鹽穗木種子和幼苗對(duì)NaHCO3脅迫的響應(yīng)

， ， ，

(1.塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300；2.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院， 新疆 阿拉爾 843300)

土壤鹽漬化嚴(yán)重制約著農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織和聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織不完全統(tǒng)計(jì)，全世界鹽漬土面積約為9.54億hm2，我國(guó)鹽漬土面積約為0.99億hm2，其中，新疆鹽漬土面積約為0.13億hm2，是我國(guó)鹽漬土分布最廣、面積最大的省區(qū)，也是世界上鹽漬土分布較為集中的地區(qū)。新疆的耕地近1/3鹽漬化，如何開(kāi)發(fā)利用這些鹽漬土壤資源，已經(jīng)引起人們的高度重視。研究和實(shí)踐證明，引種耐鹽植物是一種有效措施。塔里木盆地分布著大量藜科植物，它們長(zhǎng)期適應(yīng)干旱、鹽堿等極端環(huán)境，一般都具有抗鹽堿特性。因此研究其耐鹽性，了解其機(jī)理并開(kāi)發(fā)利用，有利于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，對(duì)加快農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有極其重要的意義。

鹽穗木(HalostachyscaspicaC.A.Mey.ex Schrenk)為藜科鹽穗木屬灌木，為鹽生荒漠的主要建群植物，是防治土地荒漠化的關(guān)鍵性樹(shù)種，同時(shí)也是重要的薪柴樹(shù)種及良好的飼用牧草[1-2]，在我國(guó)主要產(chǎn)于新疆塔里木盆地、焉耆盆地和吐魯番盆地。前人對(duì)鹽穗木的種群格局、染色體核型、葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)、種子萌發(fā)、有效成分、功能基因克隆、飼用特性等進(jìn)行了一系列研究[3-11]，但關(guān)于鹽穗木種子萌發(fā)及苗期的抗鹽性的研究報(bào)道較少[10-11]。本試驗(yàn)設(shè)置不同濃度的NaHCO3處理，研究鹽穗木種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)對(duì)NaHCO3脅迫的響應(yīng)，以揭示鹽穗木對(duì)生境的適應(yīng)策略，為其科學(xué)開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

鹽穗木種子，采自新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州，在4 ℃條件下貯藏備用。

1.2 方 法

1.2.1 NaHCO3處理下鹽穗木種子萌發(fā)試驗(yàn)

設(shè)置7個(gè)NaHCO3處理，濃度分別為0(ck)，100，200，300，400，500 mmol/L和600 mmol/L。采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法，用5%次氯酸鈉對(duì)鹽穗木種子消毒3～5 min，再用蒸餾水清洗3次，每個(gè)處理50 粒種子，3次重復(fù)。將種子置于直徑為90 mm墊有2層用NaHCO3溶液濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿(使用前高壓滅菌消毒)中，在鹽穗木種子萌發(fā)最適溫光條件(30 ℃、12 h黑暗/35 ℃、12 h光照)下培養(yǎng)[12]，種子的萌發(fā)以胚根的出現(xiàn)為標(biāo)志，每24 h檢測(cè)1次種子萌發(fā)數(shù)，當(dāng)連續(xù)5 d無(wú)種子萌發(fā)時(shí)計(jì)為萌發(fā)結(jié)束。

運(yùn)用種子最終萌發(fā)率、平均萌發(fā)時(shí)間、萌發(fā)進(jìn)程對(duì)鹽穗木種子萌發(fā)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

種子最終萌發(fā)率(%)=一段時(shí)間內(nèi)全部萌發(fā)的種子數(shù)/參試種子總數(shù)×100%；

平均萌發(fā)時(shí)間=∑(Dn)/∑n。

式中，n為在時(shí)間D的種子萌發(fā)數(shù)，D為從萌發(fā)開(kāi)始到記錄時(shí)的天數(shù)[13]。

以外界NaHCO3濃度為x，種子最終萌發(fā)率為y，作逐步回歸方程，計(jì)算種子的抗鹽(NaHCO3)閾值和極限值[14]。

抗鹽(NaHCO3)閾值：種子最終萌發(fā)率為對(duì)照的50%時(shí)的外界NaHCO3濃度。

抗鹽(NaHCO3)極限值：種子最終萌發(fā)率為0時(shí)的外界NaHCO3濃度。

1.2.2 NaHCO3處理下鹽穗木幼苗培養(yǎng)試驗(yàn)

采用沙培法培養(yǎng)幼苗，選取籽粒飽滿的鹽穗木種子，播種于盛有洗凈細(xì)沙的塑料盆中，每隔5～7 d用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液澆灌1次，待幼苗長(zhǎng)到5～6 cm高時(shí)，進(jìn)行NaHCO3處理。NaHCO3設(shè)置4個(gè)濃度，分別為0(ck)，200，400，600 mmol/L。每個(gè)處理3次重復(fù)。

NaHCO3脅迫處理4 h后測(cè)定植株抗性指標(biāo)。相對(duì)電導(dǎo)率采用浸泡法測(cè)定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法測(cè)定；游離脯氨酸(Pro)含量采用茚三酮比色法的測(cè)定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定；過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定；過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[15]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖，應(yīng)用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析及LSD檢驗(yàn)(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaHCO3對(duì)鹽穗木種子萌發(fā)的影響

2.1.1 NaHCO3對(duì)鹽穗木種子萌發(fā)進(jìn)程的影響

由圖1可以看出，ck處理，鹽穗木種子在第3天達(dá)到最大萌發(fā)率(最終萌發(fā)率)；與ck相比，在100 mmol/L的NaHCO3處理?xiàng)l件下，第1天初始萌發(fā)率高于ck，在第2天即達(dá)到最大的萌發(fā)率，其最終萌發(fā)率與ck無(wú)顯著差異，說(shuō)明低濃度的NaHCO3對(duì)鹽穗木種子萌發(fā)未構(gòu)成脅迫，甚至有一定的促進(jìn)作用；在200～600 mmol/L NaHCO3處理?xiàng)l件下，隨著NaHCO3濃度的增加，鹽穗木在第1天的初始萌發(fā)率呈下降趨勢(shì)，達(dá)到最大萌發(fā)率的時(shí)間呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，最大萌發(fā)率呈降低趨勢(shì)，說(shuō)明該濃度范圍的NaHCO3對(duì)鹽穗木種子萌發(fā)造成脅迫，且抑制程度隨濃度NaHCO3增加而加劇。

圖1 NaHCO3對(duì)鹽穗木種子萌發(fā)進(jìn)程的影響

2.1.2 NaHCO3對(duì)鹽穗木種子最終萌發(fā)率的影響

由圖2可以看出，ck和100 mmol/L NaHCO3處理下的鹽穗木種子最終萌發(fā)率顯著高于其他處理，而二者間無(wú)顯著差異；在NaHCO3濃度為200～600 mmol/L時(shí)，隨著鹽濃度的增加，鹽穗木種子最終萌發(fā)率呈顯著降低的趨勢(shì)，說(shuō)明低濃度NaHCO3(0～100 mmol/L)對(duì)鹽穗木種子最終萌發(fā)率無(wú)顯著影響，即未構(gòu)成脅迫，但中等或高濃度NaHCO3(200～600 mmol/L)則造成脅迫，會(huì)顯著降低鹽穗木種子的最終萌發(fā)率。

注：差異性顯著(p<0.05) 用不同字母標(biāo)記。下同。圖2 NaHCO3對(duì)鹽穗木種子最終萌發(fā)率的影響

2.1.3 NaHCO3對(duì)鹽穗木種子平均萌發(fā)時(shí)間的影響

由圖3可以看出，與ck相比，100～200 mmol/L的NaHCO3對(duì)鹽穗木種子平均萌發(fā)時(shí)間無(wú)顯著影響，在NaHCO3濃度為300～600 mmol/L時(shí)，隨著鹽濃度的增加，鹽穗木種子的平均萌發(fā)時(shí)間呈顯著延長(zhǎng)的趨勢(shì)，在600 mmol/L時(shí)達(dá)到最長(zhǎng)，說(shuō)明低濃度NaHCO3(0～200 mmol/L)對(duì)鹽穗木種子的平均萌發(fā)時(shí)間無(wú)顯著影響，但中等或高濃度NaHCO3(300～600 mmol/L)則會(huì)延長(zhǎng)該種子的平均萌發(fā)時(shí)間。

圖3 NaHCO3對(duì)鹽穗木種子平均萌發(fā)時(shí)間的影響

2.1.4 鹽穗木種子的耐NaHCO3閾值和極限值

以外界NaHCO3濃度為x，種子最終萌發(fā)率為y，得逐步回歸方程y=-0.001 5x+1.00(r=0.983 1，p<0.05)，由此方程計(jì)算得鹽穗木子的耐鹽(NaHCO3)閾值和極限值分別為318 mmol/L和634 mmol/L。

2.2 NaHCO3對(duì)鹽穗木幼苗生理指標(biāo)的影響

2.2.1 NaHCO3對(duì)鹽穗木幼苗相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛含量的影響

相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量是反映植物在逆境下細(xì)胞膜狀況的重要指標(biāo)[16]。由圖4可以看出，200，400 mmol/L和600 mmol/L NaHCO3處理下，鹽穗木幼苗相對(duì)電導(dǎo)率分別提高了60%、66%和70%，后三者間無(wú)顯著差異，但顯著高于ck，說(shuō)明鹽穗木幼苗已受到脅迫，膜透性增加，細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲，導(dǎo)致組織浸提液的電導(dǎo)率增大。

圖4 NaHCO3對(duì)鹽穗木幼苗相對(duì)電導(dǎo)率的影響

從圖5可以看出，在NaHCO3濃度為200 mmol/L和400 mmol/L時(shí)，鹽穗木幼苗丙二醛的含量與ck無(wú)顯著差異，在NaHCO3濃度增大到600 mmol/L時(shí)，鹽穗木幼苗丙二醛含量顯著增加，說(shuō)明200～400 mmol/L的NaHCO3未造成鹽穗木幼苗細(xì)胞膜脂過(guò)氧化，而600 mmol/L的NaHCO3時(shí)，鹽穗木幼苗的細(xì)胞膜脂發(fā)生了過(guò)氧化。

圖5 NaHCO3對(duì)鹽穗木幼苗丙二醛含量的影響

2.2.2 NaHCO3對(duì)鹽穗木幼苗脯氨酸含量、可溶性糖含量的影響

脯氨酸和可溶性糖是植物重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，參與植物的逆境適應(yīng)[16]。由圖6和圖7可以看出，與ck相比，200～600 mmol/L的NaHCO3處理?xiàng)l件下，鹽穗木幼苗的脯氨酸和可溶性糖的含量顯著增加，說(shuō)明其鹽穗木幼苗在遇到NaHCO3環(huán)境時(shí)會(huì)大量合成，參與滲透調(diào)節(jié)作用。

2.2.3 NaHCO3對(duì)鹽穗木幼苗過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)活性的影響

CAT和POD均是植物抗逆防御系統(tǒng)的重要保護(hù)酶[16]。由圖8和圖9可以看出，與ck相比，200～600 mmol/L的NaHCO3處理?xiàng)l件下，鹽穗木幼苗的CAT和POD活性均顯著增強(qiáng)，說(shuō)明鹽穗木幼苗在遇到NaHCO3環(huán)境時(shí)激發(fā)保護(hù)酶活性，來(lái)抵御逆境產(chǎn)生的活性氧對(duì)細(xì)胞的破壞。

圖6 NaHCO3對(duì)鹽穗木幼苗脯氨酸含量的影響

圖7 NaHCO3對(duì)鹽穗木幼苗可溶性糖含量的影響

圖8 NaHCO3對(duì)鹽穗木幼苗CAT活性的影響

3 討 論

藜科植物是典型的鹽堿地指示植物類群，是改良鹽漬土壤的理想材料[1]。鹽穗木是藜科植物的重要代表。本試驗(yàn)以鹽穗木的種子和幼苗為研究材料，研究其在鹽(NaHCO3)環(huán)境下的萌發(fā)特性和幼苗生理指標(biāo)變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低濃度(100 mmol/L)的NaHCO3對(duì)鹽穗木種子萌發(fā)有一定促進(jìn)作用，但中等或高濃度(200～600 mmol/L)NaHCO3則會(huì)顯著抑制鹽穗木種子的萌發(fā)，并且導(dǎo)致種子的平均萌發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)，說(shuō)明鹽穗木的萌發(fā)需要一定的鹽刺激，但鹽濃度不宜過(guò)高，這與前人研究結(jié)果相似[10]。

圖9 NaHCO3對(duì)鹽穗木幼苗POD活性的影響

鹽穗木幼苗在不同濃度(200～600 mmol/L)環(huán)境下，相對(duì)電導(dǎo)率均較ck顯著增大，說(shuō)明細(xì)胞膜系統(tǒng)受到了影響，導(dǎo)致透性增加；進(jìn)一步考察NaHCO3(200～600 mmol/L)環(huán)境下的MDA含量變化可知，在200～600 mmol/L NaHCO3時(shí)，鹽穗木的MDA含量與ck無(wú)顯著差異，而600 mmol/L NaHCO3時(shí)的MDA含量顯著高于ck。綜合相對(duì)電導(dǎo)率和MDA的變化，可以初步得知，中低濃度(200～400 mmol/L)的NaHCO3對(duì)鹽穗木的細(xì)胞膜造成了一定影響，但未到嚴(yán)重程度，說(shuō)明其可忍耐中低濃度的鹽脅迫，而高濃度(600 mmol/L)的NaHCO3則對(duì)鹽穗木幼苗的細(xì)胞膜造成了嚴(yán)重傷害(過(guò)氧化)。在NaHCO3(200～600 mmol/L)環(huán)境下的鹽穗木幼苗的脯氨酸含量、可溶性糖含量、CAT活性、POD活性等均呈增加趨勢(shì)，說(shuō)明鹽穗木幼苗在遇到逆境時(shí)會(huì)做出生理響應(yīng)。

4 結(jié) 論

1) 100 mmol/L的NaHCO3對(duì)鹽穗木種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，促使鹽穗木種子在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最終萌發(fā)率(與ck無(wú)顯著差異)；200～600 mmol/L的NaHCO3會(huì)顯著抑制鹽穗木種子萌發(fā)，隨著NaHCO3濃度增加，鹽穗木種子最終萌發(fā)率呈顯著下降，平均萌發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)。鹽穗木種子的耐NaHCO3閾值和極限值分別為318 mmol/L和634 mmol/L。

2) 與對(duì)照相比，在NaHCO3濃度為200～400 mmol/L范圍內(nèi)，鹽穗木幼苗的相對(duì)電導(dǎo)率增加，但丙二醛(MDA)含量無(wú)顯著變化，脯氨酸含量、可溶性糖含量、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性、過(guò)氧化物酶(POD)活性呈增加的趨勢(shì)，而NaHCO3為600 mmol/L時(shí)，MDA含量顯著增加，綜合NaHCO3處理下鹽穗木幼苗生理指標(biāo)的變化，鹽穗木在中低鹽(200～400 mmol/L)環(huán)境下有較好的抗性，但高鹽(600 mmol/L)環(huán)境會(huì)因膜脂過(guò)氧化而受到嚴(yán)重傷害。

3) 綜合NaHCO3環(huán)境下鹽穗木種子萌發(fā)特性和幼苗生理指標(biāo)變化，鹽穗木可在NaHCO3濃度略低于300 mmol/L(種子耐NaHCO3閾值為318 mmol/L)的環(huán)境下較好地發(fā)芽、生長(zhǎng)，高于該濃度則會(huì)受到抑制。

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