jià)玉米種子萌發(fā)期耐鹽性的強(qiáng)弱，評(píng)價(jià)結(jié)果與采用種子萌發(fā)耐鹽指數(shù)和儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的評(píng)價(jià)結(jié)果是相同的。

4）基于細(xì)胞超弱光子輻射評(píng)價(jià)玉米萌發(fā)期耐鹽性的方法具有靈敏、快速、無損和種子用量少等優(yōu)點(diǎn)，能夠反映出萌發(fā)玉米種子細(xì)胞代謝對(duì)鹽脅迫的變化過程，以及細(xì)胞受到傷害的變化過程，有望成為作物耐鹽性評(píng)價(jià)中實(shí)用性強(qiáng)、適用面廣和穩(wěn)定可靠的新方法。

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Evaluation method of corn salt resistance during germination based on ultra weak photon emission

Xi Gang,Zhao Yanyan,Liu Kai,He Ruirui
(Department of Applied Physics,Institute of Science,Xian University of Technology,Xi’an 710048,China)

The diagnosis and evaluation of salt tolerance about crop during germination is the basic research of modern agriculture,and it has very important significance to ensure global food security.Currently,there are many reports on evaluation of salt tolerance during crop germination,and mostly based on morphological index such as the germination rate, germination energy,germ length,root length and seed fresh quality.These traditional evaluation methods have many defects such as a lot of work,very complex calculations,long measurement period,more amount of seeds to use,and not suitable for rare species.Ultraweak photon emission,including spontaneous photon emission and delayed photon emission induced by external light,is a kind of life information in the form of living cells.According to the changes of ultraweak photon emission, the noninvasive detection about the changes of metabolism and functional state of living cell can be achieved and may be applied to evaluate crops salt tolerance.In order to explore the noninvasive detection and evaluation method about the salt tolerance of corn during germination based on the ultraweak photon emission from germinating crop seed,NaCl with 100 mmol/L was used to form the salt stress,and this paper studied the differences of two corn varieties Wanrui No.168 and Zhengdan No.958 in salt tolerance during germination period based on the conventional seed germination salt tolerance index.At the same time,we also studied the differences of the spontaneous photon emission and delayed photon emission induced by blue LED about corn varieties Wanrui No.168 and Zhengdan No.958 during germination under the 100 mmol/L NaCl stress.The results showed that the seed fresh quality,spontaneous photon emission intensity and delayed photon emission integral intensity of two corns varieties Wanrui No.168 and Zhengdan No.958 gradually increased in the normal germination process,there was positive correlation between the changes of seed fresh quality and spontaneous photon emission(the correlation coefficient was 0.982 27 and 0.962 51 respectively).Under the 100 mmol/L NaCl stress,there was also a positive correlation between the seed fresh quality and spontaneous photon emission of two varieties of corn(the correlation coefficient was 0.983 57 and 0.991 06,respectively).The study also found that the NaCl stress inhibited the increase of seed fresh quality and spontaneous photon emission of the two corn varieties in different degrees,inhibitory effect of the NaCl stress on Zhengdan No.958 was greater than Wanrui No.168.According to the relative inhibition rate of NaCl stress on the spontaneous photon emission and delayed photon emission during germination could distinguish and evaluate the strength of salt tolerance about corn varieties Wanrui No.168 and Zhengdan No.958 during germination. Compared the evaluation result based on the relative inhibition rate on spontaneous photon emission and delayed photon emission from germinating seeds under the NaCl stress with the conventional seed germination salt tolerance index and storage material transport rate,the evaluation results were the same,and it showed that the evaluation methods based on the relative inhibition rate of spontaneous photon emission and delayed photon emission under the NaCl stress were reliable. The relative inhibition rate of spontaneous photon emission and delayed photon emission respectively reflected the impact of NaCl stress on cell metabolism and cell damage.Since the evaluation method about salt tolerance based on the spontaneous photon emission and delayed photon emission from germinating seeds cells has many advantages,such as sensitive,rapid,non-destructive and so on,this method can reflect the response of cellular metabolism,adaptation and harm process under NaCl stress,and it is expected to become a kind of practical,wide applicability and reliable new method of evaluation salt tolerance on germinating crops seeds.

germination;crops;salts;NaCl stress;corn;spontaneous photon emission;delayed photon emission;evaluation of salt tolerance

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.029

O482.31；Q632

A

1002-6819（2016）-06-0211-08

2015-09-16

2016-01-27

國(guó)家自然科學(xué)基金（31471412，51277151）；陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃專項(xiàng)（15JK1515）；西安理工大學(xué)科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（2013CX019）作者簡(jiǎn)介：習(xí) 崗，男，陜西楊凌人，教授，主要研究方向?yàn)樯锕鈱W(xué)和生物電磁學(xué)。西安 西安理工大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用物理系，710048。

Email：xig＠xaut．edu．cn